MicroRNA-590在心血管疾病中的研究進(jìn)展

儲時春 成威

230041 合肥，安徽省第二人民醫(yī)院心血管內(nèi)一科

微小RNA(microRNA，miRNA)是真核生物中一種長度約為22個核苷酸大小的非編碼單鏈小RNA，通過特異性結(jié)合靶mRNA的3’非編碼區(qū)(3’-UTR)，抑制靶基因翻譯或者促進(jìn)靶基因降解，從而負(fù)向調(diào)控基因的表達(dá)。既往研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs廣泛參與生長發(fā)育、器官形成、造血、細(xì)胞增殖分化與凋亡、腫瘤生成等生物學(xué)過程[1]。近年來研究證實，miRNAs在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，不僅與心臟及血管的生長發(fā)育密切相關(guān)，而且參與調(diào)控多種心血管疾病的病理生理過程，如動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、高血壓、心肌梗死和心律失常等。本文就miR-590在心血管疾病中的調(diào)控作用進(jìn)行綜述。

1 概述

MiR-590是microRNAs家族中的一員，廣泛表達(dá)于肝臟細(xì)胞、心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等多種細(xì)胞。miR-590基因位于染色體7q11.23中真核生物翻譯起始因子4H(eukaryotic translation initiation factor 4H，EIF4H)基因第5內(nèi)含子內(nèi)，成熟miR-590是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行編碼并在RNA聚合酶Ⅱ的作用下形成初級miR-590(pri-miR-590)，然后經(jīng)過Drosha-DGCR8復(fù)合體剪切形成發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)的前體miR-590(pre-miR-590)。通過Exprotin5復(fù)合物轉(zhuǎn)運至胞漿后，pre-miR-590由Dicer剪切生成雙鏈RNA，稱為miR-590/miR-590*，隨后在解螺旋酶的作用下分離為兩條單鏈，其中靠近5’端莖部的miRNA加工成熟后即為miR-590，又稱為miR-590-5p；靠近3’端莖部的miRNA加工成熟后即為miR-590*，通常很不穩(wěn)定，經(jīng)Dicer加工成熟后很快降解，有較髙水平表達(dá)的miR-590*通常標(biāo)記為miR-590-3p。miR-590-5p和miR-590-3p均可結(jié)合到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RNA-induced silencing complex，RISC)上，通過與靶mRNA的3’-UTR互補(bǔ)配對實現(xiàn)對靶基因的抑制。如果miRNA與靶mRNA完全配對，則靶mRNA被該復(fù)合物降解；若兩者序列部分配對，靶mRNA不被降解，但不能翻譯為蛋白質(zhì)。通過調(diào)節(jié)靶基因，miR-590可能在心血管疾病中發(fā)揮重要作用，如炎癥調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、保護(hù)血管、預(yù)防心肌梗死和促進(jìn)心肌再生等。

2 MiR-590與心血管疾病的關(guān)系

2.1 MiR-590與AS

AS是血管壁對血脂異常和內(nèi)皮損傷的慢性炎癥反應(yīng)，包括白細(xì)胞的炎性募集和血管壁細(xì)胞的活化。致動脈粥樣硬化的脂蛋白，如低密度脂蛋白誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞活化并侵入內(nèi)膜，引起單核細(xì)胞募集到內(nèi)皮下間隙分化為巨噬細(xì)胞，吞噬脂蛋白形成泡沫細(xì)胞。泡沫細(xì)胞最終死亡，導(dǎo)致細(xì)胞碎片和結(jié)晶膽固醇以及多種炎癥細(xì)胞因子的釋放，最終演進(jìn)為晚期不穩(wěn)定斑塊[2]。

內(nèi)皮細(xì)胞的功能障礙或凋亡已被認(rèn)為是AS發(fā)生發(fā)展的起始因素[3]。研究發(fā)現(xiàn)miR-590-5p通過靶向抑制人血凝素樣氧化低密度脂蛋白受體-1(Lectin-like，oxidized low-density lipoprotein receptor-1，LOX-1)和p53信號通路從而抑制氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)凋亡[4-5]。Luo等[6]進(jìn)一步證實了miR-590-5p通過阻斷LOX-1的表達(dá)抑制血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)誘導(dǎo)的HUVECs凋亡和活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成。Yang等[7]研究發(fā)現(xiàn)miR-590通過抑制TLR4/NF-κB通路，促進(jìn)人主動脈內(nèi)皮細(xì)胞(human aortic endothelial cells，HAECs)增殖，阻斷ox-LDL誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡；同時發(fā)現(xiàn)高脂飲食喂養(yǎng)的ApoE-/-小鼠主動脈組織中miR-590下調(diào)，過度表達(dá)miR-590顯著減輕ApoE-/-小鼠主動脈粥樣硬化病變。Wu等[8]研究結(jié)果顯示姜黃素通過上調(diào)mir-590-3p的表達(dá)減輕細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激(oxidative stress，OS)同時增加內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)水平，逆轉(zhuǎn)了Ang Ⅱ介導(dǎo)的內(nèi)皮損傷。

單核巨噬細(xì)胞的激活是AS病理過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；罨膬?nèi)皮細(xì)胞分泌趨化因子，促進(jìn)單核細(xì)胞募集到內(nèi)皮下組織。單核細(xì)胞暴露于特定的微環(huán)境中分化成一系列的異質(zhì)巨噬細(xì)胞。巨噬細(xì)胞中膽固醇的過度積聚形成泡沫細(xì)胞后發(fā)生凋亡，大量壞死的細(xì)胞形成壞死核心，促進(jìn)易損斑塊破裂和血栓形成。He等[9]分析發(fā)現(xiàn)，miR-590能夠靶向結(jié)合人THP-1巨噬細(xì)胞脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase，LPL)的3’-UTR，抑制LPL基因，從而減少巨噬細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積和炎癥細(xì)胞因子的分泌。進(jìn)一步利用ApoE-/-小鼠模型研究，發(fā)現(xiàn)miR-590 mimic顯著下調(diào)巨噬細(xì)胞中LPL的mRNA和蛋白表達(dá)，降低血脂及巨噬細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)蓄積，減輕血漿炎癥水平，ApoE-/-小鼠AS斑塊面積和脂質(zhì)含量明顯減少，miR-590發(fā)揮抗AS作用[10]。該團(tuán)隊近期研究發(fā)現(xiàn)，Nobiletin減輕脂質(zhì)蓄積和炎癥細(xì)胞因子分泌的機(jī)制，主要是通過增強(qiáng)miR-590對LPL表達(dá)的抑制作用實現(xiàn)的[11]。

AS斑塊中的新生血管促進(jìn)了斑塊生長、白細(xì)胞交換、斑塊內(nèi)出血以及破壞斑塊穩(wěn)定性，是形成易破裂AS病變的關(guān)鍵過程[12-13]。Dai等[14]通過體外和體內(nèi)實驗均證實了miR-590-5p通過靶向抑制LOX-1和氧化還原敏感信號，從而抑制ox-LDL介導(dǎo)的血管生成。Li等[15]觀察到Y(jié)KL-40誘導(dǎo)成骨細(xì)胞產(chǎn)生IL-18，從而刺激內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPC)的血管生成，這個過程是通過FAK/PI3K/AKT信號通路抑制miR-590-3p實現(xiàn)的。這提示miR-590-3p對血管生成的負(fù)調(diào)控作用。通過細(xì)胞增殖、侵襲實驗、劃痕實驗和成管實驗，研究發(fā)現(xiàn)ox-LDL促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和成管，ox-LDL也上調(diào)了LINC00657的表達(dá)。利用siRNA對LINC00657的抑制顯著抑制了ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和導(dǎo)管形成。生物信息學(xué)分析表明，LINC00657序列與miR-590-3p有6個結(jié)合位點，ox-LDL處理的內(nèi)皮細(xì)胞中LINC00657的上調(diào)與miR-590-3p的下調(diào)有關(guān)，而LINC00657的下調(diào)導(dǎo)致miR-590-3p的上調(diào)。miR590-3p抑制劑部分消除了si-LINC00657的抗血管生成作用。進(jìn)一步的雙熒光素酶分析發(fā)現(xiàn)，miR-590-3p通過直接結(jié)合缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor 1a，HIF-1α)3’-UTR 689-696的位置，抑制HIF-1α的表達(dá)。miR-590-3p還抑制ox-LDL誘導(dǎo)的HIF-1α、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、基質(zhì)金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)和MMP-9表達(dá)的上調(diào)。這些結(jié)果表明，miR-590-3p參與了ox-LDL誘導(dǎo)的血管生成，并可能為AS的治療提供一種新的策略[16]。

綜上所述，miR-590通過抑制內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)LOX-1、TLR4、NF-κB、ROS和HIF-1a等相關(guān)基因，抑制了促AS因子誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷、凋亡及血管生成，同時miR-590通過抑制巨噬細(xì)胞內(nèi)LPL基因減輕細(xì)胞脂質(zhì)蓄積和炎癥細(xì)胞因子的分泌。miR-590通過對內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的作用顯著延緩AS的進(jìn)展。

2.2 MiR-590與心肌梗死

心肌梗死的主要原因是冠狀動脈阻塞和大量心肌細(xì)胞(cardiomyocyte，CM)的死亡，促進(jìn)梗塞區(qū)周圍的心肌再生成為降低心室重構(gòu)和恢復(fù)心臟功能的關(guān)鍵。但是，成年心臟在諸如心肌梗死損傷后自我修復(fù)的能力非常有限。研究發(fā)現(xiàn)外源性的給予miR-590-3p顯著促進(jìn)新生期和成年動物CMs的增殖[17]。更有趣的是，miR-590-3p能刺激大鼠和小鼠心梗模型的心肌再生，幾乎完全恢復(fù)心臟功能參數(shù)[17-19]。Zhao等[20]建立缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IRI)小鼠模型，發(fā)現(xiàn)通過抑制受體相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1，RIPK1)和NF-κB信號通路，miR-590-3p可以減輕IRI小鼠的OS，促進(jìn)CMs增殖以及抑制CMs凋亡。這些結(jié)果表明外源性給予miR-590-3p能顯著刺激CMs增殖并促進(jìn)心臟修復(fù)。

心肌梗死后心臟發(fā)生重構(gòu)，持續(xù)的病理性重構(gòu)是導(dǎo)致心力衰竭、心律失常甚至猝死的基礎(chǔ)。心肌纖維化是心肌梗死后心肌重構(gòu)的病理生理改變之一，心臟成纖維細(xì)胞的激活和增殖導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)蛋白過多分泌以及伴隨的間質(zhì)纖維化在心肌梗死后纖維化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，心肌梗死后梗死交界區(qū)miR-590的表達(dá)下降，而轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)、TGF-βRⅡ、ColⅠ、ColⅢ mRNA以及TGF-β1、TGF-βRⅡ、α-SMA蛋白的表達(dá)均增加。miR-590干預(yù)心臟成纖維細(xì)胞能夠通過抑制TGF-βRⅡ表達(dá)，抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)的膠原蛋白分泌以及肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而發(fā)揮抗纖維化效應(yīng)。

MiR-590通過抑制RIPK1和NF-κB等基因促進(jìn)CMs增殖并且抑制CMs凋亡，以及通過抑制TGF-βRⅡ基因抑制心肌肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化和膠原蛋白分泌等致纖維化效應(yīng)，從而促進(jìn)心肌梗死后心臟修復(fù)、改善心臟功能、發(fā)揮抗纖維化作用。

2.3 MiR-590與急性心肌炎

急性心肌炎是心肌組織的一種炎癥性疾病。NF-κB誘導(dǎo)的炎癥在心肌炎的發(fā)展中可能起到重要作用。在此過程中，許多炎癥細(xì)胞因子如IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)被釋放，直接導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死。研究發(fā)現(xiàn)在自身免疫性心肌炎(experimental autoimmune myocarditis，EAM)大鼠模型中，miR-590-3p表達(dá)顯著降低。熒光素酶報告分析顯示，miR-590-3p與p50亞基的3′-UTR直接相互作用，miR-590-3p的過度表達(dá)顯著抑制p50的表達(dá)，抑制了NF-κB的活化并阻斷體內(nèi)IL-6/TNF-α的表達(dá)，減輕EAM的病變，改善心臟功能[21]。然而，Germano等[22]研究發(fā)現(xiàn)感染柯薩奇B病毒的HL-1小鼠心房肌細(xì)胞釋放含有病毒顆粒的囊泡中高表達(dá)miR-590-5p，miR-590-5p通過阻斷腫瘤抑制因子和促凋亡因子Spry1蛋白提高細(xì)胞存活和促進(jìn)病毒的長時間復(fù)制。過度表達(dá)miR-590-5p的細(xì)胞明顯更容易感染。上述研究表明，miR-590在心肌炎中的不同作用可能取決于miR-590的具體類型。miR-590-3p通過抑制NF-κB活化從而減輕心肌炎，miR-590-5p通過抑制Spry1基因從而增加心肌細(xì)胞的病毒易感性，進(jìn)而加重心肌炎。

2.4 MiR-590與心房顫動

心房顫動最重要的特征是心房結(jié)構(gòu)和電生理學(xué)的改變，即所謂的心房重構(gòu)。心房重構(gòu)具有與心房肌束之間和內(nèi)部明顯纖維化等結(jié)構(gòu)異常有關(guān)的顯著局部傳導(dǎo)減慢和異質(zhì)性電活動。通過采用尼古丁給藥和快速起搏成功建立了犬房顫模型，發(fā)現(xiàn)尼古丁顯著刺激體外培養(yǎng)的犬心房成纖維細(xì)胞和體內(nèi)心房組織的膠原生成和心房纖維化。尼古丁在蛋白水平上顯著上調(diào)了TGF-β1和TGF-βRⅡ的表達(dá)，并且使miR-133和miR-590水平下降了60%～70%。研究發(fā)現(xiàn)TGF-β1和TGF-βRⅡ分別是miR-133和miR-590的靶基因。轉(zhuǎn)染miR-133和miR-590可分別降低成纖維細(xì)胞TGF-β1和TGF-βRⅡ蛋白表達(dá)水平以及膠原含量，這些作用能被相應(yīng)的反義抑制劑消除。研究顯示，通過下調(diào)miR-133和miR-590，尼古丁增加心房膠原沉積、心房纖維化[23]。

3 展望

MiR-590作為一個多功能的單鏈小RNA，在調(diào)節(jié)炎癥、脂質(zhì)代謝、內(nèi)皮細(xì)胞增殖與凋亡、巨噬細(xì)胞活化、心肌細(xì)胞增殖與凋亡、成纖維細(xì)胞激活與增殖等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，并與動脈粥樣硬化、心肌梗死、心臟重構(gòu)、心肌炎和心律失常等臨床問題密切相關(guān)，在心血管疾病的臨床診斷和治療上具有重要的應(yīng)用前景。首先，由于miR-590在不同心血管疾病中的特異表達(dá)模式，可能作為心血管疾病的新型生物標(biāo)記物或診斷指標(biāo)；其次，miR-590特異性靶基因的發(fā)現(xiàn)有助于揭示心血管疾病復(fù)雜的分子機(jī)制，促進(jìn)新的治療方法的產(chǎn)生。然而，miR-590在心血管疾病方面的研究仍處于早期階段，還有許多問題有待深入探討：miR-590在心血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中的細(xì)胞和分子機(jī)制需要進(jìn)一步研究；miR-590調(diào)控若干個靶基因，可能會引起脫靶效應(yīng)，治療的安全性和潛在的不良反應(yīng)也需要進(jìn)一步評估；miR-590在心血管疾病中的干預(yù)方法和手段需要進(jìn)一步發(fā)展?？傊琺iR-590在診斷和治療心血管疾病方面具有巨大的潛力。相信隨著研究的不斷深入，miR-590在心血管疾病中的作用機(jī)制將得到揭示并研發(fā)出用于疾病診斷與治療的新技術(shù)及藥物。

利益沖突：無