miR-130a在心血管疾病中的研究進展

余明，陳濤，劉浙波，崔勝宇，徐林，夏豪

(武漢大學人民醫(yī)院心內(nèi)科 武漢大學心血管病研究所 心血管病湖北省重點實驗室，武漢 430060)

微RNA(microRNA，miRNA)自從在秀麗隱桿線蟲中被發(fā)現(xiàn)以來，便受到醫(yī)學界的廣泛關注，由此也開啟了心血管疾病診斷治療的全新領域。miRNA是短的非編碼RNA分子[1]，其通過與轉錄信使RNA相互作用影響蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，從而促進或抑制基因的表達[2]。在哺乳動物中，miRNA在RNA聚合酶Ⅱ的作用下在細胞核內(nèi)與雙鏈RNA特異的核酸酶Drosha及DGCR8(Di George syndrome critical region 8)復合體識別結合形成含60～70個核苷酸的發(fā)夾狀結構的前體miRNA，隨后前體miRNA被 Ran-GTP/Exportin 5轉運出細胞核，在細胞質(zhì)中前體miRNA被RNaseⅢDicer剪切形成雙鏈miRNA，其中一條鏈裝配入RNA誘導的沉默復合體成為有功能的miRNA，另外一條鏈則被降解。有功能的miRNA通過堿基互補配對原則結合于靶基因的 3′非翻譯區(qū)，當miRNA與靶基因3′非翻譯區(qū)的結合位點完全匹配時可導致靶信使RNA降解，若miRNA與靶信使RNA不完全匹配，通常會影響信使RNA的成熟、轉運、調(diào)控和翻譯[3]。miRNA的功能主要通過調(diào)控其靶基因的表達來實現(xiàn)，且一個miRNA通?？梢哉{(diào)控多個靶基因，因此尋找并驗證靶基因是闡明miRNA功能的一個重要方面。目前，已開發(fā)出多種生物信息學分析軟件可以預測miRNA的潛在靶基因，然而僅少數(shù)被驗證。現(xiàn)就miR-130a在心血管疾病中的研究進展予以綜述。

1 miR-130a與心臟發(fā)育

心臟是哺乳動物在胚胎發(fā)育時期最早形成的器官，其發(fā)育受到精確的時空調(diào)控，miRNA作為一種新的基因調(diào)控因子，在心臟的發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用[4]。研究表明，miRNA表達異常可導致心臟發(fā)育缺陷，如用心肌特異的啟動子Nkx2.5操縱的Cre重組酶誘導心肌特異敲除Dicer(miRNA成熟所需的關鍵酶)的小鼠胚胎表現(xiàn)出心臟形態(tài)發(fā)育缺陷[5]。目前，被確定可調(diào)節(jié)心臟發(fā)育的miRNA較少，其中miR-130a通過在翻譯水平上調(diào)控FOG-2基因的表達來調(diào)節(jié)心臟發(fā)育，F(xiàn)OG-2(也稱為zfpm2)為一種多鋅指核輔阻遏蛋白，屬于轉錄因子GATA家族，在心臟發(fā)育中必不可少[6]。FOG-2與GATA因子結合后調(diào)節(jié)GATA因子依賴的轉錄活性，F(xiàn)OG-2基因敲除的小鼠于胚胎期會因心臟缺陷致死，其心臟發(fā)育缺陷主要包括心肌發(fā)育不良心室壁變薄、大的室間隔缺損、嚴重的房室心內(nèi)膜墊缺失、主動脈騎跨和嚴重的冠狀動脈血管叢發(fā)育不全，為測試miR-130a對FOG-2基因位點的功能意義，有學者通過建立FOG-2基因誘導NIH3T3細胞轉分化為肌成纖維細胞的模型，利用實時熒光定量聚合酶鏈反應確定 miR-130a的表達模式,雙螢光素酶報告基因?qū)嶒瀸iR-130a的靶點進行分析，結果證實該區(qū)域融合了FOG-2的3′非翻譯區(qū)[7]。在miR-130a靶區(qū)被破壞的小鼠心臟細胞中，F(xiàn)OG-2蛋白水平明顯降低，轉基因胚胎的組織學分析顯示心室壁發(fā)育不全和室間隔缺損[8]。以上研究結果證明了miR-130a在調(diào)控FOG-2蛋白表達中的重要性，并提示miR-130a可能在調(diào)控心臟發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

2 miR-130a與血管內(nèi)皮細胞損傷

有研究揭示了miRNA在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞功能(包括一氧化氮的產(chǎn)生、血管炎癥和抗血栓形成)中的關鍵作用，而血管內(nèi)皮細胞損傷及修復不僅是動脈粥樣硬化的發(fā)病基礎，也是心血管疾病治療的一個重要目標[9]。血管內(nèi)皮細胞參與了血管生成，包括形成新生血管和維持內(nèi)膜層完整[10]，miRNA靶向結合于信使RNA的3′非翻譯區(qū)導致其降解或翻譯抑制[11]，從而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞的分化、增殖、代謝和凋亡。

研究證實，miR-130a可以促進血管內(nèi)皮細胞的增殖、遷移和凋亡[12]。其主要通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositide-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)信號通路靶向抑制人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)，PTEN被認為是一種負性調(diào)控PI3K/Akt信號的抑癌基因，其有減輕人冠狀動脈內(nèi)皮細胞損傷和炎癥反應的作用，并參與了血管重構及新生血管生成[13]。PI3K/Akt/eNOS信號通路參與了細胞的生長、增殖、分化和代謝，其激活可促進一氧化氮釋放，從而抑制促炎細胞因子的產(chǎn)生。miR-130a是抑制信號轉導通路的調(diào)控因子，它能促使血管生長因子和血管生成。同時有研究表明，miR-130a可下調(diào)血管內(nèi)皮細胞中PTEN的表達[14]。因此推測，miR-130a可能通過激活PI3K/Akt/eNOS信號通路靶向PTEN減輕內(nèi)皮細胞損傷和內(nèi)皮細胞介導的炎癥反應[15]。

此外，miR-130a可靶向作用生長終止特異性同源盒基因(growth arrest-specific homeobox gene，GAX基因)和同源盒基因(homeobox genes，HOX)A5來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞表型，其中GAX基因過表達可抑制血管內(nèi)皮細胞的增殖，其在人體中的表達主要局限于心血管系統(tǒng)。HOXA5是人類血管發(fā)育的促進因子，它在血管生成中發(fā)揮重要作用。GAX基因在血管平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞中均有表達，其在靜止的內(nèi)皮細胞中表達水平最高，當內(nèi)皮細胞暴露于有絲分裂原、促血管生成因子或促炎性因子時，GAX基因表達迅速下調(diào)[16]。研究發(fā)現(xiàn)，GAX基因和HOXA5的3′非翻譯區(qū)含有兩個miR-130a靶向位點的280 bp片段，是血清和促血管生成因子快速下調(diào)基因表達所必需，miR-130a的過表達通過特定的3′非翻譯區(qū)序列抑制GAX基因和HOXA5的表達，從而調(diào)控血管內(nèi)皮細胞的生長和發(fā)育[17]。Jakob等[18]在實驗中通過設立頸動脈損傷裸鼠模型，以評估從健康受試者中轉染抗miR130a的內(nèi)皮生長暈細胞與從超濾酶轉染的內(nèi)皮生長暈細胞在體內(nèi)內(nèi)皮細胞中的修復能力，結果證實miR-130a的抑制明顯損害了內(nèi)皮生長暈細胞介導的內(nèi)皮修復反應。

3 miR-130a與心肌纖維化

心肌纖維化的病理基礎是心肌成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉化，肌成纖維細胞是由α-平滑肌肌動蛋白的不可逆表達形成的特化心肌成纖維細胞[19]。miR-130a被證明是包括心肌纖維化在內(nèi)的多種心臟疾病的關鍵調(diào)節(jié)因子[20]，其通過靶向調(diào)節(jié)血管緊張素Ⅱ生成來調(diào)節(jié)心臟纖維化相關基因的表達，血管緊張素Ⅱ是腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的主要成分，其能夠誘導膠原(Ⅰ型和Ⅲ型)細胞和其他細胞外基質(zhì)成分的產(chǎn)生，在心肌纖維化中發(fā)揮關鍵作用，血管緊張素Ⅱ表達增加進一步激活轉化生長因子-β引發(fā)心肌纖維化級聯(lián)效應；同時，miR-130a在心肌成纖維細胞中的過表達增加了膠原、血漿纖連蛋白和結締組織生長因子等多種纖維化基因的表達。實驗證實，在小鼠體內(nèi)抑制miR-130a可顯著減輕血管緊張素Ⅱ誘導的心臟纖維化[21]。此外，miR-130a還可以通過靶向結合過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)γ和PPARc C端3′非翻譯區(qū)發(fā)揮反饋調(diào)節(jié)作用，從而抑制血管緊張素 Ⅱ 誘導的心臟纖維化[22]。PPAR是一類核受體/轉錄因子，近年來其被認為是參與成纖維細胞活化和表型改變的關鍵分子開關，具有抗心肌纖維化的功能。PPARc在減輕炎癥、抑制細胞凋亡、降低氧化應激等方面具有廣泛作用，在成纖維細胞活化過程中，其表達顯著減少，從而使成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞。可見，miR-130a靶向作用血管緊張素Ⅱ受體和結合PPARg C端3′非翻譯區(qū)在肌成纖維細胞的分化過程中發(fā)揮關鍵作用。

4 miR-130a與心律失常

心肌細胞跨膜離子通道功能失衡是心律失常發(fā)生的病理機制，miRNA通過影響離子通道基因表達，參與心律失常的病理、生理過程，如HCN2、HCN4、GJA1、KCNJ2、KCNH2、KCNQ1、KCNE1和胞外信號調(diào)節(jié)激酶等，miRNA失衡引起這些離子通道的功能失調(diào)可能是惡性心律失常發(fā)生的基礎[23]。研究證實，miR-130a在心律失常發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮調(diào)節(jié)關鍵離子通道、轉運體和細胞蛋白的作用，miR-130a在室性心律失常患者中顯著上調(diào)，其主要通過介導下調(diào)連接蛋白43(connexin 43，Cx43)參與心律失常的發(fā)生。Cx43是一種重要的心臟間隙連接蛋白，其在維持心肌細胞的連接通訊功能、電信號傳導和正常的節(jié)律性收縮中起重要作用。Cx43的空間分布、數(shù)量、結構的異常均能影響縫隙連接電荷偶聯(lián)和代謝偶聯(lián)的功能導致心律失常的發(fā)生[24]，心肌細胞間Cx43的丟失導致自發(fā)性和室性快速心律失常的發(fā)生率顯著增加。在心房顫動的發(fā)病機制中，Cx43是miR-130a的一個潛在靶點，利用心臟特異性誘導系統(tǒng)轉染miR-130a基因心房肌的小鼠表現(xiàn)出心房和心室心律失常[25]。因此，miR-130a通過Cx43在心律失常中的作用有望為研究心律失常分子機制提供新視角。

5 miR-130a與心肌梗死

急性心肌梗死是一種死亡率極高的心臟病急癥，因此迅速而正確地診斷急性心肌梗死對于提供適當?shù)脑俟嘧⒅委熞越档退劳鲲L險和改善預后至關重要[26]。Jakob等[14]提出，血管生成miRNA的失調(diào)可能導致冠心病心肌梗死內(nèi)皮祖細胞功能障礙，miR-130a對心肌梗死后間充質(zhì)干細胞的血管生成具有促進作用，推測miR-130a可能通過靶向作用于心肌梗死的信號通路參與調(diào)控心肌增殖和凋亡。

目前，miR-130a參與心肌梗死的途徑主要有：①通過抑制PTEN表達，激活PI3K/Akt信號通路參與心肌梗死的發(fā)生發(fā)展。PI3K介導的Akt(PI3K/Akt)依賴信號通路的激活在誘導血管生成、細胞增殖和存活、抗凋亡等方面具有重要作用，有文獻報道激活PI3K/Akt信號可以改善心肌功能，減小心肌梗死面積，減少心肌缺血再灌注損傷后的心肌細胞凋亡[27]。PTEN是一個負調(diào)控PI3K/Akt信號通路的抑癌基因，據(jù)報道，PTEN抑制可通過激活PI3K/Akt信號通路來減輕心肌缺血損傷[28]，有研究通過將表達miR-130a的慢病毒轉染到心肌細胞發(fā)現(xiàn)，miR-130a表達的增加可以顯著減輕心肌梗死后的心功能障礙和改善心肌重構[15]。此外，miR-130a還可以抑制抗血管生成基因——HOXA5在血管內(nèi)皮細胞的表達，HOXA5已被證實在抗血管生成中發(fā)揮作用，miR-130a轉染可顯著抑制心肌中HOXA5的表達，其可能通過與HOXA5基因的3′非翻譯區(qū)靶向結合刺激血管生成，導致血管內(nèi)皮生長因子表達，從而促進血管生成[16]。②通過調(diào)節(jié)磷酸二酯酶4D(phosphodiesterase 4D，PDE4D)的表達調(diào)控心肌梗死的發(fā)生發(fā)展。PDE4D是心肌梗死的危險因素，可導致心源性腦卒中風險增加[29]。研究發(fā)現(xiàn)，PDE4D在冠心病組織中過表達，心肌細胞凋亡率顯著增加，而PDE4D表達減少可增強心臟功能[30]。因此推測，沉默PDE4D可以抑制心肌梗死過程中異常的心肌細胞凋亡。Zhou等[31]采用人長鏈非編碼RNA芯片V3.0進行基因差異分析，采用實時定量聚合酶鏈反應技術檢測正常細胞和心肌梗死后細胞中miR-130a、PDE4D的信使RNA的表達，結果顯示miR-130a、PDE4D在心肌梗死后心肌細胞中過表達，且高表達PDE4D促進心肌細胞凋亡，而miR-130a可以逆轉PDE4D誘導的心肌梗死，提示miR-130a通過靶向PDE4D抑制心肌梗死的發(fā)生發(fā)展。

可見，miR-130a主要通過靶向抑制PTEN的表達激活PI3K/Akt信號通路；通過靶向調(diào)控HOXA5和PDE4D的表達參與心肌梗死的病理生理發(fā)生機制。

6 miR-130a與肺動脈高壓

肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH)是一種嚴重、致命的肺血管疾病，其特征為多種細胞類型和分子信號通路的失調(diào)，隨著疾病的進展最終導致肺動脈重構，肺動脈壓升高，右心衰竭甚至死亡。目前已證實多種信號通路失調(diào)是PH發(fā)病的基礎，包括轉化生長因子-β/骨形態(tài)發(fā)生蛋白、一氧化氮/環(huán)鳥苷酸、內(nèi)皮素通路等[32]。

Bertero等[33]通過miRNA靶預測137種人類疾病和生理狀態(tài)的轉錄組分析及基因網(wǎng)絡模型證實，miR-130a是PH發(fā)病過程中的一個主要調(diào)控因子。目前，已證實miR-130a/PPAR軸和Yes相關蛋白(Yes-associated protein，YAP)/轉錄共激活因子(transcriptional co-activator with PDZ binding motif，TAZ)-miR-130反饋回路參與了PH的發(fā)生：①通過miR-130a/PPAR軸靶向調(diào)控肺血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞活性。體內(nèi)外功能得失實驗證明，miR-130a對PPAR的靶向作用影響了病變肺血管內(nèi)皮細胞內(nèi)一系列血管活性因子[34]。miR130a/PPAR軸與平滑肌細胞收縮功能之間的連接點是內(nèi)皮細胞中的血管收縮因子內(nèi)皮素-1，內(nèi)皮素-1 表達與PPAR之間的聯(lián)系已被證實具有促進血管平滑肌細胞收縮并增加血管收縮的作用[35]，通過抑制PPAR、miR-130a上調(diào)可間接升高內(nèi)皮素-1水平，同時抑制eNOS的表達[36]。這一發(fā)現(xiàn)提示，miR-130a在與PPAR激動劑、內(nèi)皮素受體拮抗劑或其他血管擴張劑聯(lián)合使用時可作為PH一個強有力的治療靶點。②通過YAP/TAZ-miR-130反饋回路控制細胞外基質(zhì)的重構。有研究表明，可通過YAP/TAZ-miR-130反饋回路調(diào)節(jié)血管活性因子效應和相關的miRNA通路來控制肺血管細胞表型[37]。YAP、TAZ是Hippo信號通路的重要成員，主要參與調(diào)節(jié)器官的發(fā)育，且與肺血管內(nèi)皮細胞形成有關[38]。在體內(nèi)，抑制miR-130a的活性可顯著改善細胞外基質(zhì)重構，YAP/TAZ-miR-130a回路在PH早期和晚期疾病進展中通過廣泛控制纖維化基因抑制細胞外基質(zhì)的重構，對PH的進展起重要的調(diào)控作用[39]。從診斷角度來看，通過靶向分子篩選YAP/TAZ或miR-130a活性來識別新的PH風險人群也具有可行性。從治療角度來看，針對YAP/TAZ-miR-130a通路及其下游靶向因子可能影響細胞外基質(zhì)在PH疾病進展中的重構，從而為疾病的預防或治療提供新靶點。

7 小 結

循環(huán)miRNA作為新型心血管疾病生物標志物具有良好的應用前景。目前，對miRNA在心血管疾病生物學中作用的認識已經(jīng)有了很大提高，但還需要進一步通過動物模型實驗及miRNA轉染細胞模型來證實其作用機制，同時還應認識到miRNA水平的變化可能與特定的心臟病病理生理機制存在交叉作用。且為更好地識別與心血管疾病相關的miRNA，可能需要在癥狀出現(xiàn)后的多個時間點獲取數(shù)據(jù)，并詳細記錄病史，以及這些病史中混雜因素的重要信息[40]。其中，心肌梗死、心肌病、心律失常等嚴重威脅患者生命安全的心血管系統(tǒng)疾病可能通過miRNA拮抗劑或抑制劑得到安全有效的治療。因此，未來miRNA有望成為心血管疾病治療的新靶點。