微小RNA在心肌肥厚中的作用機(jī)制及其作為新藥靶點的研究進(jìn)展

王雙林 楊靖靖 李澤興 周慧 楊冰 張鵬

1天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院心胸外科 300052；2天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院空港醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科 300308；3天津醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)系 300070；4天津醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院 300070

0 引言

心肌肥厚可被認(rèn)為是在長期超負(fù)荷過載下，通過心室壁增厚來維持心肌功能的適應(yīng)性補(bǔ)償過程。孕婦、運動員等人群會出現(xiàn)生理性心肌肥厚。而病理性心肌肥厚會導(dǎo)致心臟泵血功能下降，間質(zhì)纖維化、收縮功能受損、能量代謝和電生理特征異常，最終導(dǎo)致心衰甚至猝死。在細(xì)胞水平而言，病理性心肌肥厚表現(xiàn)為心肌細(xì)胞增大、肌節(jié)結(jié)構(gòu)分離、蛋白合成能力增強(qiáng)、胚胎基因重新表達(dá)等特性[1]。心肌肥厚是一個涉及轉(zhuǎn)錄、翻譯及翻譯后修飾等多水平調(diào)節(jié)的適應(yīng)性過程[2]，會引起胚胎基因如心房利鈉肽等的重新表達(dá)，并涉及TANK結(jié)合激酶1（TBK1）-蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）等多種信號通路[3]。

微小RNA（microRNA，miRNA或miR）來源于細(xì)胞核內(nèi)長度為85個核苷酸的發(fā)卡型miRNA前體（pre-miRNA）或原始miRNA轉(zhuǎn)錄本（pri-miRNA），經(jīng)RNA酶Ⅲ剪切后，由輸出蛋白5（exportin-5）運送至細(xì)胞質(zhì)中。miRNA作為一種長度為18～25個核苷酸的非編碼RNA，可通過結(jié)合目標(biāo)基因的3'-非翻譯區(qū)抑制該基因翻譯或誘導(dǎo)mRNA降解等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。

自從Gumireddy實驗室開發(fā)出首個針對miRNA的小分子抑制劑以來，miRNA作為一種藥物靶點一直受到極大關(guān)注。小分子化合物可通過直接與primiRNA或pre-miRNA的二級結(jié)構(gòu)相結(jié)合或間接影響miRNA的形成進(jìn)而起到調(diào)控作用[4]。而近年來，在多種藥物篩選平臺同樣證實了在細(xì)胞水平小分子化合物以miRNA作為藥物靶點的可能性[5]。目前在心肌肥厚領(lǐng)域已研發(fā)出多種以miRNA為作用靶點的小分子化合物，如尼比洛爾、膽堿、Apelin等，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

miRNA在心肌肥厚、心律不齊、心肌梗死等心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展過程中也起到了重要的調(diào)節(jié)作用[6-8]。miRNA可通過鈣離子信號通路、細(xì)胞周期相關(guān)信號通路等促肥大信號通路對心肌肥厚產(chǎn)生正或負(fù)調(diào)節(jié)。由于miRNA種類繁多，本文就近3年來心肌肥厚可能的miRNA藥物靶點的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miR-1

miR-1由分別位于第20號和第18號染色體的miR-1-1和miR-1-2的前體編碼，經(jīng)exportin-5轉(zhuǎn)運至細(xì)胞質(zhì)中成為成熟的miR-1。miR-1在肺癌、胃癌等多種腫瘤組織中表達(dá)下調(diào)，而在腫瘤組織中過表達(dá)miR-1可抑制腫瘤細(xì)胞的增殖并促進(jìn)其凋亡。miR-1在心臟組織中表達(dá)水平較高，其對心肌肥厚的發(fā)生起到了一定的保護(hù)作用[9]。在心肌肥厚的早期階段，miR-1的降低可調(diào)節(jié)生長相關(guān)的靶點，例如細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶9（Cdk9）以及Ras GTP酶激活蛋白（RasGAP），而這兩種蛋白高表達(dá)是心肌肥厚發(fā)展的必要條件[10]。miR-1過表達(dá)可改善骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移，從而提高骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的存活率和向心肌細(xì)胞分化的能力，改善心功能，促進(jìn)心肌組織修復(fù)。胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）是miR-1介導(dǎo)心肌肥厚的重要靶點之一，且IGF-1可調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的大小及收縮功能[11]。有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在主動脈縮窄模型和AKT轉(zhuǎn)基因動物模型中，抑制miR-1表達(dá)往往伴隨著IGF-1蛋白及其受體（IGF-1R）的升高[12]。細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)蛋白twinfilin-1（TWF1）可通過結(jié)合肌動蛋白單體來動態(tài)調(diào)節(jié)肌動蛋白，控制細(xì)胞的各種生物過程，如運動、內(nèi)吞作用、細(xì)胞分裂和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。TWF1也是miR-1的下游作用靶點之一。TWF1蛋白水平與miR-1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。過表達(dá)miR-1的大鼠心肌細(xì)胞體積減小，TWF1蛋白表達(dá)受抑制[13]。

在小鼠心肌肥厚模型和人心肌肥厚組織中均發(fā)現(xiàn)miR-1表達(dá)下調(diào)。miR-1表達(dá)降低可通過調(diào)控轉(zhuǎn)化生長因子β受體1激活轉(zhuǎn)化生長因子β信號通路進(jìn)而導(dǎo)致心肌肥厚[14]。miR-1-3p可通過線粒體中的NADH脫氫酶1和細(xì)胞色素C氧化酶1減輕異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心衰。在肥厚性心肌病中，miR-1-3p作用于電壓門控氯離子通道3（Clcn3）與左心室舒張末期直徑和左心室射血分?jǐn)?shù)有關(guān)，并能反應(yīng)肥厚性心肌病病理過程中的心肌功能[15]。鈣信號是一種已知的促心肌肥大通路[16]。一方面，miR-1直接靶向作用于線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運體控制Ca2+攝取，在心肌細(xì)胞應(yīng)激適應(yīng)中發(fā)揮重要作用，心肌肥厚患者心肌活檢結(jié)果顯示，miR-1水平降低與線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運體蛋白含量增加相關(guān)[17]；另一方面，miR-1靶向作用于鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（calcineurin，CaN）-活化T細(xì)胞核因子（NFAT）信號通路降低NFAT的表達(dá)，減少細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高對鈣調(diào)蛋白-CaN復(fù)合物的影響，從而對心肌肥厚起到保護(hù)作用[18-19]。過表達(dá)miR-1可抑制甲狀腺激素T3誘導(dǎo)的心肌肥厚。甲狀腺激素通過靶向組蛋白去乙?；?誘導(dǎo)心肌肥大；而miR-1過表達(dá)可降低組蛋白去乙?；?的表達(dá)，有助于減輕甲狀腺激素誘導(dǎo)的心肌肥厚。Diniz等[20]證實miR-1過表達(dá)可預(yù)防甲狀腺激素誘導(dǎo)的心肌肥厚，其表現(xiàn)為心房利鈉肽和α-肌球蛋白重鏈水平降低。此外，普萘洛爾、丹參酮ⅡA和胰島素等藥物對miR-1的表達(dá)亦具有調(diào)節(jié)作用。

2 miR-133

miR-133是一種肌源性miRNA。在哺乳動物、鳥類和斑馬魚中，miR-133主要表達(dá)于骨骼肌和心肌。在人類基因組中，miR-133家族包含來自第18號染色體的miR-133a-1、第20染色體的miR-133a-2和第6號染色體的miR-133b。miR-133在人非小細(xì)胞肺癌、胃癌、垂體瘤乃至多種心血管系統(tǒng)疾病等疾病中表達(dá)異常[21-22]。miR-133參與心肌細(xì)胞的生長、增殖和存活以及心肌細(xì)胞的電傳導(dǎo)系統(tǒng)，這對心肌纖維化和心律失常的發(fā)展至關(guān)重要。miR-133在心肌細(xì)胞纖維化、心肌肥厚和心律失常的過程中起到了重要的調(diào)控作用，其表達(dá)水平與心肌肥厚負(fù)相關(guān)[23]。miR-133a可通過防止病理性重塑來預(yù)防心肌肥厚，從而起到保護(hù)心臟的作用。miR-133b在調(diào)節(jié)肥厚基因程序中可能發(fā)揮了重要作用，可通過上調(diào)miR-133b來抑制由β-腎上腺素能受體刺激所調(diào)控的基因表達(dá)。移植表達(dá)miR-133的間充質(zhì)干細(xì)胞可改善急性心肌梗死模型的心臟功能[24]。miR-133的功能是建立肥大基因程序的關(guān)鍵因素。Care確定了miR-133與心臟肥厚發(fā)展相關(guān)的3個靶點：①RhoA通過一種GDP-GTP交換蛋白調(diào)節(jié)心肌肥厚。②Cdc42通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶參與心肌肥厚。③NELFA/Whsc2為RNA聚合酶Ⅱ的負(fù)調(diào)節(jié)因子，也是與心臟發(fā)生相關(guān)的核因子。其中，RhoA和Cdc42均參與肥大相關(guān)的細(xì)胞骨架和肌原纖維重排。

在對鏈球菌誘導(dǎo)的糖尿病動物模型的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-133不僅參與異?；蛞鸬男募》屎?，還參與能量代謝引起的心肌肥厚[25]。心肌細(xì)胞過表達(dá)miR-133可通過特異性途徑引起血清中胰島素的改變，降低心肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運體吸收葡萄糖的能力，改變心肌肥大的過程。

研究結(jié)果表明，miR-133a具有一種新的并可能是獨特的功能，即可在充血性心力衰竭模型大鼠的下丘腦室旁核中調(diào)節(jié)血管緊張素Ⅱ[26]。DNA甲基化可降低miR-133a表達(dá)，重新激活Cdc42和RhoA，進(jìn)而抑制心肌細(xì)胞肥大[27]。miR-133a可通過介導(dǎo)肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2A（myocyte enhancer factor 2A，MEF2A）、MEF2C、血清和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)激酶1（SGK1）和IGF-1R的表達(dá)，導(dǎo)致糖尿病心肌細(xì)胞肥大。在體內(nèi)和體外，miR-133a轉(zhuǎn)染可通過下調(diào)CaN的mRNA和蛋白表達(dá)來減少心肌肥厚，而CaN在細(xì)胞內(nèi)Ca2+調(diào)控中起關(guān)鍵作用[25]。miR-133a轉(zhuǎn)染還可通過下調(diào)CaN下游效應(yīng)因子NFATC4的mRNA和蛋白水平，阻斷苯腎上腺素誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大。miR-133a的抗心肌肥厚效應(yīng)在甲狀腺激素誘導(dǎo)的心肌肥厚大鼠模型中被進(jìn)一步揭示。事實上，在該動物模型中miR-133水平降低，并被認(rèn)為是由血管緊張素Ⅱ受體亞型1（AT1R）部分介導(dǎo)[28]。此外，AT1R似乎也能上調(diào)兩個miR-133靶點的表達(dá)，即CaN和肌漿/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+ATP酶2a（SERCA2a）[28]。

蛋白激酶C通過絲裂原活化蛋白激酶級聯(lián)激活與心肌肥厚相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，而磷脂酶C信號產(chǎn)物肌醇1，4，5-三磷酸鹽（IP3）和甘油二酯分別激活鈣信號通路和蛋白激酶C[29]。體外實驗結(jié)果顯示，miR-133a通過下調(diào)蛋白激酶C和Gq蛋白表達(dá)顯著抑制去甲腎上腺素誘導(dǎo)的心肌肥厚[30]。去甲腎上腺素與α1-腎上腺素能受體結(jié)合，激活蛋白激酶C和磷脂酶C信號通路。因此，通過靶向蛋白激酶C和Gq，miR-133a可抑制細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平的增加及隨后增生性轉(zhuǎn)錄因子（如c-Jun和c-Myc）的激活。

miR-133a也可通過抑制血清反應(yīng)因子和細(xì)胞周期蛋白D2的表達(dá)來減輕心肌肥厚。miR-133a的其他靶點包括心源性轉(zhuǎn)錄因子MEF2、SGK1和IGF-1R[31]。丹參酮ⅡA、卡維地洛、伊瓦布拉丁、膽堿、尼比洛爾等多種藥物均對miR-133的表達(dá)具有調(diào)控作用。

3 miR-208a

miR-208家族由miR-208a和miR-208b組成，兩者核苷酸序列較為相似且高度保守，分別由α-心肌肌球蛋白重鏈基因（Myh6）和β-心肌肌球蛋白重鏈基因（Myh7）編碼。其中miR-208a僅在心肌細(xì)胞中表達(dá)，并在心臟電信號傳導(dǎo)過程中具有一定的調(diào)節(jié)作用。miR-208a在心血管系統(tǒng)中具有重要的生理作用，其在心肌肥厚等多種心血管系統(tǒng)疾病中表達(dá)水平的動態(tài)變化與疾病的進(jìn)程和預(yù)后密切相關(guān)[32]。動物實驗結(jié)果顯示，miR-208缺失對阿霉素誘導(dǎo)的心肌肥厚、傳導(dǎo)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和心肌細(xì)胞的凋亡具有保護(hù)作用，但miR-208在小鼠心臟過表達(dá)會導(dǎo)致心率功能障礙和病理性假性心肌肥厚[33]。Montgomery等[34]采用反義寡核苷酸技術(shù)沉默miR-208a，引起Myh7上調(diào)，改善了心功能。

在血管緊張素誘導(dǎo)的心肌肥厚中，miR-208表達(dá)下降，且細(xì)胞凋亡水平上升[35]。miR-208a-3p在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥厚過程中促進(jìn)了自噬的發(fā)生[36]。在心肌梗死模型中，miR-208b表達(dá)上調(diào)。在H9C2細(xì)胞中，miR-208b可保護(hù)因低氧誘導(dǎo)發(fā)生的細(xì)胞凋亡。miR-208b還可通過激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/AKT信號通路調(diào)節(jié)下游Bax的表達(dá)，達(dá)到保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。

4 miR-199a

miR-199a由發(fā)動蛋白2（DNM2）基因的第16個內(nèi)含子編碼。其在人類多種組織中廣泛存在，并在多種腫瘤組織中表達(dá)異常。miR-199a在壓力超負(fù)荷心肌肥厚中表達(dá)上調(diào)。miR-199a-5p可通過下游靶點JunB參與心衰的病理過程，并可增強(qiáng)血管緊張素Ⅱ誘發(fā)的心肌細(xì)胞凋亡[37]。體內(nèi)研究結(jié)果表明，miR-199a通過下游糖原合酶激酶3β和哺乳動物雷帕霉素靶標(biāo)復(fù)合物對心肌細(xì)胞自噬產(chǎn)生抑制作用，并可誘導(dǎo)心肌肥厚的發(fā)生[38]。miR-199a還可通過直接抑制熱休克蛋白家族A成員5（Hspa5）進(jìn)而對饑餓誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞自噬產(chǎn)生抑制[39]。文獻(xiàn)報道，參附注射液可通過上調(diào)miR-19a-3p的表達(dá)減輕大鼠心肌肥厚的發(fā)生，并降低MEF2A的mRNA和蛋白表達(dá)[40]。

5 miR-200c

miR-200家族成員包括miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-141和miR-429。miR-200c的基因簇位于第12號染色體p13.31。在血管內(nèi)皮細(xì)胞中，miR-200c表達(dá)上調(diào)與細(xì)胞的凋亡、衰老和功能異常有關(guān)[41]。miR-200c在銀屑病患者的皮損和血漿中上調(diào)，且與左心室質(zhì)量和相對室壁厚度呈正相關(guān)[42]。活性氧可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的miR-200c發(fā)生上調(diào)。在小鼠體內(nèi)，miR-200c可通過miR-200c/鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒1（ZEB1）/p53信號通路激活基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF1）/C-X-C趨化因子受體4型（CXCR4）軸改善阿霉素引起的心臟功能障礙[43]。而在缺血模型中，miR-200c可通過促進(jìn)GATA4和Bcl-2的表達(dá)對心肌細(xì)胞起到保護(hù)作用[44]。miR-200c在心肌肥厚過程中表達(dá)上調(diào)，而降低miR-200c表達(dá)可通過調(diào)節(jié)肌球蛋白輕鏈激酶的表達(dá)抑制細(xì)胞凋亡，減少活性氧的產(chǎn)生，在血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥厚過程中發(fā)揮保護(hù)作用[45]。

6 結(jié) 語

越來越多的研究結(jié)果表明，miRNA在心肌肥厚乃至心衰的發(fā)生過程中起到了重要的調(diào)節(jié)作用，有可能作為心肌肥厚臨床早期診斷的新標(biāo)志物或新治療靶點，從而有助于預(yù)防和治療心衰等疾病。然而miRNA種類較多，其對心肌肥厚的作用機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)、有序的研究。隨著對于包括miRNA在內(nèi)的非編碼RNA研究的深入，miRNA對心肌肥厚發(fā)生乃至心衰病理過程的調(diào)控將被進(jìn)一步揭示。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突