MicroRNA與室性心律失常關(guān)系的研究進(jìn)展

唐詩(shī)倩，鐘江華，陸士娟

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院，?？?70000)

室性心律失常的臨床發(fā)生率逐年提高，嚴(yán)重影響著人類的健康。室性心律失常的發(fā)生與心臟的電功能密切相關(guān)，是心臟心肌正常激活或搏動(dòng)的異?；驍_動(dòng)。室性心律失常的發(fā)生機(jī)制包括自律性(心肌細(xì)胞自動(dòng)去極化并產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力)異常、觸發(fā)活動(dòng)(由先前動(dòng)作電位誘發(fā)的膜電壓的去極化振蕩)和折返激動(dòng)[1]。越來(lái)越多的研究表明，微小RNA(microRNA，以下簡(jiǎn)稱miRNA)與室性心律失常密切相關(guān)，并且在室性心律失常起始和發(fā)展中起重要作用。本文對(duì)近年研究發(fā)現(xiàn)的與室性心律失常相關(guān)的miRNA進(jìn)行綜述。

1 miRNA的生物學(xué)基礎(chǔ)

miRNA是小的(長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸)非編碼RNA，其通過(guò)結(jié)合信使RNA(mRNA)內(nèi)的互補(bǔ)序列來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。1993年在線蟲中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)miRNA——lin-4，2001年證實(shí)了miRNA在脊椎動(dòng)物中廣泛存在。miRNA首先在細(xì)胞核中被轉(zhuǎn)錄為含有一個(gè)莖環(huán)二級(jí)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)Pri-miRNA轉(zhuǎn)錄物，然后核RNA裂解酶剪接或切割該長(zhǎng)Pri-miRNA轉(zhuǎn)錄物，形成前miRNA，再由細(xì)胞質(zhì)RNA裂解酶Dicer去除前miRNA的末端環(huán)，產(chǎn)生長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸的成熟miRNA雙鏈。隨后，其中一條鏈被降解，另一條5′端不穩(wěn)定的鏈被結(jié)合到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC)。RISC是一種多蛋白復(fù)合物，它使用單鏈miRNA作為模板，以識(shí)別互補(bǔ)信使RNA(mRNA)，通過(guò)互補(bǔ)序列的結(jié)合，調(diào)節(jié)mRNA翻譯或降解來(lái)抑制基因表達(dá)，從而在生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮多種功能。

動(dòng)物的miRNA通過(guò)與mRNA靶區(qū)域的不完全關(guān)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。人類基因組可能編碼超過(guò)1 800種miRNA ，其靶向人類基因的約60%。因此，miRNA可能參與大多數(shù)生物過(guò)程。據(jù)報(bào)道，miRNA可調(diào)節(jié)體內(nèi)許多復(fù)雜的過(guò)程，各種miRNA的異常表達(dá)與許多疾病狀態(tài)有關(guān)，包括癌癥、糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和心血管疾病(心力衰竭、肥大、傳導(dǎo)障礙和心律失常)等。多種miRNA參與致心律失常機(jī)制，并且不同的miRNA在心臟的不同病理?xiàng)l件下參與不同類型的心律失常[2]。

2 與室性心律失常相關(guān)的miRNA

2.1 miRNA-1(miR-1) miR-1是肌肉特異性miRNA，并在心臟發(fā)育、功能和疾病中發(fā)揮重要作用。miR-1由兩個(gè)幾乎相同的基因編碼：miR-1-1和miR-1-2，分別在染色體20和18上[3]。

Cx43和Kir2.1是室性心律失常中至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。在心臟傳導(dǎo)中，miR-1可抑制GJA1(Cx43)，其在心臟自動(dòng)性中靶向HCN2和HCN4，在心臟復(fù)極中抑制KCNA5，KCNE1、KCND2和KCNJ2(Kir2.1)，并且在心臟去極化靶標(biāo)CACNA1C。miR-1過(guò)表達(dá)可通過(guò)轉(zhuǎn)錄后抑制KCNJ2(其編碼K+通道亞基Kir2.1)和GJA1(其編碼Cx43)，減緩了傳導(dǎo)并使細(xì)胞質(zhì)膜去極化從而導(dǎo)致室性心律失常， 而消除梗死大鼠心臟中的miR-1，減輕室性心律失常[4]。

miR-1參與調(diào)節(jié)Cx43的表達(dá)和活性。Cx43是心肌中表達(dá)最高的蛋白質(zhì)，用于調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物心臟的細(xì)胞間連接。Cx43的顯著減少或缺乏可導(dǎo)致室性心律失常[5]。研究表明，血管緊張素Ⅱ1型受體激活可使c-Src酪氨酸激酶介導(dǎo)的Cx43從縫隙連接處移位，從而引起室性心動(dòng)過(guò)速(VT)導(dǎo)致的心室顫動(dòng)(VF)[6]。Curcio等[7]研究表明，治療壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大通過(guò)使miR-1表達(dá)水平正?；瑥亩归g隙連接內(nèi)的Cx43表達(dá)和活性穩(wěn)定化，降低危及生命的室性快速性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)。但是，目前尚不完全了解Cx43失調(diào)為何會(huì)引起室性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)增加。

miR-1也在轉(zhuǎn)錄后抑制鉀電壓門控通道亞家族J成員2(KCNJ2)，其編碼鉀通道亞基Kir2.1，其是介導(dǎo)I K1的主要K+通道亞基，負(fù)責(zé)設(shè)定和維持心臟靜息膜電位。Yang等[8]研究發(fā)現(xiàn)，miR-1過(guò)表達(dá)通過(guò)轉(zhuǎn)錄后抑制KCNJ2來(lái)減緩傳導(dǎo)并使細(xì)胞質(zhì)膜去極化，導(dǎo)致VT和VF。此外，有研究表明β-腎上腺素能受體-cAMP-蛋白激酶A(PKA)信號(hào)通路可以刺激miR-1和血清應(yīng)答因子(SRF)的表達(dá)，促成缺血性心律失常，如VT，而β-受體阻斷劑通過(guò)抑制β-腎上腺素受體-cAMP- PKA信號(hào)通路，抑制SRF表達(dá)和下調(diào)miR-1，這可能是一種新的缺血心肌保護(hù)策略[9]。因此，GJA1和KCNJ2可能不是miR-1的惟一離子通道靶標(biāo)，它也能夠通過(guò)抑制其他基因，如SCN5A、CACNA1C、KCND2、KCNA5和KCNE1 等，參與室性心律失常的發(fā)生。

2.2 miR-21 miR-21是心血管系統(tǒng)中高度表達(dá)的miRNA，其在所有主要類型的心血管細(xì)胞中高表達(dá)，包括血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)、內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞。

Hsueh等[1]研究發(fā)現(xiàn)，慢性腎臟病(CKD)大鼠心臟離子通道和鈣處理異常，會(huì)導(dǎo)致早期去極化，觸發(fā)活動(dòng)和室性心律失常，并且觀察到TGF-β、miR-21和鈉鈣交換蛋白1的mRNA水平上調(diào)。Neckar等[10]觀察到在心臟缺血/再灌注(I/R)損傷中，冠狀動(dòng)脈再灌注后立即觀察到頻繁的室性期前收縮(VPB)、VT、VF和二度或三度房室傳導(dǎo)阻滯。而Han等[11]在心肌I/R損傷的大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，miR-21的過(guò)表達(dá)可以通過(guò)靶向特定基因發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡作用來(lái)減弱I/R損傷，有效保護(hù)心肌細(xì)胞，防止心律不齊(如VPB、VT、VF等)。Yang等[12]研究表明，miR-21通過(guò)靶向KBTBD7，抑制p38和NF-κB信號(hào)激活來(lái)抑制心肌梗死早期的炎癥反應(yīng)，從而防止過(guò)度瘢痕形成并改善心臟功能。結(jié)合miR-21在心肌細(xì)胞凋亡中的對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用及其在心肌缺血后炎癥中的抑制功能，miR-21可能是用于治療室性心律失常和心肌梗死的藥物開(kāi)發(fā)的新靶標(biāo)。

2.3 miR-130a miR-130a位于11號(hào)染色體上，其成熟序列分布在第11位的核苷酸中[13]。 迄今為止，關(guān)于miR-130a的心血管功能知之甚少。Matkovich等[14]研究發(fā)現(xiàn)，與正常心臟相比，在人類心力衰竭中，miR-130a的水平顯著升高。由此推斷成年心肌細(xì)胞中miR-130a的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致心臟功能異常。Osbourne等[15]研究發(fā)現(xiàn)，miR-130a在成人心肌中的過(guò)表達(dá)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致Cx43蛋白下調(diào)，從而引起室性心律失常和心室功能障礙。而Mazurek等[16]則發(fā)現(xiàn)，在αMHC-miR130a轉(zhuǎn)基因小鼠中，miR-130a過(guò)表達(dá)導(dǎo)致的橋粒蛋白DSC2的減少促進(jìn)了橋粒功能紊亂，這可能導(dǎo)致高度致室性心律失常的表型。這些發(fā)現(xiàn)表明，miR-130a的過(guò)度表達(dá)對(duì)室性心律失常的發(fā)病機(jī)制起重要作用。

2.4 miR-133 與miR-1一樣，miR-133是最豐富的心臟特異性miRNA。miR-133家族包含兩種miRNA：miR-133a和miR-133b。miR-133a可以由兩種不同的基因產(chǎn)生：miR-133a-1和miR-133a-2。miR-133a-1、miR-133a-2和miR-133b分別位于染色體18、2、1上。其異常表達(dá)與骨骼肌和心肌中的許多疾病有關(guān)，例如心臟肥大、肌營(yíng)養(yǎng)不良、心力衰竭、室性心律失常[17]。

研究表明 ，miR-133通過(guò)靶向KCNH2(HERG)和KCNQ1來(lái)控制心臟復(fù)極化，也有證據(jù)表明它還通過(guò)靶向HCN2來(lái)調(diào)節(jié)心臟傳導(dǎo)和自動(dòng)性[18]。據(jù)報(bào)道，過(guò)度表達(dá)的miR-133可以抑制心臟鉀離子通道蛋白醚-a-go-go(ERG)，導(dǎo)致復(fù)極和QT延長(zhǎng)緩慢，最終導(dǎo)致室性心律失常[17]。也有研究證明，miR-133a靶向編碼Kv7.1的KCNQ1 mRNA，Kv7.1是負(fù)責(zé)I Ks的電壓門控K+通道的成孔亞基(即緩慢延遲整流心臟K+電流)，從而破壞心臟復(fù)極，導(dǎo)致致命的室性快速性心律失常[19]。HCN2是miR-133的重要離子通道靶標(biāo)之一，在確定心臟自動(dòng)性方面起著重要作用。 在一個(gè)左心室肥大的大鼠模型中，HCN2增加，而miR-133減少，表明這種下調(diào)導(dǎo)致HCN2在重塑中重新表達(dá)。另一種伴有逐漸進(jìn)展的心肌疾病的小鼠模型在8周齡時(shí)死于室性心律失常，其心室中過(guò)度表達(dá)HCN2，表明HCN2過(guò)度表達(dá)可能導(dǎo)致室性心律失常[20]。此外，Chen等[21]研究表明，miR-133轉(zhuǎn)染的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)在心肌梗死大鼠模型中可明顯改善心功能。 以上研究表明，miR-133在心肌梗死、心臟傳導(dǎo)、心臟模式調(diào)節(jié)、血管生成、心臟肥大、纖維化和心臟保護(hù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，過(guò)表達(dá)miR-133的MSCs的移植可為心臟修復(fù)和心臟相關(guān)疾病的調(diào)節(jié)提供有效的策略，因此 miR-133可以作為心血管疾病的潛在診斷生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)[22]。

2.5 miR-208 miR-208家族由miR-208a、miR-208b和由α-心肌肌球蛋白重鏈基因編碼的miR-499組成。miR-208a僅在心臟中表達(dá)，而miR- 208b和miR-499在胚胎心臟和骨骼肌中表達(dá)。大量研究表明，miR-208家族的異位表達(dá)與心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，并且已經(jīng)證實(shí)miR-208a是心臟正常傳導(dǎo)的必需分子[23]。 Callis等[24]研究發(fā)現(xiàn)，miR-208a轉(zhuǎn)基因小鼠的PR間期顯著延長(zhǎng)，部分顯示出二度房室阻滯，表明miR-208a是維持Cx40表達(dá)所必需的，Cx40的表達(dá)與心律失常有關(guān)。由此證明miR-208a足以誘導(dǎo)心律失常，miR-208a功能的獲得和喪失與心律失常有關(guān)。此外，Bostjancic等[25]研究發(fā)現(xiàn)，miR-208a在心肌梗死患者中顯著上調(diào)，并且與沒(méi)有VF/VT的患者相比，在具有VF/VT的心肌梗死患者中顯著下調(diào)，表明嚴(yán)重的室性心律失常如VF/VT也與miR-208a相關(guān)。因此，miR-208a作為涉及電重構(gòu)的基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，可以為室性心律失常治療提供策略。

2.6 miR-223-3p miR-223-3p是一種造血特異性miRNA，在髓系譜系發(fā)育和粒細(xì)胞分化中發(fā)揮重要作用 。研究表明，在心肌梗死和心絞痛患者血清中，miR-223-3p表達(dá)水平顯著上調(diào)，提示升高的血清miR-223-3p為急性心肌梗死和心絞痛診斷的miRNA生物標(biāo)志物之一[26]。vanRooij等[27]研究發(fā)現(xiàn)，miR-223-3p在缺血心肌中的表達(dá)水平升高，導(dǎo)致增加誘發(fā)室性心律失常的易感性。但是目前還不清楚循環(huán)和心肌miR-223-3p之間的關(guān)系。Liu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死大鼠中miR-223-3p的上調(diào)抑制了KCND2/Kv4.2的表達(dá)，引起Ito密度減少，導(dǎo)致APD延長(zhǎng)，促進(jìn)缺血性心律失常，如室性早搏(PVC)、VT和VF，并且通過(guò)其反義抑制劑敲低內(nèi)源性miR-223-3p抑制了由急性心肌梗死誘導(dǎo)的室性心律失常，表明該miRNA是缺血性室性心律失常抗心律失常治療的潛在新分子靶標(biāo)。

2.7 其他miRNA 此外，還發(fā)現(xiàn)其他miRNA與室性心律失常相關(guān)。Zhang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與非雌激素缺乏大鼠相比，雌激素缺乏大鼠急性心肌缺血引起的室性心律失常易感性增加與miR-151-5p的下調(diào)有關(guān)。Blanco等[30]研究表明，慢性心力衰竭患者發(fā)生室性心律失常的風(fēng)險(xiǎn)與miR-155相關(guān)。Jin等[31]研究發(fā)現(xiàn)，成年小鼠心肌細(xì)胞中miR-206過(guò)表達(dá)強(qiáng)烈抑制了Cx43表達(dá)，并且miR-206過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠中Cx43的喪失導(dǎo)致異常心率和PR間期，從而誘導(dǎo)室性快速性心律失常。Sommariva等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與健康人對(duì)照， miR-320a在致心律失常性心臟病(ACM)患者中表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著低表達(dá)。Yamada等[33]首次證實(shí)，在具有室性心律失常的確切致心律失常性右心室心肌病(ARVC)患者中，血漿miR- 494水平顯著升高，并且在ARVC患者中，消融后復(fù)發(fā)的VA與血漿中升高的miR-494水平有關(guān)。

miRNA在心血管疾病的形成及發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的作用，雖然目前有關(guān)miRNA與心血管疾病的研究還處于起步階段，但卻為心臟疾病的診斷治療開(kāi)辟了基因水平治療的新領(lǐng)域。在治療室性心律失常方面，盡管已發(fā)現(xiàn)許多與室性心律失常發(fā)生緊密相關(guān)的miRNA，但這僅僅是一小部分。而且，目前對(duì)miRNA的作用及機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍很局限，對(duì)于如何安全、高效、特異、靶組織定向性地干預(yù)miRNA的表達(dá)等問(wèn)題尚需探索。需要進(jìn)一步探索miRNA與血管疾病的相關(guān)性，開(kāi)發(fā)新的治療領(lǐng)域。