miR-29基因簇與心腦血管疾病的研究進(jìn)展

谷嬉嬉 韋葉生

近年來，心腦血管病的發(fā)病率和死亡率逐年上升，每年約造成1 700 萬人的死亡［1］，嚴(yán)重影響人類生命健康和生活質(zhì)量。早期預(yù)防和早期診斷能有效降低心腦血管疾病的發(fā)生，隨著人類基因組計(jì)劃的深入開展，越來越多的研究集中于非編碼RNA 在心腦血管疾病的分子機(jī)制研究［2-3］。miR-29 基因簇的功能不斷被豐富，研究發(fā)現(xiàn)其與心腦血管疾病發(fā)病相關(guān)，本文通過對(duì)miR-29 與心腦血管疾病的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)綜述，有助于更好地了解miR-29 基因簇在心腦血管疾病發(fā)病機(jī)制中作用。

1 miR-29 基因簇

1.1 miR-29 基因簇的起源

1993年，首個(gè)miRNA 由Lee 等學(xué)者在秀麗隱形線蟲體內(nèi)發(fā)現(xiàn)［4］。長(zhǎng)度20-24 個(gè)核苷酸的miRNA 基因多數(shù)位于蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子區(qū)，經(jīng)RNA 聚合酶Ⅱ或RNA 聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄，形成含有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的原代轉(zhuǎn)錄本［4-5］，再經(jīng)核糖核酸酶Drosha和RNA 結(jié)合蛋白DGCR8（Digeorge syndrome critical region gene 8，DGCR8）處理［6-7］，只保留發(fā)夾結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步形成前體miRNA（precursor mRNA，premiRNA）。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exp-5 將pre-miRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)出核，由RNA 酶Dicer 將pre-miRNA 轉(zhuǎn)化為成熟的雙鏈miRNA［8-9］。隨后雙鏈miRNA 解旋，一條鏈與Argonaute 蛋白結(jié)合形成基因沉默復(fù)合物，最終在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)靶基因發(fā)揮調(diào)控作用。

1.2 miR-29 基因簇的組成及調(diào)控作用

miR-29 基因簇，即miR-（29a、29b、29c）是一種新近發(fā)現(xiàn)的功能多樣的小分子RNA。 miR-29a 和miR-29b-1 編碼于人類7 號(hào)染色體q32 上，miR-29b2和miR-29c 編碼在1 號(hào)染色體q23 上［10］。miR-29家族成員都有一個(gè)長(zhǎng)為7nt 的種子序列，這使它們很大程度上能穩(wěn)定的調(diào)控一些相似的靶轉(zhuǎn)錄物，但其家族成員都有各自獨(dú)特的序列，又能表現(xiàn)出不同的功能［11］。

miR-29 家族參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、程序性死亡、纖維化、血管生成和免疫調(diào)節(jié)等過程，從而在細(xì)胞從新生到凋亡中發(fā)揮重要作用。在免疫系統(tǒng)中，miR-29b 通過抑制T bet 和Eomes 兩個(gè)基因產(chǎn)生干擾素來調(diào)控固有免疫應(yīng)答和適應(yīng)性免疫應(yīng)答［12］。另外，miR-29a/b 發(fā)揮調(diào)節(jié)輔助性T 細(xì)胞分化的作用，miR-29a 表達(dá)降低會(huì)減少B 細(xì)胞的增殖和抗體的產(chǎn)生，使T 淋巴細(xì)胞的活化減少［13］；在細(xì)胞凋亡中，增加miR-29b 在KMCH 膽管細(xì)胞型肝癌細(xì)胞中的表達(dá)，可下調(diào)抗凋亡蛋白Mcl-1的表達(dá)，促使癌細(xì)胞凋亡［14］。miR-29c 通過抑制下游c-jun 基因的表達(dá)影響子宮內(nèi)膜細(xì)胞的增殖、凋亡和侵襲，最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［15］。Kole 等［16］發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)元中，miR-29 能抑制凋亡相關(guān)基因BH3 的表達(dá)，發(fā)揮抗凋亡的作用；在細(xì)胞分化中，miR-29a 通 過 增 加 靶 基 因COL1A1、COL5A3、COL4A2表達(dá)活性在成骨細(xì)胞分化中發(fā)揮重要作用，并在miR-29 達(dá)到峰值時(shí)使膠原蛋白積累［17］。另外，miR-29 在特定疾病中的調(diào)控作用也逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，如發(fā)揮調(diào)控腎纖維化［18］、淋巴細(xì)胞白血病［19］、肺癌［20］等疾病的作用。除了上述疾病外，miR-29 基因簇在心腦血管疾病方面的調(diào)控作用也逐漸被揭示。

2 miR-29在心腦血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 miR-29 與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是缺血性心腦血管疾病最常見的病因。其發(fā)展是由血漿低密度脂蛋白膽固醇的升高引起，表現(xiàn)為內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙、巨噬細(xì)胞極化、炎癥、免疫反應(yīng)和脂質(zhì)斑塊［21］。

血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的異常是誘發(fā)AS的始動(dòng)因素。Lee 等［22］利用MMT 法證實(shí)IL-3 具有促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖的作用，通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了miR-29 通過靶向Mcl-1 和MMP2相關(guān)信號(hào)通路，減弱白介素-3 誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖。為了研究miR-29 在新生內(nèi)膜中的潛在作用，他們又建立大鼠頸動(dòng)脈球囊損傷模型，通過局部寡核苷酸傳遞模型將miR-29b 轉(zhuǎn)染到血管組織，miR-29b表現(xiàn)出抑制新生內(nèi)膜形成的作用，以上結(jié)果體現(xiàn)了miR-29b 對(duì)AS 的起始階段有保護(hù)作用。然而，Peng 等［23］納入83 例2 型糖尿病患者作為研究對(duì)象，采用TaqMan qRT-PCR 法測(cè)定尿液上清中的miR-29a、miR-29b 和miR-29c 水平，并分析與頸動(dòng)脈內(nèi)-中膜厚度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)miR-29b 與頸動(dòng)脈內(nèi)-中膜厚度顯著相關(guān)，這表明miR-29b 可能是糖尿病和AS 的潛在分子標(biāo)志物。氧化應(yīng)激引起內(nèi)皮細(xì)胞損傷和致炎效應(yīng)加速了AS 的發(fā)展。在一項(xiàng)探討miR-29 是否影響動(dòng)脈粥樣硬化的炎癥和氧化應(yīng)激的試驗(yàn)中，李貞貞等［24］構(gòu)建小鼠的AS 模型，與正常組的小鼠相比，AS 組的miR-29c 有更高的表達(dá)水平，進(jìn)一步研究miR-29c 與可減輕炎癥反應(yīng)的沉默信息調(diào)節(jié)因子2 相關(guān)酶類1（silent mating type information regulation 2 homolog-1，SIRT1）的作用，轉(zhuǎn)染miR-29c 并以氧化性低密度脂蛋白刺激AS 模型細(xì)胞，熒光定量PCR（Real Time-PCR，RT-PCR）檢測(cè)SIRT1的mRNA 水平變化不大，但免疫印跡結(jié)果卻顯示其蛋白表達(dá)水平顯著降低，這預(yù)示miR-29能在翻譯后水平調(diào)控基因表達(dá)，增強(qiáng)AS 發(fā)展過程的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。為了研究體內(nèi)miR-29 是否會(huì)影響動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成，Ulrich 等［25］每隔兩周給AS 的3 組小鼠模型分別皮下注射一次生理鹽水、LNA 對(duì)照和LNA-miR-29（miR-29 抑制物），持續(xù)14 周后發(fā)現(xiàn)，LNA-miR-29 中和了頸動(dòng)脈中的miR-29 亞型，并減少了主動(dòng)脈根部和頭臂動(dòng)脈的病變面積。與LNA 對(duì)照組相比，LNA-miR-29組的壞死面積明顯較小，這也提示，在動(dòng)脈粥樣硬化患者進(jìn)展中，抑制miR-29 基因的表達(dá)，能使細(xì)胞外基質(zhì)中miR-29 靶基因表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)纖維斑塊重塑來緩解AS 的進(jìn)程。

除此之外，Pereira 等［26］對(duì)不同部位出現(xiàn)的AS進(jìn)行Meta 分析，發(fā)現(xiàn)在不同部位存在常見miRNA譜（miR-21、miR-30、miR-126 和miR-221-3p）和特異性表達(dá)的miRNA（miR-27b、miR-29 和miR-130）。最新研究發(fā)現(xiàn)，繼發(fā)于AS 的胸主動(dòng)脈瘤與彈性蛋白（Elastin，ELN）和轉(zhuǎn)錄因子SMAD3 的變異有關(guān)，并出現(xiàn)主動(dòng)脈彈性纖維缺失和斷裂的典型特征［27］。ELNmRNA 的穩(wěn)定性受SMAD3 介導(dǎo)的miR-29b 調(diào)控。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-29b的水平可增加ELN 的表達(dá)，這也表明miR-29 可能通過抑制ELN 的表達(dá)，加快胸主動(dòng)脈瘤的發(fā)病過程［27］。以上可知，由于miR-29 靶基因的多樣性，miR-29 家族成員在不同的部位通過調(diào)控不同的靶點(diǎn)，發(fā)揮不同的作用。

2.2 miR-29 與心肌梗死

從1990-2013年，中國(guó)因心血管疾病死亡的人數(shù)較之前增加了46%，分別是美國(guó)和西歐的3 倍和4 倍［28］。隨著人口老齡化的加?。?0 歲以上人口＞16%），心肌梗死在世界范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率不斷增加。骨髓基質(zhì)干細(xì)胞移植治療心肌梗死、缺血再灌注損傷能改善心肌功能，減少心肌細(xì)胞死亡和梗死面積。有研究表明，骨髓基質(zhì)干細(xì)胞外泌體的miRNA 對(duì)心臟有保護(hù)作用，分離其外泌體發(fā)現(xiàn)有高水平的miR-29 和miR-24［21］。Wang 及團(tuán)隊(duì)成員［29］發(fā)現(xiàn)在腎纖維化模型中，miR-29 參與TGF-β 信號(hào)通路干擾該通路促纖維化的作用。與Wang 團(tuán)隊(duì)有一致觀點(diǎn)的是，Zhang 等［30］發(fā)現(xiàn)miR-29b的過表達(dá)能抑制血管緊張素誘導(dǎo)的心肌纖維化，在高血壓患者中，恢復(fù)其心臟的miR-29b 水平能阻斷進(jìn)行性心臟纖維化，并改善心功能障礙，這也體現(xiàn)了miR-29 在心臟疾病中的治療潛力。然而Chen 等［31］對(duì)比20 例膿毒性心肌病和10 例對(duì)照組的基因微陣列數(shù)據(jù)集，并利用R 語言分析發(fā)現(xiàn)了119 種上調(diào)的基因和80 種下調(diào)的基因，miR-29 是其中一種下調(diào)的差異表達(dá)基因。同時(shí)，在小鼠心肌梗死模型中，RT-PCR 證實(shí)心肌梗死周圍區(qū)域miR-29 表達(dá)減少，其預(yù)測(cè)靶基因COL1A1、COL1A2、COL3A1和FBN1上調(diào)，并進(jìn)一步用雙熒光素酶分析驗(yàn)證了miR-29 調(diào)控的靶mRNA 上調(diào)，有利于心肌基質(zhì)重塑［32］。最新一項(xiàng)研究報(bào)道也支持下調(diào)miR-29 的水平具有保護(hù)作用，Chen 等［33］發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后，LncRNA HULC 通過與miR-29b相互作用，抑制其表達(dá)，促進(jìn)血管生成，保護(hù)HUVEC 細(xì)胞免受缺氧誘導(dǎo)的炎癥損傷。以上這些結(jié)果提示，miR-29 具有雙重作用，miR-29b 作為心肌梗死的治療靶點(diǎn)作用需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和更多的臨床試驗(yàn)來驗(yàn)證。

2.3 miR-29 與腦卒中

腦卒中是臨床最常見的腦血管疾病之一，治療選擇有限。盡管腦卒中的診療技術(shù)不斷改進(jìn)，但大部分患者腦損傷以及后續(xù)影響是無法治愈的。研究表明，miR-29 在多種腦血管疾病和神經(jīng)退行性疾病中被發(fā)現(xiàn)，如阿爾茨海默氏癥［34］，惡性膠質(zhì)瘤［35］和腦卒中，這表明miR-29 在腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)中具有廣泛而關(guān)鍵的作用。

星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著中心作用，它們與神經(jīng)元共同提供能量代謝產(chǎn)物、介導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)作用以及調(diào)節(jié)水和離子的濃度。Kobayashi等［36］發(fā)現(xiàn)星型膠質(zhì)細(xì)胞的miR-29 靶點(diǎn)參與谷氨酸信號(hào)傳導(dǎo)，緩沖高谷氨酸水平導(dǎo)致的腦細(xì)胞損傷。miR-29 能保護(hù)神經(jīng)元在神經(jīng)細(xì)胞成熟過程中免受凋亡和前腦缺血，降低缺血再灌注損傷的風(fēng)險(xiǎn)。Ouyang 等［37］通過雙熒光素酶分析發(fā)現(xiàn)，miR-29a 的增加下調(diào)BH3 蛋白的表達(dá)，減少氧化應(yīng)激緩解腦缺氧損傷。在體內(nèi)，大腦中動(dòng)脈阻塞引起腦卒中，為了了解miR-29 在急性缺血性腦卒中的作用，Khanna［38］用熒光捕獲中風(fēng)后梗死部位的腦組織，檢測(cè)到miR-29b 的特異性丟失，將miR-29b 轉(zhuǎn)染入細(xì)胞使其表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞的生存能力增強(qiáng)，表明了miR-29b作為神經(jīng)細(xì)胞存活因子的重要性，其在梗死部位的丟失是中風(fēng)引起腦損傷的一個(gè)關(guān)鍵原因。

3 miR-29 其他治療靶點(diǎn)的作用

miR-29 是新近發(fā)現(xiàn)的miRNA，其潛在的作用很豐富。miR-29 除參與上述疾病外，研究發(fā)現(xiàn)，在冠心病患者中，miR-29-3p 靶向NOTCH2 來抑制心肌細(xì)胞增殖，降低冠心病患者的miR-29-3p 水平，能促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，為冠心病的病因和潛在治療提供新視角［39］。Sun 等［40］發(fā)現(xiàn)自發(fā)性高血壓大鼠中miR-29b 顯著上調(diào)，熒光素酶活性檢測(cè)顯示miR-29b 直接靶向CTRP6mRNA，且抑制miR-29b可增加CTRP6 的表達(dá)，從而提高細(xì)胞增殖和遷移能力；抑制血管緊張素-2 的表達(dá)，減輕高血壓細(xì)胞內(nèi)皮功能障礙。參與調(diào)控心肌梗死后左心室功能不全和心力衰竭的基本過程，其表達(dá)失調(diào)導(dǎo)致心臟多個(gè)病理過程的改變，這些變化與心肌梗死后心肌肥厚向心力衰竭的轉(zhuǎn)變有關(guān)，miR-29 可能在心臟疾病進(jìn)展中作為潛在的治療靶點(diǎn)。以上提示，miR-29 是心腦血管疾病的潛在治療靶點(diǎn)，值得深入研究具體調(diào)控機(jī)制。

4 展望

綜上所述，miR-29 基因簇參與動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死和腦卒中等心腦血管疾病的發(fā)病機(jī)制，通過調(diào)控不同的靶基因發(fā)揮保護(hù)或損傷的作用。由于miR-29 基因簇參與眾多且復(fù)雜的信號(hào)通路，限制了miR-29基因簇應(yīng)用于臨床領(lǐng)域。深入了解miR-29基因簇與心腦血管疾病發(fā)生的分子機(jī)制是開展臨床應(yīng)用的前提。因此，需要進(jìn)一步研究miR-29 基因簇與心腦血管疾病各種調(diào)控途徑的相關(guān)性，為心腦血管疾病的預(yù)測(cè)和診治提供新的思路與方向。