MicroRNAs介導(dǎo)的代謝調(diào)節(jié)與心力衰竭相關(guān)的研究進(jìn)展

郭美姿 綜述

(上海健康醫(yī)學(xué)院附屬周浦醫(yī)院老年科，上海201318)

MicroRNAs(miRNAs)是一類高度保守的長度約為22個(gè)核苷酸的小分子非編碼RNA，可特異性識別和結(jié)合靶mRNA 3’非編碼區(qū)，導(dǎo)致靶mRNA降解或者抑制其翻譯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)。人類基因組內(nèi)有1 500～2 000個(gè)miRNAs被鑒定，對至少一半的mRNA起調(diào)節(jié)作用。MiRNA作為基因的內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子，構(gòu)成復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

心力衰竭(heart failure，HF)是各種心臟疾病的終末階段，心臟生理和病理過程中涉及到眾多特異的miRNAs，miRNA在HF機(jī)制中的作用是近年來的研究熱點(diǎn)[1-2]。心臟代謝通路依賴多種代謝酶和氧化磷酸化的調(diào)節(jié)，心臟耗氧量大，能量供應(yīng)不足可導(dǎo)致HF。越來越多的證據(jù)表明miRNAs調(diào)節(jié)中心代謝通路，在能量穩(wěn)態(tài)的維持中具有重要作用?，F(xiàn)對miRNAs介導(dǎo)的代謝調(diào)節(jié)與HF的相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述。

1 物質(zhì)代謝與能量代謝

心臟能量代謝穩(wěn)態(tài)是保持心臟組織結(jié)構(gòu)不斷更新和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)。慢性HF過程中往往伴隨著心肌能量代謝的改變，而能量代謝的改變也會影響慢性HF的病程進(jìn)展。

1.1 糖代謝

葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)是心肌細(xì)胞攝取葡萄糖的主要載體，對缺血心肌具有一定的保護(hù)作用，HF時(shí)GLUT4表達(dá)下降[3]。研究顯示， miR-133和miRNA let-7均可抑制GLUT4的表達(dá)。在左室肥大和HF的動物模型研究中發(fā)現(xiàn)高表達(dá)的miR-133通過靶基因KIF15降低GLUT4水平，減少心肌對胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取[4]。在糖尿病大鼠心肌中，抑制miRNA let-7可上調(diào)GLUT4增加糖攝取，通過Akt-mTOR通路對心肌的缺血再灌注損傷起保護(hù)作用[5]。miR-233則相反，通過上調(diào)GLUT4增加心肌糖攝取，其具體機(jī)制不明[6]。

MiR-208是心臟特異性的miRNAs，與心肌梗死和HF等心臟疾病關(guān)系密切[2]，HF患者普遍存在胰島素抵抗。Grueter等[7]報(bào)道m(xù)iR-208可通過MED13調(diào)節(jié)心肌代謝通路，甲狀腺激素是新陳代謝率、能量消耗和心臟收縮的主要決定因素。MED13是甲狀腺激素依賴的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)復(fù)合物的組成成分，調(diào)節(jié)心臟的核受體信號和能量穩(wěn)態(tài)。miR-208負(fù)調(diào)節(jié)MED13的表達(dá)。抑制miR-208或者在心臟特異性地過表達(dá)MED13，導(dǎo)致小鼠對高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖的抵抗并且提高胰島素敏感性和糖耐受，心肌細(xì)胞特異性敲除MED13則結(jié)果相反。

既往研究表明miR-199a和miR-214參與心肌疾病，并且在心肌重構(gòu)中作用明顯，但其機(jī)制不完全清楚。ELazzouzi等[8]認(rèn)為miR-199a～214基因簇與HF發(fā)生時(shí)的糖酵解增加有關(guān)。miR-199a～214基因簇位于染色體1上，嵌入一個(gè)大的名為DNM3os的非編碼RNA中，可抑制過氧化物體增殖物激活受體δ(PPARδ)。PPARδ在脂肪酸氧化到糖酵解轉(zhuǎn)變過程中起重要調(diào)節(jié)作用，心肌缺乏PPARδ可導(dǎo)致進(jìn)行性脂肪堆積、心肌肥厚和HF。心肌缺氧促進(jìn)DNM3os激活，miR-199a～214上調(diào)，隨之抑制了PPARδ表達(dá)，導(dǎo)致線粒體功紊亂，脂肪酸氧化能力下降。在生物力學(xué)應(yīng)激誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生HF中，沉默miR-199a～214處理組很明顯地提高了心功能并且恢復(fù)了線粒體脂肪酸氧化。由此可知，miR-199a～214復(fù)合物通過抑制PPARδ表達(dá)，促進(jìn)心臟代謝從健康時(shí)占主要地位的脂肪酸利用向HF時(shí)糖酵解增加方向轉(zhuǎn)變。

1.2 脂代謝

miRNAs作用于脂代謝的各個(gè)環(huán)節(jié)，有望成為限制心臟脂肪堆積的生物學(xué)靶點(diǎn)。miR-122是脂質(zhì)代謝中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，當(dāng)它表達(dá)下調(diào)可引起循環(huán)中膽固醇的下降，減少脂類合成和刺激脂肪酸氧化過程。HF時(shí)miR-122表達(dá)明顯下降[9]。在高脂飲食誘導(dǎo)的心肌肥厚中，miR-451通過抑制LKB1-AMPK通路加劇了心肌的脂質(zhì)毒性，促進(jìn)糖尿病心肌病的發(fā)生[10]。

miR-1是心臟表達(dá)最高的miRNA之一，在心臟發(fā)育與功能以及HF相關(guān)的心臟結(jié)構(gòu)重組中具有重要調(diào)節(jié)作用；多數(shù)研究認(rèn)為其對心肌肥厚和HF起保護(hù)效應(yīng)，在HF時(shí)水平下降[1]。miR-1靶點(diǎn)眾多，包括脂肪酸結(jié)合蛋白3(FABP3)，F(xiàn)ABP是細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，對其轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝的調(diào)節(jié)起重要作用。FABP3是心肌中含量最豐富的蛋白之一，也稱心型FABP，參與心肌能量代謝[11]。FABP3在心肌缺血缺氧發(fā)生后由心肌細(xì)胞釋放到血液中，是心肌損傷早期診斷的標(biāo)志物，F(xiàn)ABP3的循環(huán)水平與心肌miR-1負(fù)相關(guān)，可作為miR-1的非直接的生物標(biāo)志[11]。

1.3 線粒體中的能量代謝

線粒體通過產(chǎn)生ATP維持能量穩(wěn)態(tài)在心臟功能中具有關(guān)鍵作用，線粒體的功能障礙在HF的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，miRNAs作用于線粒體中能量代謝的多個(gè)環(huán)節(jié)影響ATP的產(chǎn)生。miR-210在HF循環(huán)中的水平明顯增高，缺氧誘導(dǎo)miR-210通過抑制鐵硫簇支架蛋白和細(xì)胞色素C氧化酶(COX)裝配蛋白影響線粒體和ATP的產(chǎn)生[12-13]。 Das等[14]報(bào)道，在培養(yǎng)的大鼠心室肌細(xì)胞上，miR-181c可進(jìn)入到心肌細(xì)胞線粒體內(nèi)并作用于其基因組，導(dǎo)致呼吸鏈復(fù)合體4重構(gòu)，線粒體功能障礙。miR-181c在線粒體內(nèi)的靶點(diǎn)是COX1的mRNA，結(jié)合在它的3’端非翻譯區(qū)。ADP-核糖基化樣因子2定位于線粒體ADP/ATP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，心肌細(xì)胞高表達(dá)miR-15b，通過作用于ADP-核糖基化樣因子2導(dǎo)致線粒體退化變性、ATP減少[15]。

1.4 代謝刺激調(diào)節(jié)miRNAs表達(dá)

值得關(guān)注的是miRNAs和代謝之間為雙向調(diào)節(jié)關(guān)系，miRNAs的表達(dá)受到不同環(huán)境刺激的影響。研究顯示高糖明顯減少了miR-126和 miR-375的表達(dá)[16-17]。棕櫚酸酯處理β細(xì)胞系MIN6B1和胰島，miR-34a 和miR-146的表達(dá)以時(shí)間和劑量依賴的方式減少。高脂飲食可提高肝臟miR-378的表達(dá)[18]。Guedes等[19]報(bào)道在高脂飲食誘導(dǎo)的心臟重構(gòu)中，miRNAs的表達(dá)特征發(fā)生改變。不同程度的高脂飲食分別導(dǎo)致miR-64、26、27和88等不同的miRNAs水平發(fā)生改變。

缺氧促進(jìn)了衰竭的心肌細(xì)胞從脂肪酸氧化為主到糖酵解增加的轉(zhuǎn)變以及心臟不良重構(gòu)。miRNAs受到缺氧的調(diào)節(jié)，由HIF-1α調(diào)節(jié)的miRNAs最近被稱為“低氧微小RNA(hypoxamiRs)”。心臟hypoxamiRs有miR-15、22、210、26b、34a、27 b、214、199 a、696、181c、484和223，在心臟低氧和能量代謝中具有重要調(diào)節(jié)作用；其中前五種hypoxamiRs被證實(shí)在缺氧導(dǎo)致的心臟重構(gòu)中起調(diào)節(jié)作用[20]。近期，Shi等[21]發(fā)現(xiàn)miR-223-IGF-IR信號在缺氧和壓力負(fù)荷誘導(dǎo)的右心室HF中的作用。miR-223在小鼠的肺和右心室中表達(dá)高于左心室，慢性缺氧調(diào)節(jié)miR-223在肺和右心室的表達(dá)。體外和在體實(shí)驗(yàn)均證實(shí)缺氧導(dǎo)致miR-223表達(dá)顯著下降，其機(jī)制可能與C/EBPa有關(guān)。miR-223下調(diào)通過誘導(dǎo)胰島素樣生長因子-1受體(IGF-1R)和IGF-1信號傳導(dǎo)，以及PARP-1/DAN損傷信號傳導(dǎo)的過度活躍[22]，在HF的發(fā)生發(fā)展中促進(jìn)右心室功能不全和DNA損傷。

以上研究提示，miRNAs在代謝通路中可作為環(huán)境變化的能量感受器，從而適應(yīng)細(xì)胞、組織和器官的能量需求，在HF的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮促進(jìn)或保護(hù)作用。

2 去乙?；附閷?dǎo)的去乙酰化

蛋白質(zhì)在賴氨酸殘基的乙?；^程是廣泛而保守的翻譯后修飾，參與多種生物功能的調(diào)節(jié)。改變代謝通路中酶的乙?；癄顟B(tài)，可因長期不能滿足代謝需求導(dǎo)致HF[23]。乙酰化/去乙?；钠胶馐艿揭唤M名為沉默調(diào)節(jié)蛋白家族(sirtuins，SIRTs)的去乙?；傅木o密調(diào)節(jié)。有趣的是，SIRTs表達(dá)也受到miRNAs的調(diào)控，意味著存在一個(gè)復(fù)雜的涉及到miRNAs功能、乙酰化/去乙酰化異常、代謝改變和心功能不全的調(diào)節(jié)軸。

2.1 SIRTs調(diào)節(jié)代謝通路

哺乳動物SIRTs家族由SIRT1～7組成，具有去乙酰化酶活性和ADP-核酸轉(zhuǎn)移酶活性，在能量代謝中發(fā)揮重要作用。SIRTs對心臟疾病和HF病理生理的影響也日益受到關(guān)注。SIRT1通過去乙?；⒓せ頟PARα，對心肌肥厚起保護(hù)作用[24]。SIRT2可以使Fox O3a去乙?；?，在氧化應(yīng)激和卡路里限制中發(fā)揮作用，在衰老和應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌肥厚中具有保護(hù)作用[25]。SIRT3是線粒體適應(yīng)性反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子，大量研究證明SIRT3功能缺失參與了心肌缺血再灌注損傷、心肌肥大和HF的病理進(jìn)程[26]。SIRT6是葡萄糖代謝和應(yīng)激抵抗的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可通過阻斷IGF-Akt信號傳導(dǎo)對心肌肥厚起負(fù)性調(diào)節(jié)作用，抑制心功能不全的進(jìn)展，在HF的發(fā)生發(fā)展中起保護(hù)效應(yīng)[27-28]。

2.2 miRNAs調(diào)節(jié)SIRTs

目前發(fā)現(xiàn)除SIRT4和SIRT5外，SIRTs作為miRNAs的靶點(diǎn)受其調(diào)節(jié)，其中SIRT1最受關(guān)注。SIRT1是miR-34a的直接靶點(diǎn)，miR-34a對心臟的老化和功能的調(diào)節(jié)具有重要作用[29-30]。miR-22在HF晚期增多，可通過SIRT1/PPAR途徑，誘導(dǎo)心肌肥厚促進(jìn)HF發(fā)生[31]。miR-195在心肌肥厚以及HF的早期和晚期階段均有上升。miR-195可直接結(jié)合并下調(diào)SIRT1，促進(jìn)棕櫚酸酯誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡[32]；沉默miR-195使SIRT1增多，緩和小鼠的糖尿病心肌病[33]。近年還發(fā)現(xiàn)，在衰竭的心肌中，升高的miR-195可通過直接抑制SIRT3來調(diào)節(jié)心肌代謝[34]。

上述研究提示SIRT可感受能量狀態(tài)的變化，并動態(tài)和內(nèi)在地調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝，保護(hù)心肌對抗代謝應(yīng)激。SIRT家族對心臟的保護(hù)效應(yīng)由其與細(xì)胞核以及線粒體協(xié)同進(jìn)行，miRNAs可通過Sirtuin介導(dǎo)的去乙酰化調(diào)節(jié)衰竭心肌細(xì)胞的能量代謝。

3 問題與展望

miRNA調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)已被廣泛證明參與HF的發(fā)病機(jī)制，miRNA介導(dǎo)的代謝失常和能量平衡紊亂與HF相關(guān)的研究加深了這一認(rèn)識。然而此類研究大多僅限于動物實(shí)驗(yàn)并且通常只涉及到某個(gè)通路的某個(gè)靶點(diǎn)，整個(gè)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)還有待全面和進(jìn)一步深入闡明。隨著研究的迅速深入，miRNA在HF發(fā)生發(fā)展中對物質(zhì)、能量代謝及SIRTs的調(diào)節(jié)作用得到重視，同時(shí)也是充滿前景的潛在HF診斷指標(biāo)和治療靶點(diǎn)。