微小RNA在心肌重構(gòu)及心力衰竭中的作用

劉佳，孔一慧

心力衰竭（心衰，HF）嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康，2014年全球HF流行病學(xué)研究顯示：發(fā)達(dá)國(guó)家HF患病率為1.5%～2.0%，我國(guó)HF患病率約1.5%[1]，快速準(zhǔn)確識(shí)別HF患者非常重要。目前國(guó)內(nèi)外指南已明確指出：N末端腦鈉肽前體（NTproBNP）對(duì)HF具有相當(dāng)高的診斷價(jià)值，但其易受多種因素影響，如：年齡、性別、肥胖、腎功不全等，單獨(dú)檢測(cè)易出現(xiàn)偏差，因此推薦NT-proBNP作為排除HF的指標(biāo)[2,3]。微小RNA憑借切割靶mRNA或抑制靶基因翻譯等重要作用受到廣泛關(guān)注，現(xiàn)已證實(shí)心肌細(xì)胞中大多數(shù)miRNAs能在體液（血漿、尿液等）中檢測(cè)到，且與機(jī)體的病理生理狀態(tài)密切相關(guān)，可成為HF早期診斷、臨床治療及評(píng)估預(yù)后的新方法[4]。

1 微小核糖核酸（miRNAs）的合成及其生物學(xué)功能

miRNAs是一類(lèi)在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)介導(dǎo)基因表達(dá)的小的（長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸）內(nèi)源性單鏈非編碼RNA。首先在細(xì)胞核內(nèi)RNA聚合酶Ⅱ作用下轉(zhuǎn)錄生成具有帽結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸尾巴的初級(jí)miRNA（pri-miRNA），pri-miRNA被核酸內(nèi)切酶Drosha和RNA結(jié)合蛋白Pasha組成的復(fù)合物剪切成前提miRNA（pre-miRNA）；隨后pre-miRNA在RNAGTP和Exportin-5的幫助下轉(zhuǎn)移至胞漿，經(jīng)Dicer酶作用剪切成miRNA雙鏈結(jié)構(gòu)，雙鏈miRNA中一條生成成熟miRNA，另一條很快被降解；成熟miRNA整合到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）中，通過(guò)與靶mRNA3＇非翻譯區(qū)（3＇UTR）的堿基配對(duì)在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)基因表達(dá)，導(dǎo)致翻譯抑制或核糖核酸切割，發(fā)揮生物學(xué)作用[4,5]。

2008年首次在細(xì)胞外和循環(huán)血液中發(fā)現(xiàn)miRNAs，且這些miRNAs非常穩(wěn)定；目前已在人類(lèi)中鑒定出約4000個(gè)成熟miRNAs，調(diào)節(jié)30%以上的人類(lèi)基因。每個(gè)miRNA調(diào)控多個(gè)不同的靶mRNA，且多種miRNAs是心臟發(fā)育階段的重要調(diào)節(jié)因子，并在HF的發(fā)生發(fā)展中起重要作用（如重塑、肥大、凋亡和缺氧），外周循環(huán)miRNAs具備高穩(wěn)定性及特異性，是HF更有潛力的生物標(biāo)志物[5]。

2 miRNAs參與心肌重構(gòu)過(guò)程的機(jī)制

心肌重構(gòu)是HF發(fā)生發(fā)展的必經(jīng)過(guò)程[2]。病理性心肌肥厚的發(fā)生涉及多種分子機(jī)制，主要包括：Ca2+依賴途徑和PI3K/Akt途徑。①Ca2+依賴性途徑主要通過(guò)Ca2+/鈣調(diào)素（CaM）依賴性鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（CaN）和Ca2+/CaM依賴性蛋白激酶（CaMK）來(lái)調(diào)節(jié)，CaN磷酸化激活活化的T細(xì)胞核因子（NFAT），隨后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與其他轉(zhuǎn)錄因子（如GATA4和MEF2a）相互作用，誘導(dǎo)肥厚基因表達(dá)；②胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（IGF-1）參與磷脂酰肌醇3-激酶（P13K）/Akt途徑，IGF-1和IGF-1受體（IGF-1R）結(jié)合磷酸化并激活胰島素受體底物（IRS），激活的胰島素受體底物激活PI3K和G蛋白R(shí)as，PI3K激活A(yù)kt，然后激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶位（mTOR），抑制抗心肌肥厚因子糖原合酶激酶-3（GSK-3）和叉頭盒-0類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子（FOXO），G蛋白R(shí)as通過(guò)MAPK途徑磷酸化多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)心肌肥厚。多項(xiàng)研究表明：miRNAs在心肌肥厚中上調(diào)和下調(diào),這些失調(diào)的miRNAs對(duì)心肌重塑產(chǎn)生積極或消極的調(diào)節(jié)作用。

3 心肌重構(gòu)過(guò)程中涉及的miRNAs

3.1 抑制心肌肥厚的主要miRNAs

3.1.1 miRNA-1 miRNA-1是心肌重構(gòu)過(guò)程中的關(guān)鍵miRNAs之一，在心臟內(nèi)含量豐富，缺失該miRNA會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的心臟缺陷。miRNA-1過(guò)度表達(dá)可防止心肌肥厚及HF[6]。研究發(fā)現(xiàn)[5]：對(duì)左心室肥大(壓力過(guò)載誘導(dǎo))的大鼠中注射miRNAs模擬物，使用表達(dá)miRNA-1的腺相關(guān)病毒（AAV9），導(dǎo)致心肌肥厚消退，纖維化及凋亡減少，鈣信號(hào)改善，且效果持久，證明miRNA-1具有長(zhǎng)期治療病理性心臟重塑的潛力。Villar等[7]研究發(fā)現(xiàn)：病理情況下miRNA-1的表達(dá)與心肌細(xì)胞攝取脂肪酸的心臟型脂肪酸結(jié)合蛋白3（FABB3）的水平成反比，表明FABB3能確定心臟病患者的miRNAs表達(dá)水平。He等[8]研究發(fā)現(xiàn)：GTPase激活蛋白（SH3結(jié)構(gòu)域）結(jié)合蛋白1（G3bp1）是一種內(nèi)切核糖核酸酶，調(diào)節(jié)miRNA-1加工，G3bp1在心肌肥厚時(shí)上調(diào)，并通過(guò)結(jié)合miRNA-1-2i前干細(xì)胞環(huán)中的一致序列限制miRNA-1加工，減低miRNA-1靶標(biāo)的表達(dá)；G3bp1介導(dǎo)的生長(zhǎng)刺激抑制miRNA加工導(dǎo)致成熟miRNA-1減少，從而增加其靶位，這些靶位在心肌肥厚中起基礎(chǔ)作用；肥厚心肌細(xì)胞中G3bp1的敲除能抑制miRNA-1下調(diào)和其靶位上調(diào)，并防止肥厚，說(shuō)明G3bp1對(duì)心肌肥厚發(fā)展至關(guān)重要；綜上表明：G3bp1轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)miNRA-1的加工，G3bp1介導(dǎo)的成熟miRNA-1下調(diào)是心肌肥厚的靶基因去表達(dá)和表達(dá)增加的必要條件。

3.1.2 miRNA-133 miRNA-133是一種成熟的肌源性miRNAs，在正常心肌細(xì)胞中高度表達(dá)。miRNA-133有兩個(gè)變體（miRNA-133a及miRNA-133b），miRNA-133的突出功能是介導(dǎo)心肌肥厚、心肌細(xì)胞分化和相關(guān)心臟疾??；miRNA-133表達(dá)下調(diào)可誘導(dǎo)心肌肥厚基因表達(dá)，導(dǎo)致舒張期左室壁、室間隔厚度增加[9]。Kuiper等[10]在LBBB大動(dòng)物模型隔膜和左室游離壁（LVfw）中測(cè)量miRNAs的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)miRNAs的靶基因是結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（CTGF）、血清反應(yīng)因子（SRF）、活化T細(xì)胞的核因子（NFATc4），miRNA-133a通過(guò)抑制CTGF表達(dá)防止局部心肌肥厚，但與SRF和NFATc4無(wú)關(guān)[11]。miRNA-133a是去甲腎上腺素誘導(dǎo)心肌肥厚的重要調(diào)節(jié)因子，通過(guò)多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路，具有負(fù)調(diào)節(jié)作用。Lee等[12]研究發(fā)現(xiàn)：miRNA-133a可通過(guò)新靶點(diǎn)PKCδ和Gq保護(hù)鼠心肌肥厚免受去甲腎上腺素刺激，這些都與α腎上腺素能受體的下游信號(hào)通路有關(guān)，說(shuō)明miRNAs可通過(guò)調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路成為治療HF更有效的藥物。雖然miRNA-133已被證明與HF的發(fā)病機(jī)制和進(jìn)展有關(guān)，但其作用仍有爭(zhēng)議，在肥厚心臟中發(fā)現(xiàn)到miRNA-133和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶之間相互抑制，一旦鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NFAT信號(hào)被激活，miRNA-133的表達(dá)隨鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制的喪失而降低，導(dǎo)致心臟肥厚[13]。現(xiàn)已證明miRNA-133過(guò)表達(dá)對(duì)治療心肌肥厚和纖維化有很高價(jià)值[14]。miRNA-133a過(guò)表達(dá)可預(yù)防糖尿病患者早期心臟纖維化。研究發(fā)現(xiàn)[15]：減弱miRNA-133a會(huì)促進(jìn)糖尿病患者心肌肥厚，而miRNA-133a過(guò)表達(dá)可抑制心臟纖維化。Lim等[16]發(fā)現(xiàn)：環(huán)狀核糖核酸環(huán)c8a1（Slc8a1）是心肌細(xì)胞miRNA-133a的內(nèi)源性海綿，靶向螯合miRNA-133a，導(dǎo)致miRNA-133a上調(diào)，減輕心肌肥厚，Slc8a1可成為治療HF的新靶點(diǎn)。此外miRNA-133也參與腫瘤的發(fā)生過(guò)程，如膀胱癌、前列腺癌和胃癌等[17]。

3.1.3 miRNA-378 過(guò)度心肌纖維化是心臟重塑和HF發(fā)生發(fā)展的主要病理過(guò)程，防止過(guò)度心肌纖維化尤為重要。Yuan等[18]研究證實(shí)，心臟成纖維細(xì)胞P38有絲分裂激活蛋白激酶（p38 MAPK）Smad2/3信號(hào)通路可促進(jìn)心肌纖維化及心臟重塑，絲裂原活化蛋白激酶激酶6（MKK6）參與調(diào)節(jié)p38 MAPK磷酸化誘導(dǎo)的Smad2/3激活，MK6的3'UTR含有針對(duì)miRNA-378的靶序列，在壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)下miRNA-378通過(guò)直接靶向作用MKK6來(lái)抑制p38 MAPK磷酸化及Smad2/3信號(hào)通路，發(fā)揮抗纖維化及抗心臟重塑雙重作用。機(jī)械應(yīng)激后心肌細(xì)胞分泌miRNA-378，通過(guò)旁分泌機(jī)制抑制過(guò)度的心肌纖維化。有研究發(fā)現(xiàn)[19]：與miRNA-378過(guò)度表達(dá)的抗心肌肥厚作用相反，在代謝紊亂特別是在有心肌病時(shí)miRNA-378的治療靶向性可能會(huì)產(chǎn)生有害的后果，應(yīng)該謹(jǐn)慎進(jìn)行。

3.1.4 MiRNA-185 miRNA-185通過(guò)負(fù)性調(diào)節(jié)Ca2+信號(hào)中的多個(gè)靶點(diǎn)發(fā)揮顯著的抗心肌肥厚作用。一項(xiàng)基因研究[20]發(fā)現(xiàn)：Ca2+/CaM依賴性蛋白激酶ⅱδ（CaMKIIδ）、鈉/鈣交換體1（Ncx1）和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶依賴性3（Nfatc3）是miRNA-185參與肥厚過(guò)程的直接靶點(diǎn)，miRNA-185直接瞄準(zhǔn)Camk2d、Ncx1和Nfatc3的3'UTR，有效阻斷心肌肥厚信號(hào)，成為治療HF等疾病的潛在藥物靶點(diǎn)。

3.1.5 miRNA-155 miRNA-155是病理性心肌肥厚的誘導(dǎo)劑。Seok等[21]研究表明，AT豐富的交換域2（Jarid2）是miRNA-155的靶標(biāo)，在壓力誘導(dǎo)下miRNA-155能直接抑制Jarid2，促進(jìn)心肌肥厚和HF的發(fā)展。也有研究發(fā)現(xiàn)[22]，miRNA-155通過(guò)下調(diào)血管緊張素Ⅱ受體亞型1（AGTR）和抑制AGTR激活的鈣信號(hào)通路來(lái)改善心肌肥厚，且miRNA-155的缺失能阻止HF的進(jìn)展。Fan等[23]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌1型易感蛋白（BRCA1）失活能增加miRNA-155表達(dá)，導(dǎo)致心肌肥厚；多酚白藜蘆醇（Rev）對(duì)部分下調(diào)miRNA-155有益，可成為治療心肌肥厚的新策略。

3.2 促進(jìn)心肌肥厚的主要miRNAs

3.2.1 miRNA-208 miRNA-208a過(guò)度表達(dá)能激活鈣依賴磷酸酶信號(hào)通路及由心臟壓力負(fù)荷介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致心肌肥厚。一項(xiàng)對(duì)2 型糖尿病小鼠的心臟研究[24]發(fā)現(xiàn)：miRNA-208靶標(biāo)是：肌球蛋白重鏈的快速亞型（α-MHC）、肌球蛋白重鏈的慢速亞型（β-MHC）、甲狀腺激素受體-α（TR-α），心肌收縮力通過(guò)α-MHC與β-MHC的平衡維持，β-MHC上調(diào)是心臟重塑的標(biāo)志之一，miRNA-208a通過(guò)一種TR-α機(jī)制增強(qiáng)β-MHC表達(dá)，糖尿病心臟中β-MHC表達(dá)增加是誘導(dǎo)心肌肥厚的開(kāi)始；miRNA-208a由α-MHC基因的內(nèi)含子編碼，其表達(dá)依賴于α-MHC的表達(dá)，即使在α-MHC下調(diào)后，miRNA-208a仍持續(xù)表達(dá)，說(shuō)明miRNA-208a上調(diào)先于結(jié)構(gòu)重塑，激活的miRNA-208a誘導(dǎo)下游信號(hào)通路的改變，介導(dǎo)α/β-MHC亞型的轉(zhuǎn)換最終導(dǎo)致心臟重塑；總之，miRNA-208a可作為糖尿病心肌重塑的早期分子調(diào)節(jié)劑。有研究發(fā)現(xiàn)[25]：miRNA-208a在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的自噬中起主要調(diào)節(jié)作用，自噬失調(diào)與心肌肥厚密切相關(guān)，促進(jìn)心肌肥厚[26]。miRNA-208還通過(guò)性別決定區(qū)Y-box6（SOX6）的負(fù)調(diào)節(jié)參與心肌肥厚。

3.2.2 miRNA-212/132 miRNA-212/132簇在HF中都上調(diào)。miRNA-212是病理性心肌重構(gòu)的重要調(diào)節(jié)因子，在壓力誘導(dǎo)下主要是通過(guò)FOXO3介導(dǎo)的途徑促進(jìn)心肌重構(gòu)[27]。慢性HF中，腎上腺素能激活的增加有助于結(jié)構(gòu)重塑，miRNA-212/132簇在主動(dòng)脈橫向收縮后或α1-和β1-腎上腺素受體激活時(shí)上調(diào)，導(dǎo)致甲基CpG結(jié)合蛋白2（MeCP2）抑制，心肌細(xì)胞MeCP2的消融有助于可逆的主動(dòng)脈橫向收縮后衰竭心臟的恢復(fù)，將腎上腺素能激活與miRNA-MeCP2表觀遺傳聯(lián)系起來(lái)，在HF的發(fā)展和恢復(fù)中發(fā)揮重要作用[28]。

3.2.3 miRNA-23a miRNA-23a屬于基因間miRNA-23amiRNA-27a-miRNA-24-2簇的一部分[29]，Yang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-23a通過(guò)靶向介導(dǎo)溶血磷脂酸（LPA）誘導(dǎo)心肌肥厚，進(jìn)一步明確LPA1是miRNA-23a的靶標(biāo)，miRNA-23a通過(guò)LPA1參與靶向介導(dǎo)LPA誘導(dǎo)的心肌肥厚；敲除LPA3,反而消除了LPA誘導(dǎo)的miRNA-23a的升高，說(shuō)明LPA1、LPA3在介導(dǎo)心肌肥厚中是相反亞型。miRNA-23a通過(guò)靶向抑制FOXO3a表達(dá)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡，從而促進(jìn)心肌重塑[31]。

3.2.4 miRNA-199b 研究發(fā)現(xiàn)[32]，miRNA-199b是鈣調(diào)節(jié)神經(jīng)磷酸酶/NFAT途徑的直接靶基因，雙特異性酪氨酸-(Y)-磷酸化調(diào)節(jié)激酶1a（Dyrk1a）的3'UTR存在mirRNA-199b的靶序列，miRNA-199 b直接靶向下調(diào)Dyrk1a使鈣調(diào)節(jié)神經(jīng)磷酸酶/NFAT信號(hào)傳導(dǎo)的敏感性增強(qiáng)從而介導(dǎo)病理性心肌肥厚及HF；該研究還通過(guò)特異性antagomir標(biāo)準(zhǔn)化Dyrk1a表達(dá)在體內(nèi)抑制miRNA-199b，降低核NFAT活性，顯著抑制甚至逆轉(zhuǎn)心肌肥厚和纖維化，表明mirRNA-199b影響心肌細(xì)胞信號(hào)和基因表達(dá)，是HF的治療靶點(diǎn)。

3.2.5 miRNA-22 現(xiàn)多項(xiàng)研究已證實(shí)：miRNA-22是應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌重塑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在心肌和骨骼肌富集，Sirt1和Hdac4的3'UTR存在miRNA-22的靶點(diǎn)，Sirt1和Hdac4是兩種對(duì)心臟功能至關(guān)重要的表觀遺傳調(diào)節(jié)劑，miRNA-22通過(guò)靶向抑制Sirt1和Hdac4，導(dǎo)致心肌肥厚和HF[33,34]。

3.3 其他miRNAs Verjans等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)下miRNA-221/222下調(diào)產(chǎn)生抗心肌纖維化作用而非肥厚性反應(yīng)；可在體外抑制心肌重構(gòu)，是HF治療的新靶點(diǎn)?？傊?，HF患者miRNA-221/222水平降低與心肌間質(zhì)纖維化和僵硬度增加相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)：miRNA-29通過(guò)調(diào)節(jié)PTEN/AKT/mTOR途徑和抑制自噬而過(guò)度表達(dá)，促進(jìn)心肌肥厚和HF[36]。

4 小結(jié)及展望

雖然目前很多miRNAs的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制已經(jīng)明確，但它們?cè)谛募≈貥?gòu)的翻譯和在HF中的潛在作用仍是未知，隨著miRNAs與心肌重構(gòu)、HF等相關(guān)研究的深入以及檢測(cè)方法的成熟，外周循環(huán)miRNAs可為HF的診斷及預(yù)后評(píng)估打開(kāi)新的窗口，并進(jìn)一步促進(jìn)以miRNAs為靶點(diǎn)治療HF等相關(guān)疾病的新藥物開(kāi)發(fā)。