心肌缺血再灌注損傷的潛在診療新靶點(diǎn)：非編碼RNA

洪海鋒，何 原，雷 桅，黃石安，陳 燦 （.廣東醫(yī)科大學(xué)心血管疾病研究室，廣東湛江 5403；.廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科中心，廣東湛江 5400）

目前冠心病的治療方法主要有藥物抗栓治療、溶栓、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入手術(shù)(PCI)和外科冠狀動(dòng)脈旁路移植(CABG)等，然而這些治療方法均會(huì)導(dǎo)致心肌缺血再灌注損傷(MIRI)[1]。非編碼RNA(ncRNA)包括microRNA(miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)和環(huán)狀RNA(circRNA)。自從1993年Lee發(fā)現(xiàn)首個(gè)miRNA以來，許多ncRNA經(jīng)研究證明與MIRI有著密切關(guān)系，在MIRI的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，可作為MIRI潛在的生物標(biāo)志物和干預(yù)靶點(diǎn)，在疾病診斷及治療方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文就ncRNA的功能及其與MIRI的相關(guān)性作一綜述。

1 心肌缺血再灌注損傷的概述

研究表明，冠狀動(dòng)脈急性閉塞會(huì)繼發(fā)組織氧輸送的短暫下降，隨后血流快速恢復(fù)，引發(fā)心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和收縮功能障礙的級(jí)聯(lián)損傷。這種由組織缺氧引起的初始缺血性損傷，及再灌注后的第二種損傷模式即為MIRI[1]。其中涉及多種介質(zhì)，包括線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)的開放、Ca2+超載、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等，多種介質(zhì)相互作用，相互影響，最終使心肌細(xì)胞死亡。MIRI主要表現(xiàn)形式為再灌注心律失常、心肌頓抑、微血管阻塞(MVO)和心肌內(nèi)出血。20世紀(jì)80年代，Hearse等在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過程中首次提出了缺血再灌注心律失常這一概念，主要表現(xiàn)為室性心律失常，如室性心動(dòng)過速、室性早搏等。MVO可能是由粥樣斑塊微粒的栓塞、血管收縮和炎性物質(zhì)釋放所致的血栓形成和毛細(xì)血管床塌陷等因素引起，在MVO嚴(yán)重區(qū)域血液可外滲，引起心肌內(nèi)出血。

2 ncRNA的生物學(xué)特性及其作用機(jī)制

ncRNA家族包括各種類型的RNA，與信使RNA(mRNA)相比，它們不被翻譯成蛋白質(zhì)。ncRNA的主要類型是核糖體RNA(rRNA)和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)。其他，如miRNA、lncRNA和circRNA等亦發(fā)揮了重要的作用。miRNA即微小RNA，約含22～24個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA (non-coding RNA)，作為轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)的調(diào)節(jié)物作用于mRNA翻譯過程中，抑制蛋白質(zhì)的合成。不同miRNA可以靶向特定mRNA或單個(gè)miRNA可以靶向多種不同的mRNA[2]。在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)基因lin-4(控制線蟲幼蟲發(fā)育的基因)后，目前已有2 000多種miRNA在人體中被發(fā)現(xiàn)，證明miRNA在人類多種疾病的診斷和治療中起著至關(guān)重要的作用，特別是在腫瘤、內(nèi)分泌疾病以及心腦血管疾病中。miRNA可在細(xì)胞內(nèi)起作用，也可被細(xì)胞主動(dòng)分泌，形成凋亡小體、微泡和外泌體，有助于細(xì)胞間或細(xì)胞組織的通訊[3]。人體血液、尿液、乳汁、淚液、唾液以及其他體液中均可檢測(cè)到miRNA的存在[4-6]。

除了miRNA，越來越多的研究表明其他類型的ncRNA，特別是lncRNA和circRNA對(duì)心臟功能具有重要的影響[7-10]。lncRNA是非翻譯的RNA分子，長(zhǎng)度從200～1×106個(gè)核苷酸不等，能調(diào)控基因表達(dá)[11]。circRNA是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的內(nèi)源性非編碼RNA。由于它們的環(huán)狀性質(zhì)缺乏開放末端和細(xì)胞質(zhì)起源，在體內(nèi)比miRNA或lncRNAs更穩(wěn)定[12]。與miRNA相比，lncRNA和circRNA在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中具有更復(fù)雜的作用，因?yàn)樗鼈兛梢约せ罨虮磉_(dá)，也可抑制基因表達(dá)，并與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相互作用。lncRNA和circRNA主要通過與miRNA結(jié)合而起作用，從而形成由lncRNA/circRNA-miRNA組成調(diào)控復(fù)合物[11]。

3 ncRNA與MIRI的相關(guān)性研究

3.1 ncRNA作為MIRI的生物標(biāo)志物本

ncRNA介導(dǎo)心血管系統(tǒng)的病理、生理過程，并充當(dāng)MIRI的生物標(biāo)志物[8,13-14]。近期研究顯示某些lncRNA的表達(dá)改變可能與MIRI的損傷相關(guān)；但是尚無關(guān)于lncRNA在遠(yuǎn)端缺血性調(diào)節(jié)心臟保護(hù)中特殊作用的報(bào)道。circRNA參與心肌梗死引起的細(xì)胞損傷，調(diào)節(jié)心肌線粒體功能和細(xì)胞凋亡，如Cdr1as(小腦變性相關(guān)蛋白1轉(zhuǎn)錄本的反義circRNA)、MFACR(線粒體裂變和凋亡相關(guān)的circRNA)和MICRA(心肌梗死相關(guān)circRNA)等[15-17]，可用作生物標(biāo)志物以預(yù)測(cè)心肌梗死發(fā)生或作為心臟功能保護(hù)性干預(yù)措施的靶標(biāo)。然而，迄今尚未發(fā)現(xiàn)circRNA與MIRI之間潛在聯(lián)系的報(bào)道。miRNA是研究最多的與心臟功能和疾病有關(guān)的ncRNA類型。大量研究表明，miRNA在心肌缺血再灌注之前、期間及之后的表達(dá)均存在復(fù)雜變化。miRNA水平可在心肌組織內(nèi)上調(diào)或下調(diào)。急性心肌梗死(AMI)時(shí)心肌細(xì)胞損傷后miRNA可釋放入循環(huán)系統(tǒng)中。研究發(fā)現(xiàn)miR-1、miR-133a、miR-133b、miR-208和miR-499在AMI患者的血漿中上調(diào)，證明了miRNA可用于預(yù)測(cè)MI或MIRI潛在的生物標(biāo)志物[18-22]。目前AMI診斷主要依賴癥狀、心電圖異常和心肌標(biāo)志物定量，但這些診斷依據(jù)往往都存在時(shí)間延遲、特異性及敏感性較差等問題。在非缺血性心力衰竭(HF)、腎衰竭、心肌炎、心律失常和肺栓塞的情況下肌鈣蛋白的水平也會(huì)非特異性升高[23]，而miR-208水平卻未發(fā)生改變。實(shí)際上miRNA可以減少這類誤差，并為AMI的診斷提供更高的準(zhǔn)確性，當(dāng)癥狀出現(xiàn)3 h內(nèi)初始肌鈣蛋白仍為陰性時(shí)，一些ncRNA即可迅速被檢測(cè)出。ncRNA可更早、更快地診斷或排除胸痛患者。故基于ncRNA開發(fā)新的生物標(biāo)志物對(duì)于疾病的早期診斷和預(yù)后評(píng)估具有非常重要的作用。

3.2 ncRNA對(duì)心肌缺血再灌注損傷的治療作用

miRNA對(duì)MIRI治療作用已得到廣泛驗(yàn)證。miRNA包裹在細(xì)胞外囊泡或外泌體中，通過循環(huán)系統(tǒng)到達(dá)心臟，起到治療作用。miRNA具有減少瘢痕、改善心室重塑、抗心肌纖維化和不良重塑、促進(jìn)血管生成、抗心肌細(xì)胞凋亡和減少梗死面積等作用[24-25]?？偰懝檀?TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)是公認(rèn)的冠心病的主要危險(xiǎn)因素。而高密度脂蛋白(HDL)已被確定為心血管事件的強(qiáng)陰性預(yù)測(cè)因子，其對(duì)心血管系統(tǒng)的保護(hù)作用歸因于它能將周圍組織中的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟進(jìn)行代謝，因此HDL具有抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。最近研究表明，HDL除了能降低膽固醇外，還具有更廣泛的調(diào)節(jié)作用，如對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的抗氧化、抗炎和抗凋亡等。既往研究證明HDL對(duì)氧化應(yīng)激和缺血再灌注的保護(hù)作用是通過激活Survivor Activating Factor Enhancement(SAFE)途徑介導(dǎo)的，該途徑涉及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的激活。Pedretti等[26]發(fā)現(xiàn)，HDL能夠通過促進(jìn)STAT3的活化，調(diào)節(jié)依賴STAT3的miR-34b和miR-337的表達(dá)，提高心肌在缺氧條件下的耐受能力，抗心肌細(xì)胞的調(diào)亡，增加細(xì)胞的存活率，從而保護(hù)心肌免受缺血再灌注損傷。此外，已證實(shí)miR-144能夠通過靶向FOXO1減輕MIRI[27-29]。 Wu等[30]揭示miR-202-3p可通過靶向TRPM6激活TGF-β1/Smads信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)MIRI。

最近研究報(bào)道，lncRNAs在心臟損傷和修復(fù)中發(fā)揮著重要的作用，特別是針對(duì)再生、肥大和內(nèi)皮功能等[31]。lncRNA水平與miR-1呈負(fù)相關(guān)，而miR-1水平又與MIRI有關(guān)，表明IRI中l(wèi)ncRNA與miRNA存在相互作用[32]。心肌細(xì)胞凋亡相關(guān)lncRNA(CARL)能抑制心肌細(xì)胞凋亡，通過調(diào)節(jié)miR-529/PHB2途徑減少心肌缺血再灌注后的梗死面積[33]。lncRNA H19可調(diào)節(jié)miR-103/107活性，調(diào)節(jié)Fas相關(guān)蛋白和FADD的表達(dá)[34]。

線粒體裂變和凋亡相關(guān)circRNA(MFACR)是線粒體凋亡的負(fù)調(diào)節(jié)劑，在小鼠心肌梗死后下調(diào)miR-652-3p。線粒體動(dòng)態(tài)相關(guān)lncRNA(MDRL)靶向miR-484和miR-361，參與線粒體調(diào)控。在缺血再灌注小鼠模型中，轉(zhuǎn)染MDRL通過海綿化抑制miR-361減少冠狀動(dòng)脈細(xì)胞凋亡[35]。自噬相關(guān)的circRNA(ACR)通過抑制自噬在小鼠心肌缺血再灌注損傷中起保護(hù)作用[36]。lncRNA和circRNA主要通過與miRNA相互作用實(shí)施相應(yīng)分子調(diào)節(jié)功能，從而進(jìn)一步影響靶蛋白的下游翻譯和轉(zhuǎn)錄后修飾。

4 結(jié)語

ncRNA與多種心血管疾病有關(guān)，被視為潛在的MIRI生物標(biāo)志物，也被認(rèn)為可能用于臨床疾病治療。然而，部分研究miRNA選擇偏向和結(jié)果不一致限制了臨床上有用miRNA的可靠性鑒定。循環(huán)系統(tǒng)中大多數(shù)miRNA能夠通過細(xì)胞外囊泡運(yùn)輸，而分離的細(xì)胞外囊泡可被其他顆粒和蛋白質(zhì)污染，從而降低細(xì)胞外囊泡miRNA作為生物標(biāo)志物的預(yù)后價(jià)值。因此，細(xì)胞外囊泡分離和表征的技術(shù)在未來有望進(jìn)一步提升。任何基于miRNA的療法都需要遞送系統(tǒng)，這不僅需要克服ncRNA在循環(huán)中的不穩(wěn)定性、脫靶效應(yīng)和不適當(dāng)?shù)姆植迹€需要克服對(duì)細(xì)胞滲透性的影響或在脫靶器官中積累。然而，由于miRNA是單鏈和開放的，它們或者在循環(huán)系統(tǒng)中被核酸酶降解，或者通過腎臟排泄或被單核細(xì)胞吞噬，限制了miRNA作為治療工具的臨床適用性，因此研究較理想的遞送載體亦是目前極具發(fā)展前景的方向。