microRNA 與右心衰竭的研究進(jìn)展

劉 軍,石 穎,王婷婷,左祥榮

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,南京 210029)

右心衰竭是以靜息或運(yùn)動(dòng)時(shí)右心供血不足和體循環(huán)靜脈壓力升高為特征的復(fù)雜的臨床綜合征[1]。 右心衰竭的發(fā)病率、患病率、病殘率和病死率均很高,是嚴(yán)重危害人類健康的疾病之一[2]。 迄今為止,右心衰竭的發(fā)病機(jī)制尚不明確,而且大量臨床研究證實(shí)治療左心衰竭的藥物對(duì)右心衰竭沒(méi)有明顯的療效[3-5],這就提示左心衰竭和右心衰竭的發(fā)病機(jī)制存在明顯的差異。 2018 年美國(guó)胸科協(xié)會(huì)(ATS)就“右室功能評(píng)估的研究現(xiàn)狀:認(rèn)識(shí)不足和未來(lái)方向”這一主題發(fā)布官方的研究報(bào)告稱:闡明肺動(dòng)脈高壓綜合征患者右心衰竭分子機(jī)制是未來(lái)三大重要研究領(lǐng)域之一[6]。 microRNA (miRNA/miR)是由18 ～25 個(gè)核苷酸組成的非編碼RNA,它們主要與mRNA 的3′末端非編碼區(qū)結(jié)合,從而在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)。 作為整個(gè)基因網(wǎng)絡(luò)的主要調(diào)節(jié)因子,miRNA 對(duì)細(xì)胞功能具有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。 miRNA 對(duì)維持心臟正常發(fā)育及正常心功能起著重要的作用。 多種miRNA 已被認(rèn)為是心臟發(fā)育階段的重要調(diào)控因子,在心臟衰竭的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用,如調(diào)控心室重構(gòu)、心室肥大、細(xì)胞凋亡和缺氧[7-9]。 miRNA 被認(rèn)為是治療心血管疾病的一個(gè)新靶點(diǎn)[10]。 目前對(duì)miRNA 研究主要集中在左心及左心相關(guān)性疾病中。 由于左右心室在胚胎起源、形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝特征、對(duì)負(fù)荷的反應(yīng)、以及基因表達(dá)等方面均有明顯不同,因此,探討miRNA 在右心衰竭中的獨(dú)特作用,可能為闡明右心衰竭的發(fā)病機(jī)制提供新的視角,并可能成為右心衰竭新的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。 為此,我們總結(jié)目前已知的關(guān)于miRNA 與右心衰竭的相關(guān)研究,特別是關(guān)于右心及其相關(guān)疾病中miRNA 的表達(dá)和應(yīng)用,為深入研究和miRNA 與右心衰竭的關(guān)系提供幫助。

1 右心室miRNA 的時(shí)空表達(dá)譜

目前已經(jīng)獲得大量與左心疾病相關(guān)的miRNA的表達(dá)、測(cè)序、調(diào)控?cái)?shù)據(jù)[11-13]。 相比之下,右心室中miRNA 表達(dá)、測(cè)序、調(diào)控?cái)?shù)據(jù)還比較少。 但動(dòng)物研究表明,miRNA 在心臟不同區(qū)域(左心室、右心室、左心房、右心房)的表達(dá)不同,這就提示miRNA 的表達(dá)具有腔室特異性[14-15]。

1.1 miRNA 心室特異性表達(dá)

2015 年,Paulin 等[16]首次證明:當(dāng)發(fā)生右心衰時(shí),隨著右心室肥大的進(jìn)展,右心室中miR-208 的水平持續(xù)降低,這一點(diǎn)與左心室中miR-208 表達(dá)截然相反。 另有研究發(fā)現(xiàn)[17]:在肺動(dòng)脈高壓(Pulmonary Arterial Hypertension, PAH)大鼠右心室中miR-21-5p、31a-5p 等表達(dá)增加,而在左心室中僅有 miR-208b,miR-31a-3p 和 miR-31a-5p 表達(dá)升高。 最新的一項(xiàng)研究表明[18],低氧條件下let-7e-5p、miR-29c-3p 等在左右心室表達(dá)存在差異。 動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)從右心室肥厚進(jìn)展至右心衰竭的過(guò)程中,miR34a、28、93 和148a 在右心室中表達(dá)增加,左心室中表達(dá)沒(méi)有增加[19]。 在擴(kuò)張型心肌病動(dòng)物模型中,右心室與左心室中有14 個(gè) miRNA 的表達(dá)存在差異[20]。 這說(shuō)明右心可能存在其獨(dú)特的miRNA 表達(dá)譜。

1.2 miRNA 時(shí)間特異性表達(dá)

在右心衰竭進(jìn)展過(guò)程中,從早期的代償性肥厚到后期的失代償性肥厚,右心室功能和結(jié)構(gòu)不斷在變化。 miRNA 表達(dá)可能隨之產(chǎn)生變化。 Reddy等[21]對(duì)小鼠從右心室肥大到衰竭過(guò)程進(jìn)行連續(xù)10 d 動(dòng)態(tài)觀察,2 d 后右心室出現(xiàn)代償性肥厚但microRNA 表達(dá)無(wú)顯著性差異;4 d 后右心室出現(xiàn)失代償性心肌肥厚,此時(shí)有32 條microRNA 表達(dá)明顯差異;10 d 后出現(xiàn)右心衰竭,49 條microRNA 表達(dá)明顯有差異。 Drake 等[22]對(duì)肺動(dòng)脈縮窄和慢性缺氧導(dǎo)致的右心衰竭動(dòng)物模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),右心衰早期階段miR-133a 表達(dá)正常,當(dāng)發(fā)展至右心衰竭晚期時(shí)miR-133a 表達(dá)下降。 上述研究表明右心衰竭的不同價(jià)段不同miRNA 的表達(dá)不同,即使同一miRNA在不同的階段表達(dá)趨勢(shì)也不同。

1.3 miRNA 細(xì)胞特異性表達(dá)

雖然研究表明miRNA 在心臟的表達(dá)具有心室特異性,但這些研究存在一個(gè)共同的缺點(diǎn),那就是主要研究右心組織中miRNA 的變化,而不是針對(duì)特定的細(xì)胞進(jìn)行研究(如心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等)。 在心力衰竭發(fā)生發(fā)展過(guò)程中,心臟基本結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化,因此miRNA 表達(dá)的變化可能是由于心臟細(xì)胞組成發(fā)生改變?cè)斐傻摹?例如,纖維母細(xì)胞特異性miRNA 可能在心肌纖維化時(shí)表達(dá)增多,而這種表達(dá)變化是因?yàn)槌衫w維細(xì)胞在心肌細(xì)胞所占比重增加引起的,并不是由于其表達(dá)增多引起了心肌纖維化。 如果對(duì)整個(gè)心臟組織進(jìn)行分析,并不能明確miRNA 表達(dá)與細(xì)胞組成改變之間的因果關(guān)系。 在犬心力衰竭模型中,專門研究了組織中和細(xì)胞中miRNA 表達(dá)差異,發(fā)現(xiàn)一些心肌細(xì)胞特異性的 microRNA(miR-1, miR-208b, miR133a/b)幾乎只在成纖維細(xì)胞中發(fā)生改變[23]。 也許我們應(yīng)同時(shí)關(guān)注組織和細(xì)胞類型特異性microRNA 表達(dá)的變化。

2 miRNA 在右心室重構(gòu)發(fā)病機(jī)制中的作用

心室重構(gòu)是心力衰竭主要發(fā)病機(jī)制之一, 包括結(jié)構(gòu)、功能以及基因表型等一系列改變。 心室重構(gòu)導(dǎo)致心肌肥厚、心肌纖維化、毛細(xì)血管密度減少、心肌細(xì)胞凋亡,最終出現(xiàn)右心衰竭。

2 miRNA 與右心室重構(gòu)

心室重構(gòu)是心力衰竭主要發(fā)病機(jī)制之一, 包括結(jié)構(gòu)、功能以及基因表型等一系列改變。 心室重構(gòu)導(dǎo)致心肌肥厚、心肌纖維化、毛細(xì)血管密度減少、心肌細(xì)胞凋亡,最終出現(xiàn)右心衰竭。

慢性缺氧和肺動(dòng)脈結(jié)扎是右心肥厚與衰竭常用的兩種造模方式[24]。 慢性缺氧和肺動(dòng)脈結(jié)扎抑制右心室中miR-223 表達(dá),使IGF-IR 表達(dá)和的IGFI 信號(hào)傳導(dǎo)增強(qiáng),導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞增殖,右室肥大;而過(guò)表達(dá)miR-223 可以減輕右心室肥厚,改善右心室功能[25]。 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)通過(guò)抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary arterial smooth muscle cells, PASMCs)的增殖和遷移來(lái)預(yù)防PAH 產(chǎn)生,抑制心肌細(xì)胞肥大,心肌纖維化、改善心室重構(gòu)和功能。 Zhang 等[26]發(fā)現(xiàn):在缺氧誘導(dǎo)的 PAH 大鼠中,miRNA let-7b 表達(dá)增加,并且靶向抑制ACE2 的表達(dá),導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大、心肌纖維化。 HIF1-α 是MiR-199a 靶基因,miR-199a 過(guò)表達(dá)抑制 HIF1-α(低氧誘導(dǎo)因子-1)表達(dá),HIF1-α 表達(dá)下降使血管生成因子表達(dá)減少,最終導(dǎo)致心臟肥大[25]。 Potus 等[27]研究證實(shí):miR-126 過(guò)表達(dá)可以促進(jìn)右心衰患者右心室中血管內(nèi)皮細(xì)胞再生能力,改善右心室功能。因此可以推測(cè)增加miR-126 表達(dá)、抑制miR-199a 表達(dá)可能有助于恢復(fù)右心室微血管密度,從而改善右心室功能。 在右心室肥大到衰竭過(guò)程中,對(duì)miRNA進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析發(fā)現(xiàn):miR-148a、miR-93 具有抗心肌細(xì)胞凋亡作用,miR-34a 在心臟細(xì)胞凋亡和損傷中也發(fā)揮關(guān)鍵作用[21]。

因此miRNA 可能廣泛參與了心室重構(gòu)的全過(guò)程(見(jiàn)表1),了解其功能對(duì)基于miRNA 的診斷和治療具有重要意義。

3 循環(huán)miRNA—右心衰竭診斷的潛在生物標(biāo)志物

3.1 循環(huán)miRNA

B 型利鈉肽(B-type natriuretic peptide, BNP)和N 端前腦利鈉肽( N-terminal brain natriuretic peptide, NT proBNP)目前被用作診斷心力衰竭,但是其特異性和敏感性不能完全令人滿意。 因此有必要開(kāi)發(fā)一種新的診斷標(biāo)志物,它應(yīng)該優(yōu)于利鈉肽,并具有附加診斷價(jià)值;因此越來(lái)越多的研究人員將目光轉(zhuǎn)向循環(huán)miRNA。

廣泛而穩(wěn)定地存在于細(xì)胞外液(血清/血漿、尿液、乳汁、組織間液)中的 miRNA 被稱為“循環(huán)miRNA”。 在正常人和患者體內(nèi),循環(huán) miRNA 的表達(dá)譜存在明顯的差異,而且可以被快速檢測(cè),因此循環(huán)miRNA 很可能成為多種疾病(腫瘤、糖尿病、心臟病、膿毒癥等)的新型診斷標(biāo)志物[28]。 將循環(huán)miRNA 作為心血管疾病診斷的新型標(biāo)志物具有極大潛力。 目前已有多種循環(huán)miRNA 被認(rèn)為可能作為左心衰竭的診斷標(biāo)志物[29]。 但與右心衰竭相關(guān)循環(huán)miRNA 的研究尚不多。

3.2 循環(huán)miRNA 與右心衰

有研究發(fā)現(xiàn),肺高壓導(dǎo)致的右心超負(fù)荷患者循環(huán)中miR-1, miR26a 等水平降低,而 miR-21,miR-130a 等升高[30]。 miR-21、miR-29c 與心肌纖維化有關(guān)[31], 這提示循環(huán)中miR-21、miR-29c 水平或許可以預(yù)測(cè)心肌纖維化。 在另一項(xiàng)前瞻性研究中,循環(huán)miR-21 水平與缺氧性肺高壓患者右心功能障礙的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[30]。 miR-424(322)與肺高壓的預(yù)后和疾病嚴(yán)重程度明顯相關(guān):心功能評(píng)級(jí)越好(WHO I-II),miR-424(322)水平越低,相反,心功能評(píng)級(jí)越差(WHO III-IV), miR-424(322)水平越高。該研究還發(fā)現(xiàn),在注射野百合堿一周后循環(huán)miR-424(322)水平明顯升高,2 周后明顯下降,在右心室肥厚后期又升高,因而,miRNA 可以用于監(jiān)測(cè)右心重構(gòu)的動(dòng)態(tài)過(guò)程的變化[32]。 這些研究展示了循環(huán)miRNA 作為右心衰竭標(biāo)志物的巨大潛力,但還需要進(jìn)一步系統(tǒng)地研究,評(píng)估右心衰患者中循環(huán)miRNA作為新生物標(biāo)志物的價(jià)值。

表1 與右心重構(gòu)有關(guān)miRNA 及其功能Table 1 MiRNAs and their functions which are related to right ventricular remodeling

3.3 心肌外泌體miRNA

外泌體是細(xì)胞分泌的直徑30 ～100 nm 的囊泡,其中包含DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種生物分子,參與調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的行為,從而促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞之間的通訊。 這些特異性miRNA 對(duì)心臟功能的具有重要的調(diào)節(jié)作用,廣泛參與各種心血管疾病的進(jìn)展,如心肌梗死、心肌病、PAH 等[33-35]。 在急性心肌梗塞中,心肌特異性miRNA 比心肌肌鈣蛋白更早(梗死后4 h)在血液中檢測(cè)到,這表明它們?cè)谠缙谠\斷心肌梗死病理方面具有潛在優(yōu)勢(shì)[36]。 另有研究顯示,miR-181 家族抑制NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)并調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的活化,增殖和免疫細(xì)胞穩(wěn)態(tài),負(fù)向調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移行為[37]。 此外心臟特異性 miRNA 也具有抗凋亡(miR-133a 和 miR-499)、抗纖維化(miR-324)和抗氧化(miR-1) 特性[38]。 臨床前研究表明,外泌體可用于治療心血管疾病,如PAH、急性心肌梗塞。 未來(lái)的臨床研究需要進(jìn)一步證實(shí)外泌體治療心血管疾病的療效。

4 miRNA—右心衰竭治療潛在的新靶標(biāo)

4.1 miRNA 靶向治療

目前miRNA 是右心衰竭最具潛力的治療靶點(diǎn),miRNA 是蛋白質(zhì)表型的重要調(diào)節(jié)因子,而且miRNA調(diào)節(jié)作用是可逆的。 理論上來(lái)說(shuō),可以使用特異調(diào)節(jié)劑改變miRNA 在體內(nèi)的表達(dá),從而對(duì)疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程進(jìn)行干預(yù)——即miRNA 靶向治療。 目前,主要有2 種方案:(1)miRNA 表達(dá)水平下調(diào)的情況下進(jìn)行替代治療即應(yīng)用 miRNA 類似物(miRNA mimics);(2)致病性miRNA 表達(dá)上調(diào)的情況下抑制其表達(dá),即應(yīng)用miRNA 抑制劑(Antimi R)。

4.2 AntimiR

AntimiR 具有廣泛的應(yīng)用前景,并且有些研究報(bào)道稱已經(jīng)成功將AntimiR 應(yīng)用于治療肺動(dòng)脈和右心室疾病。 miR-145/143 簇在 PAH 進(jìn)程中起著主導(dǎo)作用,與對(duì)照組相比,在miR-145 基因敲除或用AntimiR-145 處理的小鼠中,右心室收縮末期壓力明顯下降[39]。 研究發(fā)現(xiàn),miR-17 簇控制細(xì)胞發(fā)育,凋亡和增殖,用AntimiR 抑制miR-17 表達(dá)可抑制肺血管和右心室重構(gòu),從而改善PAH 中的心肺功能[40]。此外 miR-21、miR-27 A、miR-17-92 簇、miR-124、miR-138、miR-150、miR-204、miR-206、miR-210、miR-328、miR-424/503 均在肺血管重構(gòu)中發(fā)揮不同的作用[41]。 因此,用靶向治療的方法,抑制作用于肺血管系統(tǒng)的miRNA 給治療PAH 和右心衰帶來(lái)了一個(gè)新契機(jī)。 但是眾多研究涉及不同的miRNA 靶點(diǎn),并無(wú)共同之處,具體機(jī)制也不清楚,各個(gè)治療靶相互之間是否具有協(xié)同作用也不清楚,值得深入研究。

4.3 miRNA 類似物

miRNA 類似物是PAH 和右心重構(gòu)的另一條治療途徑。 miRNA 類似物是小的、合成的、化學(xué)修飾的雙鏈寡核苷酸,與內(nèi)源miRNA 類似。 用 miRNA類似物提高miR-223[25]的表達(dá),可以改善心室重構(gòu),增強(qiáng)右心室功能。 另外使用miR-140-5p 類似物,可以抑制 PAH,降低右心室后負(fù)荷、改善心功能[42]。 已經(jīng)證實(shí)右心室miR-126 的水平與右心衰竭疾病嚴(yán)重程度負(fù)相關(guān)[27]。 即使是在野百合堿誘導(dǎo)的PAH 晚期,應(yīng)用特異性miR-126 類似物也可以恢復(fù)組織miR-126 水平,通過(guò)增加心臟血管密度和減少心肌纖維化,改善右心功能。 因此,恢復(fù)PAH患者miR-126 的水平可能是治療PAH 誘導(dǎo)的右心衰竭的一個(gè)非常有希望的方法。 然而,盡管目前首個(gè)進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)的 miRNA 靶向療法-Miravirsen,已經(jīng)在治療丙型肝炎IIa 期臨床試驗(yàn)中顯示出了治療潛力,但是在基于miRNA 的療法應(yīng)用于臨床之前,還需要解決諸如藥代動(dòng)力學(xué),靶向傳遞和潛在副作用等問(wèn)題。

5 展望

近年來(lái),我們對(duì)miRNA 及其在心力衰竭中潛在作用的了解日益加深。 盡管關(guān)于miRNA 的作用和起源仍存在許多疑問(wèn),但越來(lái)越多的研究已經(jīng)闡述了其與右心衰竭之間的關(guān)系。 右心室特異性miRNA 不斷被發(fā)現(xiàn),并且參與右心衰竭的多個(gè)方面如右心室肥厚、重構(gòu)等,此外,循環(huán)miRNA 很有希望成為診斷右心衰竭和預(yù)測(cè)右心衰竭預(yù)后的新型標(biāo)志物。 應(yīng)用 AntimiR 和 miRNA 類似物靶向調(diào)控miRNA 給治療右心衰竭帶來(lái)了希望,拓寬PAH 和右心衰竭治療方案的選擇范圍。 當(dāng)然,miRNA 對(duì)右心衰竭診斷、治療和預(yù)測(cè)右心衰竭預(yù)后的能力還需要在大樣本研究中進(jìn)一步驗(yàn)證,然后才能付諸實(shí)施。 我們相信,在將來(lái),基于miRNA 的診斷治療工具很可能給右心相關(guān)性疾病,尤其是右心衰竭患者帶來(lái)巨大益處。