microRNA-181b對心血管疾病的調(diào)控作用及機制的研究進展

祁 緣 荊 黎

(1.首都醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院 2016級臨床醫(yī)學專業(yè)，北京 100069；2.首都醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院， 北京 100069)

microRNA-181 (miR-181)是典型的具有內(nèi)含子性質(zhì)的非編碼RNA分子家族，其亞型包括miR-181a、miR-181b、 miR-181c和miR-181d，它們通過靶向作用于mRNA的3′UTR端(從編碼區(qū)末端的終止密碼子延伸至多聚 A 尾巴的末端)，抑制mRNA的翻譯，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的基因表達[1]，參與多種生物學過程。其靶基因主要參與調(diào)控細胞增生[2]、炎性反應(yīng)[3]及細胞修復[4]等生物學相關(guān)過程。其中miR-181b是miR-181家族在心血管細胞中的主要表達亞型[5]。miR-181b的異常表達可通過調(diào)節(jié)心血管組織細胞中的細胞因子、蛋白酶以及相關(guān)受體的基因表達，進而調(diào)控心血管系統(tǒng)的生理狀態(tài)及炎性反應(yīng)，參與高血壓、主動脈瓣膜病、心肌病、心肌炎等心血管疾病的病理生理過程。

1 miR-181b與高血壓

高血壓是一種主要的心血管疾病，為眾多心血管疾病發(fā)病的獨立危險因素，是指以體循環(huán)動脈血壓收縮壓≥140 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，舒張壓≥90 mmHg為主要特征，可伴有心、腦、腎等器官的功能或器質(zhì)性損害的臨床綜合征?？赡艿陌l(fā)生發(fā)展機制包括血管內(nèi)皮細胞凋亡、血管彈性降低及血管炎性反應(yīng)[6]。miR-181b可靶向作用于相關(guān)基因，參與血管內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)結(jié)構(gòu)與功能改變，負向調(diào)節(jié)高血壓的發(fā)生和發(fā)展。

妊娠期高血壓(hypertensive disorder complicating pregnancy， HDCP)是產(chǎn)科常見的合并癥，嚴重威脅孕婦、胎兒健康，是造成孕產(chǎn)婦或圍生兒死亡及胎兒生長受限的重要原因。Gao等[7]提出，HDCP患者外周血中miR-181b表達呈顯著下降趨勢，并且miR-181b的表達與高血壓等級呈負相關(guān)，HDCP可導致血管內(nèi)皮細胞的凋亡，還可誘導外周血中靶向金屬蛋白酶組織抑制劑-3(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-3，TIMP-3)的表達，TIMP-3可參與調(diào)控細胞周期，促進血管內(nèi)皮細胞凋亡和自噬[8]。通過轉(zhuǎn)染miR-181b的大鼠血管內(nèi)皮細胞進行蛋白質(zhì)印跡分析，證實過表達miR-181b可通過靶向調(diào)控TIMP-3基因的表達進而降低血管內(nèi)皮和細胞凋亡率[7]，反映出miR-181b在調(diào)節(jié)HDCP的發(fā)生、發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。

中老年為高血壓疾病的主要發(fā)病群體，血壓升高可誘發(fā)心肌梗死、心力衰竭、卒中，是老年人致殘致死的主要原因之一， 嚴重威脅老年人的健康。有研究[3]表明，老年小鼠的主動脈中miR-181b表達顯著降低，并且敲除老年小鼠VSCMs模型中 miR-181b的表達能抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)的表達。熒光素酶報告基因測定證實miR-181b可通過靶向主動脈VSMC中的TGF-β的3′-UTR端阻遏其表達，而TGF-β表達的升高可導致主動脈VSMCs彈性降低甚至破裂[3]。因此，推測miR-181b可通過靶向抑制TGF-β的表達進而在高血壓介導的血管損傷中發(fā)揮保護作用。研究白藜蘆醇降血壓作用的實驗[9]顯示，白藜蘆醇給藥組高血壓男性患者外周血中miR-181b表達上調(diào)，這說明miR-181b可能在白蘆藜醇降血壓過程中發(fā)揮著重要的作用，但是其機制還有待進一步研究。

上述實驗提示，通過誘導血管內(nèi)皮細胞miR-181b的表達，可抑制TIMP-3、TGF-β等細胞因子的分泌，能調(diào)節(jié)主動脈血管壁在高血壓中的彈性降低現(xiàn)象、損傷及炎性反應(yīng)，成為對癥治療高血壓的新策略。

2 miR-181b與動脈粥樣硬化(atherosclerosis， AS)

AS是一種動脈管壁的進展性炎性反應(yīng)。目前認為，異常的脂質(zhì)代謝引發(fā)動脈管壁上脂質(zhì)沉積和炎性反應(yīng)，可形成粥樣斑塊及血管損傷，導致AS的發(fā)生[10]。AS可累及心、腦、腎等全身各器官，且與糖尿病、高血壓等疾病密切相關(guān)，是導致心血管疾病的風險因素之一。AS后期血管組織修復過程主要伴隨血管內(nèi)皮細胞及平滑肌細胞的增生[11]。有研究[12]表明，miR-181b在AS患者的血清中表達上升，提示miR-181b可能參與了動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程。

miR-181b可通過調(diào)控炎性相關(guān)因子的表達，阻礙炎性細胞的聚集和動脈粥樣斑塊形成。動物實驗研究[12]顯示，在載脂蛋白E缺陷的主動脈內(nèi)膜細胞中miR-181b與輸入蛋白-α3(importin-α3，IPO-α3)以及小鼠頸動脈內(nèi)皮細胞中caspase募集結(jié)構(gòu)域蛋白10(caspase recruitment domain family member 10， card 10)[13]的表達均呈負相關(guān)，同時Deng等[14]的研究進一步證實上述蛋白的低表達，可特異性下調(diào)核因子-κΒ(nuclear factor-kappa Β， NF-κΒ)核轉(zhuǎn)位作用，進而導致白細胞介素-6(interleukin-6， IL-6)、 IL-8、 腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的失活，誘導型一氧化氮合酶、細胞黏附分子-1、人血管內(nèi)皮細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、環(huán)氧化酶2(cyclooxygenase，COX-2)、E選擇蛋白等細胞因子的表達的下調(diào)[5，15-16]，從而抑制炎性反應(yīng)的發(fā)生[17-18]。Cervigne等[19]和Iliopoulos等[20]提出NF-κB可通過激活I(lǐng)L-6依賴的STAT通路，實現(xiàn)促進miR-181b的轉(zhuǎn)錄作用，降低炎性反應(yīng)，說明miR-181b與NF-κB之間存在著NF-κB/IL-6/STAT/miR-181b調(diào)節(jié)環(huán)路。NF-κB與miR-181b相互作用，可調(diào)節(jié)動脈粥樣硬化時血管內(nèi)皮的炎性反應(yīng)，提示miR-181b在動脈粥樣硬化中發(fā)揮保護作用。此外，Sun等[12]通過對比白細胞與血管內(nèi)皮細胞(vascular endothelia cells，VEC)發(fā)現(xiàn)，在VEC中miR-181b對NF-κB通路的抑制效應(yīng)較其他組織更明顯。miR-181b除抑制IL-6等細胞因子的活性外，還可通過降低forkhead轉(zhuǎn)錄因子FoxO的活性，抑制白細胞和巨噬細胞的轉(zhuǎn)化[21]，提示 miR-181b可通過抑制免疫細胞的轉(zhuǎn)化，進而抑制免疫細胞在炎性反應(yīng)中的聚集現(xiàn)象，發(fā)揮抗炎作用。

miR-181b還被認為是動脈粥樣硬化發(fā)生過程中，內(nèi)皮功能及炎性反應(yīng)之間的調(diào)節(jié)紐帶，參與維持血管壁的彈性及完整[12]。miR-181b為血管內(nèi)皮和血管平滑肌的主要調(diào)節(jié)因子，可誘導VSMC和VEC的增生分化，促進組織修復[22]。Li等[23]發(fā)現(xiàn)，細胞轉(zhuǎn)染miR-181b后，p21和p27表達降低，促進VSMCs和VEC的增生，發(fā)揮動脈粥樣硬化血管的修復作用。細胞模型顯示，p21和p27表達增加能明顯提高細胞周期激活劑周期蛋白依賴性激酶-4(cyclin-dependent kinases-4， CDK-4)和G1/S特異性周期蛋白D1的表達，調(diào)節(jié)細胞周期S期檢測點和G2/M期檢測點進行，并且可激活PI3K和MAPK信號通路，促進VSMCs的增生。該機制的發(fā)現(xiàn)可為修復AS血管損傷提供新的治療策略。另外，Sun等[21]通過肥胖小鼠模型靜脈導入miR-181b，發(fā)現(xiàn)胰島素介導的Akt磷酸化增強，通過細胞學和基因?qū)W分析顯示miR-181b可通過作用于PHLPP2，增加Akt和內(nèi)皮型NO合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)的磷酸化，這種作用可減少內(nèi)皮功能障礙，發(fā)揮擴張血管的作用；Lin等[13]在一項關(guān)于血管炎性反應(yīng)的研究中指出，miR-181b可抑制Card-10的表達，并顯著降低體內(nèi)血栓的形成及血管堵塞現(xiàn)象；此外，Sun等[12]提出miR-181b可抑制IPOA-3α的表達，阻礙AS斑塊的形成；同時，Di Gregoli等[24]通過小鼠動脈粥樣硬化模型研究也指出miR-181b具有抑制病變組織中TIMP-3和基質(zhì)金屬蛋白酶-12(matrix metalloproteinase-12，MMP-12)等金屬蛋白酶表達的作用，可擴張血管并穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊。由于AS的形成與血管收縮、血栓形成和斑塊的不穩(wěn)定相關(guān)，因而以上研究表明miR-181b在抑制AS的進展中發(fā)揮重要作用。

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic heart disease，CHD)是AS中威脅人類健康最嚴重的疾病，其主要是由于血脂異常、血管內(nèi)皮炎性反應(yīng)等多種病理因素造成的冠狀動脈管腔狹窄而引發(fā)的疾病。miR-181b作為細胞因子和基因表達的調(diào)節(jié)因子，可參與影響冠狀動脈粥樣硬化的過程。miR-181b可通過調(diào)節(jié)相關(guān)病理因素，預防和抑制CHD的發(fā)生和發(fā)展。動物模型的研究較為成熟，研究者在高脂肪喂養(yǎng)的超重大鼠模型[25-26]中發(fā)現(xiàn)， miR-181b的過量表達與大鼠體質(zhì)量的下降呈正相關(guān)，由于超重肥胖為CHD發(fā)病危險因素之一，表明miR-181b可降低CHD發(fā)病風險。同時，Guo等[27]由于發(fā)現(xiàn)在60歲以上CHD群體中 CDKN2BAS(lncRNA ANRIL)的過表達與miR-181b的低表達呈正相關(guān)，便建立各種因素如吸煙、高血壓等引發(fā)的CHD小鼠模型，發(fā)現(xiàn)外周血中ANRIL的表達上升，同時高表達的ANRIL還顯著降低miR-181b的表達，并誘導細胞外基質(zhì)中炎性反應(yīng)相關(guān)因子，如IL-6、IL-8等的分泌。由于miR-181b對NF-κB存在直接調(diào)節(jié)作用，抑制IL-6等細胞因子的表達，提示ANRIL可通過ANRIL/miR-181b/NF-κB軸誘發(fā)動脈粥樣硬化，miR-181b和NF-κB信號傳導的聯(lián)合作用可以幫助進一步治療和診斷CHD。另外，Carlos等[28]提出，在CHD患者血漿中，細胞因子TNF-α的高表達可誘導miR-181b表達。同時過表達miR-181b可反向抑制TNF-α的表達，而后者則是與CHD的發(fā)展密切相關(guān)的細胞因子，包括促進人冠狀動脈皮內(nèi)細胞(human coronary artery endothelial cells,HCAECs)的活性、白細胞附著，證實miR-181b在CHD中發(fā)揮保護作用。因此，miR-181b的高表達可能作為CHD的檢測指標之一，但是關(guān)于miR-181b在CHD危險因素的預防及其治療中的價值仍需廣泛深入的研究。

3 miR-181b與主動脈瓣膜病(calcified aortic valve disease， CAVD)

CAVD是一種主動脈瓣膜纖維鈣化重塑的流行性心血管疾病。主動脈瓣的纖維化和鈣化逐漸導致主動脈瓣狹窄，進而引發(fā)一系列臨床癥狀，包括肺淤血等。其發(fā)病的主要危險因素包括年齡、高血壓、糖尿病等[29]。動脈瓣膜鈣化可引發(fā)早期炎性反應(yīng)，進而發(fā)展為CAVD，導致心律失常甚至猝死。Heath等[30]的研究表明，人類鈣化主動脈瓣膜組織中，miR-181b可在VEC中大量表達，通過抑制TIMP-3表達， MMP的表達明顯上升，同時出現(xiàn)主動脈瓣膜硬化及鈣化加重現(xiàn)象。MMPs可參與調(diào)控細胞外基質(zhì)重塑，介導細胞降解并且參與白細胞浸潤[31]，說明miR-181b可通過TIMP-3/MMP途徑促進CAVD的進展。有趣的是，上文提及的研究[7，24]表明，miR-181b對TIMP-3的抑制作用可抑制血管內(nèi)皮細胞的凋亡及炎性反應(yīng)，負向調(diào)節(jié)高血壓和AS病理反應(yīng)。過表達miR-181b對TIMP-3的抑制作用在血管內(nèi)皮細胞和主動脈瓣膜組織中產(chǎn)生了抑制和促進凋亡及炎性反應(yīng)的矛盾作用。這可能與不同組織及刺激條件有關(guān)，血管內(nèi)皮細胞為單層扁平上皮，易因直接與外界物理、化學或生物因子接觸而受損，心臟瓣膜組織則內(nèi)部為致密結(jié)締組織，易因感染而引發(fā)的炎性反應(yīng)誘導膠原纖維增生及鈣鹽沉積發(fā)生，兩者損傷機制并不相同?，F(xiàn)今對于miR-181b定位調(diào)控TIMP-3與CAVD的復雜作用機制尚不完善，miR-181b對TIMP-3的抑制作用在心血管疾病的病理損傷中發(fā)揮病理損傷作用還是保護作用仍待進一步研究。

4 miR-181b與心肌纖維化

心肌纖維化是指心肌細胞凋亡及心肌組織被成纖維細胞代替的過程，心肌纖維化可導致心室壁收縮力減弱及電傳導異常，是心臟疾病常見的病理過程。有研究[32-33]表明：低濃度(100 nmol/L)的血管緊張素Ⅱ即可誘導miR-181b表達的下調(diào)，促進心肌細胞纖維化程度的增強。血管緊張素Ⅱ是導致心肌纖維化的主要危險因素，通過刺激細胞增生和細胞因子TIMP-3的分泌從而促進成纖維細胞的生成。同時血管緊張素Ⅱ已被證實可通過MAPK信號通路作用于心肌細胞，并且有研究[34-35]顯示，miR-181b可通過靶向MAPK信號通路，抑制TIMP-3的分泌，進而負向調(diào)節(jié)成纖維細胞的分化及間質(zhì)的合成，抑制膠原纖維的紊亂排列。此外，敲低miR-181b表達可抑制與心肌細胞纖維化相關(guān)的細胞因子TGF-β表達的下降[34-35]，而過表達miR-181b則進一步抑制TGF-β的表達[2]。以上兩種結(jié)果為miR-181b參與抑制心肌纖維化修復現(xiàn)象提供依據(jù)。同樣是對細胞修復的研究[2，34-35]，過表達的miR-181b產(chǎn)生了促進VEC修復和抑制心肌細胞纖維化修復的矛盾作用。這可能是由于心肌的纖維化修復主要是形成瘢痕組織，降低心肌細胞的順應(yīng)性；而VEC屬于上皮細胞，其修復過程屬細胞再生過程，修復后組織可恢復正常功能。因而，miR-181b雖負向調(diào)節(jié)心肌細胞的修復過程，卻依舊發(fā)揮組織保護功能。

5 miR-181b與心肌肥厚

左右心室心肌肥大是多種心血管疾病的病理結(jié)局，其主要特征是細胞體積增大、蛋白合成增加及胚胎型基因表達上調(diào)，是心肌細胞對心臟負荷增加的適應(yīng)性代償反應(yīng)，并最終會導致心力衰竭甚至猝死[36]。多種不同的心血管疾病，如高血壓、瓣膜病、甲狀腺功能亢進心臟病等，都可導致心肌肥厚的產(chǎn)生。

Zhong等[37]的研究顯示，在人類心肌肥厚患者的外周血中，miR-181b的表達表現(xiàn)出上升趨勢，這說明miR-181b可能在心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展過程中反應(yīng)性增加，同時提出外周血中miR-181b表達的反應(yīng)性升高可反向調(diào)節(jié)心肌肥厚的病理過程。同時在經(jīng)苯二甲酸(phenylephrine treatment， PE)處理而建立的心肌細胞肥大模型中，過表達miR-181b可抑制與細胞肥大相關(guān)的基因[37]，包括參與心肌細胞cGMP依賴的信號傳導途徑進而抑制心肌細胞的增生與肥大的Ⅰ型蛋白激酶 (cGMP-dependent protein kinase type I，PKG1)的基因[38]，而同時miR-181b被敲降后可抑制PKG1表達的下降。由此，miR-181b可通過調(diào)節(jié)PKG1基因的表達，在心肌肥厚疾病中發(fā)揮保護作用。

6 miR-181b與心肌炎

心肌炎是感染或免疫反應(yīng)等原因所引起的心肌局限性或彌散性的炎性反應(yīng)現(xiàn)象。miR-181b在心肌炎相關(guān)干細胞治療過程中發(fā)揮了重要的作用。應(yīng)用脂肪來源的干細胞與牙齦卟啉單胞菌-LPS(Pg-LPS)損傷新生大鼠心肌炎細胞模型共同培養(yǎng)，可抑制Pg-LPS導致的心肌細胞中miR-181b表達的下降。說明脂肪來源干細胞的移植可通過調(diào)節(jié)miR-181b的表達進而抑制心肌炎的發(fā)生和發(fā)展。miR-181b模擬物和抑制劑的分別轉(zhuǎn)染試驗證實miR181b參與調(diào)節(jié)與干細胞共培養(yǎng)的Pg-LPS損傷的心肌炎細胞的保護作用，抑制TLR4/NF-κB軸和IGF1R/PI3K/Akt軸，進而阻遏細胞死亡信號的傳導。因此miR181b可作為Pg-LPS誘導的心肌炎的潛在治療標志物[39]。此外有研究[40]表明，miR-181b在心肌病末期纖維化修復中表達顯著降低，進一步證實miR-181b參與了心肌炎的發(fā)生發(fā)展過程，這與miR-181b在心肌纖維性修復中表達降低[32]的結(jié)論一致，可猜測在心肌炎修復過程中miR-181b同樣通過直接作用于MAPK信號通路，抑制TIMP-3的分泌，在心肌修復過程中發(fā)揮負向調(diào)節(jié)作用。但目前關(guān)于心肌炎的纖維性修復過程中，miR-181b低表達現(xiàn)象的具體機制研究尚不完善，仍需進一步探索。

7 結(jié)論與展望

本文探討了miR-181b參與調(diào)控心血管疾病的眾多生理和病理作用，以及其在部分藥物治療過程發(fā)揮作用。其可通過調(diào)控相關(guān)靶基因進而影響相應(yīng)的細胞因子及受體或酶的表達，對心血管疾病進程的影響有重大意義。miR-181b可主要通過抑制NF-κB通路作用于IL-6、TNF-α等細胞因子抑制炎性反應(yīng)；通過調(diào)節(jié)CDK-4等蛋白的表達，調(diào)節(jié)細胞周期，促進血管修復；通過直接靶向MAPK通路調(diào)節(jié)膠原纖維生成及排列進而調(diào)控心肌細胞纖維化。miR-181b可通過調(diào)控多種信號通路實現(xiàn)對心血管疾病的調(diào)控，其表達的升高可能發(fā)揮潛在保護作用，但是，根據(jù)不同組織、不同病理條件等，miR-181b發(fā)揮的作用并不完全相同。對CAVD等疾病的調(diào)控作用，仍存在有矛盾結(jié)果，因此，其與細胞因子作用的相關(guān)通路仍需大量前瞻性實驗揭示。miR-181b對心血管疾病的調(diào)控作用是廣泛且關(guān)鍵的，未來隨著對miR-181b復雜作用機制的進一步研究，有望通過檢測miR-181b的表達情況預測或診斷心血管疾病，通過對miR-181b靶向藥物的研究，可為治療高血壓、動脈粥樣硬化等疾病提供新思路。