外泌體miRNA在心血管疾病中作用的研究進(jìn)展*

楊海霞，徐鴻林，曹曉宇，趙藝杰，常 欣，孫 穎，其樂木格，謝 偉,2，邵 國，2, 鮑牧蘭，2，巴德仁貴,2

(1.包頭醫(yī)學(xué)院內(nèi)蒙古自治區(qū)低氧轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實驗室,內(nèi)蒙古 包頭 014040;2.包頭醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)與麻醉學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所)

心血管疾病是有著高患病率和高死亡率，對成年人特別是中老年人身體健康有著嚴(yán)重威脅的常見疾病。每年因心血管疾病死亡的人口占全球死亡總?cè)藬?shù)的30 %以上，目前已成為臨床著重關(guān)注研究的領(lǐng)域。有研究表明心血管疾病與微小RNA(microRNA，miRNA)的調(diào)節(jié)關(guān)系緊密。近年來更是有研究證實了miRNA作為外泌體細(xì)胞間信息傳遞過程中重要的信號分子，參與相關(guān)信號通路的調(diào)節(jié)，并涉及心血管疾病的生理病理機(jī)制[1-2]。

1 外泌體miRNA及其特性

MicroRNA(miRNA)以多種形式存在于細(xì)胞內(nèi)外的循環(huán)體液中，是一類長度約18-24個核苷酸并具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的微小RNA，通過與靶mRNA結(jié)合，來達(dá)到降解或抑制mRNA翻譯，調(diào)節(jié)組織細(xì)胞生理過程的作用[3]。小部分miRNA通過以下3種途徑由細(xì)胞內(nèi)釋放到細(xì)胞外環(huán)境中：①通過外泌體攜帶釋放；②合并到脂蛋白顆粒；③與結(jié)合蛋白結(jié)合釋放[4]。

外泌體是細(xì)胞內(nèi)多泡體與質(zhì)膜融合所釋放的，直徑在30～120 nm的囊性小泡。它具有脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成的球形結(jié)構(gòu)，并攜有蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，核酸等生物分子，存在于大多數(shù)體液如尿液、唾液、血漿等或細(xì)胞培養(yǎng)液中，參與細(xì)胞間通訊[5]。外泌體中有不同類型的RNA，其中miRNA通過調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的基因表達(dá)，與mRNA配對結(jié)合，從而抑制mRNA翻譯，降低靶基因蛋白表達(dá)并調(diào)節(jié)受體細(xì)胞功能[6]。外泌體miRNA的穩(wěn)定性非常高,其膜結(jié)構(gòu)能夠保護(hù)miRNA免受RNA水解酶的干擾，保證能穩(wěn)定存在于血漿等其他體液中。此種特性也為細(xì)胞通訊相關(guān)研究提供了幫助，并提出了作為心血管系統(tǒng)疾病診斷的生物標(biāo)記物的可能[7]。

2 外泌體miRNA與心血管疾病

2.1外泌體miRNA與心力衰竭 心力衰竭作為一類非獨(dú)立性疾病，基本病因可追溯至多種心血管疾病，是心血管疾病發(fā)展到晚期的表現(xiàn)。它在人群中的發(fā)病率會隨著年齡增長而增高，并伴隨心肌細(xì)胞肥大，間質(zhì)纖維化等病理變化。據(jù)推算，2019年我國心衰患者高達(dá)700多萬，已逐漸成為對人類危害最大的心血管疾病之一。Matsumoto等[8]采集了21例患者血清，運(yùn)用microarray技術(shù)證明外泌體在心力衰竭進(jìn)程中起到多種調(diào)節(jié)功能。通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)miR-192、miR-194及miR-34在患者血清外泌體中有顯著增加，并與病發(fā)時左心室舒張狀態(tài)顯著相關(guān)。此外，外泌體miRNA還可參與心肌細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，介導(dǎo)心臟重塑[8]。Tian等[9]通過研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭時心肌細(xì)胞分泌的外泌體miR-27a可通過抑制核因子E2相關(guān)因子2(Nuclear factor E2 correlation factor 2,Nrf2)翻譯，介導(dǎo)心臟重塑過程。Qiao等[10]在人類體外實驗中將患病心臟組織中的基質(zhì)細(xì)胞與健康心臟組中分離出的基質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)后者能夠抑制心肌細(xì)胞凋亡。其具體機(jī)制是，從健康人類體內(nèi)分離出的基質(zhì)細(xì)胞中，外泌體miR-21通過調(diào)控程序性細(xì)胞死亡來抑制凋亡進(jìn)程，同時miR-21通過抑制細(xì)胞中磷酸酶張力蛋白基因(Phosphatase tension protein gene,PTEN)達(dá)到增強(qiáng)蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB)活性來促進(jìn)心血管形成過程，保護(hù)心臟細(xì)胞。Tijsen等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在心力衰竭患者體液中，多種miRNA的表達(dá)呈上升趨勢。經(jīng)過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，共有7種miRNA(miR34-b、miR-34-c、miR-199-b、miR-210、miR-650、miR-223和miR-423-6p)的表達(dá)量在患者血漿中上升，其中miR-423-5p對心力衰竭有較強(qiáng)的靈敏度，能夠達(dá)到診斷心力衰竭和非心力衰竭性呼吸困難的要求，證明其成為診斷心力衰竭新標(biāo)志物的可能。不僅如此，關(guān)于治療心力衰竭，也有大量研究提供相關(guān)線索。Montgommery等[12]研究發(fā)現(xiàn)對患有心力衰竭的小鼠采取基因敲除技術(shù)除去miR-208a后，可以調(diào)節(jié)人同源性MutY基因(MutY homologue,Myh)的表達(dá)水平，進(jìn)而減少伴隨心力衰竭的心肌重構(gòu)，增強(qiáng)心肌功能并為患者提供更多生存時間。

2.2外泌體miRNA與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是一種最為常見且重要的心血管系統(tǒng)疾病，全球范圍內(nèi)每年約有上千萬人死于該疾病。作為一種緩慢進(jìn)行性炎性疾病，動脈粥樣硬化早期并無明顯癥狀，特點(diǎn)是隨著時間的推移，病變從內(nèi)部開始，動脈壁變硬，脂質(zhì)聚集形成斑塊，并一直伴隨著某些炎癥反應(yīng)。隨著醫(yī)學(xué)研究技術(shù)的進(jìn)步，越來越多研究表明外泌體miRNA參與動脈粥樣硬化的發(fā)生，是主要的發(fā)病機(jī)制之一。膽固醇是目前動脈粥樣硬化斑塊核心的主要成分，這也使得它成分水平變化成為了動脈粥樣硬化形成的危險因素。Horie等[13]研究發(fā)現(xiàn)，miR-33的缺失會使巨噬細(xì)胞釋放大量膽固醇，抑制動脈粥樣硬化進(jìn)程。研究同時發(fā)現(xiàn)了，miR-122、miR-758和miR-299也可通過調(diào)控靶細(xì)胞基因，調(diào)節(jié)膽固醇代謝來影響動脈粥樣硬化的病理進(jìn)程。而在動脈粥樣硬化形成過程中，還可通過降低外泌體miR-150釋放量，控制巨噬細(xì)胞浸潤,來抑制動脈粥樣硬化[14]。Wei等[15]在研究中發(fā)現(xiàn)，患有動脈粥樣硬化的小鼠體內(nèi)，巨噬細(xì)胞會釋放更多攜帶miR-155的外泌體，抑制趨化性細(xì)胞因子表達(dá)，造成大量細(xì)胞聚集形成粥樣斑塊，加重動脈粥樣硬化的病理進(jìn)程。另有實驗證實，丹皮酚能夠減輕血管炎癥損傷并降低外泌體miR-223表達(dá)，同樣達(dá)到限制動脈粥樣硬化發(fā)展的結(jié)果。除此之外，受到外泌體miRNA調(diào)節(jié)的平滑肌細(xì)胞在動脈粥樣硬化中也有著至關(guān)重要的作用。無論是血小板釋放的富含miRNA-223的外泌體，還是巨噬細(xì)胞釋放的富含miRNA-222的外泌體，都可以進(jìn)入到平滑肌細(xì)胞中，通過相應(yīng)的信號通路，來影響細(xì)胞的增殖與遷移，最終達(dá)到影響動脈粥樣硬化斑塊成的目的。Balderman等[16]在實驗中發(fā)現(xiàn)，用骨形成蛋白2(Bone morphogenetic protein 2,BMP2)刺激冠狀動脈平滑肌后，Runx2的表達(dá)水平會有所提高，鈣進(jìn)化進(jìn)程中的轉(zhuǎn)錄因子Runx2，在正常的組織細(xì)胞中常常在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)保持平衡，但在BMP-2的刺激下，Runx2的表達(dá)水平激增。具體表現(xiàn)為BMP-2通過調(diào)節(jié)miR-30來調(diào)節(jié)Runx2表達(dá)水平使得血管鈣化程度加重。

2.3外泌體miRNA與心肌梗死 心肌梗死作為能引發(fā)心臟重塑及慢性心力衰竭的突發(fā)性心血管疾病，它的發(fā)病率常年高居不下[17]。有研究證實，心肌細(xì)胞所釋放的外泌體會根據(jù)細(xì)胞培養(yǎng)條件的改變發(fā)生變化，釋放的外泌體攜帶著的信號分子含量也會隨之顯著改變。外泌體miRNA通過調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞損傷和凋亡成為參與調(diào)控心肌梗死的關(guān)鍵成分，其中一些作為可能的新標(biāo)志物對心肌梗死的早期診斷和治療起到關(guān)鍵性作用[18]。具體研究數(shù)據(jù)表明，miR-1、miR-208、miR-499和miR-133等外泌體miRNA在心肌梗死的病理表現(xiàn)中具有高特異性，患者發(fā)病后心肌梗死區(qū)內(nèi)miR-1的表達(dá)水平會有所下降，同時伴有心肌梗死面積擴(kuò)大[19]。與此同時，患者血清和尿外泌體中miR-192表達(dá)水平會顯著升高，提供了miRNA作為心肌梗死預(yù)測因子的價值[20]，在心肌梗死早期診斷和預(yù)后方面的前景也尤為突出。在缺氧再灌注損傷的心肌細(xì)胞中，miR-324通過調(diào)節(jié)caspase-3和p-P38-MAPK的表達(dá)抑制心肌細(xì)胞的增殖，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時，通過上調(diào)可降低缺氧心肌細(xì)胞中腫瘤壞死因子-α、p-p65和p-IκBα的蛋白水平，最終miR-324/SOCS3可能通過調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子/核因子-κB信號通路改善心肌細(xì)胞缺氧再灌注損傷[21]。Li等[22]在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，心肌梗死患者病區(qū)的心肌細(xì)胞中，大量外泌體攜帶miR-17，通過影響金屬蛋白酶的活性表達(dá)，減小患者心肌梗死的病灶面積，增強(qiáng)心臟回復(fù)功能。同時，研究還提出了miR-17→TIMP1/2→MMP9的信號通路，其中治療靶點(diǎn)為miR-17。而Matsumoto等[6]研究發(fā)現(xiàn)，患者血清外泌體中發(fā)現(xiàn)的特異性miR-194、miR-34a和miR-192在病理過程中呈現(xiàn)增高趨勢，而且經(jīng)這3種外泌體miRNA預(yù)測的患者均在其后一年中再一次發(fā)生急性心肌梗死，提示了外泌體miRNA作為預(yù)后指標(biāo)的研究價值。

3 展望

目前已確認(rèn)的miRNA超千種，有三分之一參與人類基因調(diào)節(jié)，其中更有大量的miRNA參與調(diào)控蛋白靶基因。作為細(xì)胞之間傳遞信息，參與調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)進(jìn)而影響疾病進(jìn)程的新載體，外泌體miRNA作為可能的早期疾病診斷標(biāo)志物已經(jīng)通過研究獲得了廣泛認(rèn)可，被認(rèn)為擁有極好的應(yīng)用前景。隨著外泌體miRNA在心血管疾病過程中的表達(dá)水平到作用機(jī)制的深入研究，越來越多的研究人員還挖掘出了它在治療及預(yù)后方面的重要價值。但由于相關(guān)研究試驗中，組織來源、檢測方法、目標(biāo)人群的不同，研究結(jié)果也有所差異，同時特異性表達(dá)及靶向傳遞等問題也需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)手段解決，所以至今仍沒有公認(rèn)的研究證據(jù)可以證明外泌體miRNA在診斷治療及預(yù)后方面的作用能夠替代傳統(tǒng)標(biāo)記物。研究尚在起步階段，相信隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步及后續(xù)的深入研究，在心血管疾病方面，將有更多關(guān)于外泌體miRNA的應(yīng)用前景被提出和完善。