微小RNA對(duì)心臟衰老調(diào)控作用的研究進(jìn)展

王珊，潘慧，陳銘，鄭曉月，毛擁軍

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，山東 青島266000)

流行病統(tǒng)計(jì)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，至2050年，全球范圍內(nèi)≥65歲的老年人口將超過15億,占總?cè)丝诘?6%[1]。人口老齡化逐漸成為全球熱點(diǎn)問題，伴隨而來的是衰老相關(guān)疾病患病率的增加,給社會(huì)醫(yī)療體系造成負(fù)擔(dān)。年齡是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，同時(shí)，心血管疾病也是≥65歲老年人死亡的主要病因[2]。微小核糖核酸(microRNA，miRNA)的發(fā)現(xiàn)為心臟衰老提供了新的干預(yù)靶點(diǎn)。

1 心臟老化

隨著心肌細(xì)胞的衰老、凋亡及壞死，心肌干細(xì)胞儲(chǔ)備耗竭且缺乏增殖能力，導(dǎo)致心肌細(xì)胞數(shù)量隨年齡增長(zhǎng)而減少。細(xì)胞衰老被認(rèn)為是衰老過程的主要標(biāo)志，是心臟衰老過程的主要參與者。與衰老相關(guān)的心血管疾病(包括房顫，心力衰竭及高血壓等)的患病率也逐年增加[3]。心臟衰老特征表現(xiàn)為心肌肥厚、心肌纖維化和左心室舒張功能障礙。研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物心肌細(xì)胞衰老的主要機(jī)制包括氧化應(yīng)激、自噬和凋亡等[4]。了解相關(guān)的心血管衰老機(jī)制，miRNA是重要的研究方向之一。

2 miRNA結(jié)構(gòu)和功能

絕大多數(shù)的miRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄生成約300～1000 bp的初始轉(zhuǎn)錄本，在核糖核酸酶Ⅲ Drosha切割下生成約為100 bp的miRNA前體[5]。隨后由核孔轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將miRNA前體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中，在Diser酶作用下生成長(zhǎng)約20～25 bp的miRNA雙鏈[6]。雙鏈miRNA被降解成一條成熟鏈miRNA(引導(dǎo)鏈)和一條互補(bǔ)鏈miRNA?；パa(bǔ)鏈miRNA在胞質(zhì)中被Argonaute蛋白降解，引導(dǎo)鏈5′端不穩(wěn)定被結(jié)合在RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物上，從而影響靶基因信使核糖核酸(messenger RNA，mRNA)的表達(dá)[7]。miRNA進(jìn)化過程高度保守，在細(xì)胞增殖、分化、新陳代謝、凋亡、發(fā)育和衰老以及許多衰老相關(guān)疾病(如心血管疾病、癌癥和神經(jīng)退行性疾病)的病理生理中也發(fā)揮重要作用[8]。Kinser等[9]在秀麗線蟲和果蠅中發(fā)現(xiàn)可延長(zhǎng)壽命的miRNA包括LIN-4和LET-7。Du等[10]在哺乳動(dòng)物的研究中也發(fā)現(xiàn)了可調(diào)節(jié)壽命的miRNA，如miR-17。

3 miRNA對(duì)心臟衰老特征表現(xiàn)的作用

3.1 miRNA和心肌肥厚

心肌肥厚是心臟衰老的標(biāo)志，是一種有力的代償形式，但其并不是無限度的，若疾病不斷進(jìn)展，最終仍會(huì)導(dǎo)致心力衰竭[11]。隨年齡的增長(zhǎng)，鈣調(diào)節(jié)功能受損，導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加及心肌細(xì)胞死亡數(shù)量增加。心肌細(xì)胞數(shù)量減少，剩余細(xì)胞代償性肥大，從而導(dǎo)致心肌增厚。有研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)信號(hào)通路的失調(diào)與心肌肥厚和衰老有關(guān)[12]。miR-1可通過直接靶向IGF-1，間接抑制IGF/磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路來調(diào)控心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展[13]。在心肌肥厚模型中發(fā)現(xiàn)miR-378表達(dá)降低，但體外過表達(dá)miR-378，可阻止心肌肥厚的發(fā)展[14]。miR-29可通過調(diào)控IGF-1來促進(jìn)心肌肥厚的發(fā)展。miR-27b以過氧化物酶體增殖物激活受體γ為靶點(diǎn)調(diào)控心肌肥厚[15]。miR-23a、miR-212和miR-132以具有逆轉(zhuǎn)或抑制心肌肥厚作用的叉形頭轉(zhuǎn)錄因子O3 (forkhead box O3，F(xiàn)OXO3)為靶點(diǎn)參與心肌肥厚的發(fā)展[16]。

3.2 miRNA和心肌纖維化

心臟老化的特征之一為細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)蛋白、血小板反應(yīng)素-2、纖維連接蛋白和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor, CTGF)表達(dá)增加，從而促進(jìn)心肌纖維化。ECM主要由成纖維細(xì)胞分泌，而成纖維細(xì)胞在衰老過程中通過轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)分化為肌成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致基質(zhì)過度堆積,促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生。miR-21通過激活絲裂原活化蛋白激酶通路而促進(jìn)心肌纖維化。miR-22/29/30/133與心肌纖維化有關(guān)。其中，miR-29/30富集于心肌成纖維細(xì)胞，miR-133特異性表達(dá)于心肌細(xì)胞，而在纖維化的心臟中發(fā)現(xiàn)這3種miRNAs表達(dá)均下調(diào)[17]。miR-30/133直接靶向CTGF，通過減少膠原的產(chǎn)生發(fā)揮其抗纖維化的作用[18]。miR-19a、miR-19b靶向TGF-β的負(fù)調(diào)節(jié)因子TGF-βR2，延緩心肌纖維化和心臟重塑。miR-34a與心臟老化和心肌纖維化的形成有關(guān)，可促進(jìn)TGF-β誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞活化，促進(jìn)心肌纖維化。miR-15家族可靶向TGF-βR1從而抑制TGF-β活性，延緩心肌纖維化的發(fā)生[19]。miR-7a/b抑制TGF-β和絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路，降低Ⅰ型膠原的表達(dá)，抑制成纖維細(xì)胞的增殖和遷移，繼而發(fā)揮抗纖維化作用。

3.3 miRNA和左心室舒張功能障礙

心臟衰老的顯著特征是左心室舒張功能減退。隨年齡增長(zhǎng)而出現(xiàn)的心室舒張功能障礙可能與肌節(jié)蛋白磷酸化降低有關(guān)，而環(huán)磷酸鳥苷/蛋白激酶G信號(hào)通路可調(diào)控肌節(jié)蛋白磷酸化過程[20]。miR-181b已被證明可通過調(diào)節(jié)蛋白激酶G mRNA的表達(dá)，調(diào)控左心室舒張功能。衰老小鼠心臟肌漿網(wǎng)/肌漿網(wǎng)膜Ca2+- 三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)表達(dá)減少，導(dǎo)致Ca2+循環(huán)受損從而加速左心室舒張功能障礙。miR-22可調(diào)節(jié)心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶的活性，通過調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)鈣再攝取功能，進(jìn)一步調(diào)控左心室舒張功能[21]。miR-25可抑制心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶的活性，使鈣循環(huán)受損最終導(dǎo)致左心室舒張功能障礙[22]。

4 miRNA和心臟衰老機(jī)制

4.1 miRNA和氧化應(yīng)激

隨著年齡的增長(zhǎng)，心肌細(xì)胞線粒體功能衰退，產(chǎn)生大量活性氧。而此時(shí)機(jī)體清除能力下降，不斷生成的活性氧會(huì)修飾和干涉細(xì)胞DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，從而引起細(xì)胞的氧化損傷，導(dǎo)致細(xì)胞氧化和抗氧化功能失衡，發(fā)生氧化應(yīng)激，造成細(xì)胞衰老和組織損傷。此外，活性氧會(huì)破壞線粒體完整性，從而造成氧化應(yīng)激進(jìn)一步加劇的惡性循環(huán)。miR-34a、146a 和181a會(huì)促進(jìn)線粒體衰老[23,24]。在過氧化氫誘導(dǎo)的大鼠血管平滑肌細(xì)胞老化模型中，發(fā)現(xiàn)miR-21可通過其靶基因死亡程序4(programmed cell death 4，PDCD4)及下游活化蛋白-1調(diào)節(jié)，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷[25]。miR-145通過靶向B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)蛋白家族成員B細(xì)胞淋巴瘤-2相互作用蛋白 3，減少活性氧的產(chǎn)生，保護(hù)心肌細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷[26]。miR-210可促進(jìn)氧化應(yīng)激的發(fā)生[27]。

4.2 miRNA和自噬

維持細(xì)胞正常功能運(yùn)行依賴于蛋白質(zhì)組的更新和維護(hù)。自噬主要是清除受損蛋白質(zhì)、異常細(xì)胞器和不溶性蛋白質(zhì)包涵體，自噬減少是心臟衰老的重要機(jī)制之一。研究發(fā)現(xiàn)，miR-22在衰老心肌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，抑制miR-22的表達(dá)可激活自噬的發(fā)生[28]。miR-30a通過抑制自噬基因Beclin1的表達(dá)抑制自噬信號(hào)通路，降低自噬活性[29]。miR-20a和miR-106b可抑制unc-51樣自噬激活激酶1復(fù)合物而啟動(dòng)自噬[30]。自噬的其他負(fù)調(diào)控因子包括miR-101、miR-199a、miR-221、miR-222和miR-374a。 miR-210、miR-486-5P、miR494和miR-542-5P等可通過mTOR依賴機(jī)制調(diào)節(jié)自噬[31-33]。

4.3 miRNA和細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡即細(xì)胞程序性死亡，是細(xì)胞被誘導(dǎo)激活后主動(dòng)發(fā)生的自毀反應(yīng)。凋亡是衰老心肌細(xì)胞的基本特征，在心臟衰老過程中起重要作用。miR-17-3p通過靶向促凋亡基因前列腺凋亡反應(yīng)因子-4降低了該基因的表達(dá)，發(fā)揮抗衰老作用[34]。miR-15和miR-29被發(fā)現(xiàn)可通過直接抑制抗凋亡基因Bcl-2調(diào)節(jié)凋亡通路。有研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-155后可減少心肌細(xì)胞凋亡并保護(hù)心臟功能[35]。miR-1、miR-100和miR-132可直接或間接抑制Bcl-2的表達(dá)，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡[36]。miR-21可通過靶向PDCD4發(fā)揮抗凋亡作用。此外，miR-24和miR-93可靶向磷酸酯酶抑制基因發(fā)揮抗凋亡作用。

5 miRNA和衰老相關(guān)的心血管疾病

5.1 miRNA和房顫

房顫是最常見的心臟傳導(dǎo)障礙疾病，其患病率與年齡有關(guān)。中國(guó)房顫流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，<60歲的男性和女性房顫患病率分別為0.43%和0.44%，而≥60歲的男性和女性房顫患病率分別為1.83%和1.92%。miRNA已被證明在房顫的發(fā)生和維持中發(fā)揮重要的作用。心房電生理重構(gòu)主要由離子通道表達(dá)和活性的改變及離子電流變化引起。最常見的改變包括內(nèi)向整流鉀電流的增加和內(nèi)向L型鈣電流的減少。研究發(fā)現(xiàn)，在房顫患者中，miR-26表達(dá)下降導(dǎo)致患者IK1表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)房顫的發(fā)作和維持[37]。miR-29、miR-133和miR-590與TGF-β通路有關(guān)，在房顫患者中表達(dá)下調(diào)，增加了心房膠原蛋白生成，從而維持房顫發(fā)生[38]。心臟特異性表達(dá)的miR-328與房顫易感性有關(guān)，其表達(dá)上調(diào)可增加小鼠對(duì)房顫的易感性。

5.2 miRNA和心力衰竭

心力衰竭是一種與年齡相關(guān)的疾病，以心臟收縮力下降、心臟重塑和多種神經(jīng)激素機(jī)制激活為特征。心力衰竭的患病率隨著年齡的增長(zhǎng)而上升，<55歲的人群患病率僅為4%，而>75歲的人群患病率達(dá)20%。有研究發(fā)現(xiàn),與健康人相比，心力衰竭患者miR-18a-5p、miR-26b-5p、miR-27a-5p、miR-27a-3p、miR-30e-5p、miR-106a-5p、miR-199a-3p、miR-652-3p和miR-199a-3表達(dá)降低。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-126和miR-508-5p可預(yù)測(cè)心力衰竭患者的心血管死亡率[39]。Jin等[5]的微陣列研究結(jié)果顯示，miR-1、miR-29、miR-30和miR-133在心力衰竭患者中表達(dá)下調(diào)，而miR-21、miR-23、miR-27、miR-125、miR-132、miR-146、miR-195、miR-214、miR-223和miR-342的表達(dá)上調(diào)。Rab1a基因是心肌肥厚的正性調(diào)控因子，可誘導(dǎo)心力衰竭的發(fā)生。miR-101過表達(dá)可降低其靶基因Rab1a的表達(dá)，從而延緩心力衰竭的發(fā)生[40]。

5.3 miRNA和高血壓

高血壓是老年人群中常見的疾病之一，患病的風(fēng)險(xiǎn)隨年齡的增長(zhǎng)而增加。我國(guó)≥65歲的老年群體高血壓患病率高達(dá)50%，≥80歲的老年群體患病率>90%。高血壓的發(fā)病機(jī)制較復(fù)雜，包括內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞功能障礙，氧化應(yīng)激和炎癥增強(qiáng)以及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)激活[41]。miR-155和miR-221/222通過抑制血管炎癥和氧化應(yīng)激改善內(nèi)皮細(xì)胞功能，延緩高血壓的發(fā)生。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)可催化血管緊張素Ⅰ(angiotensin Ⅰ，AngⅠ)水解成AngⅡ，從而促進(jìn)血管收縮，使血壓升高。ACE被發(fā)現(xiàn)是miR-143/145的靶基因，二者呈負(fù)相關(guān)[42]。miR-143/145表達(dá)降低會(huì)使ACE表達(dá)增加，從而導(dǎo)致血壓升高。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-92a、miR-130a、 miR-155和miR-195的表達(dá)與高血壓有關(guān)[43]。在AngⅡ誘導(dǎo)的高血壓患者中發(fā)現(xiàn)，miR-29b可通過抑制TGF-β/Smad3信號(hào)通路，逆轉(zhuǎn)血管重構(gòu)，延緩高血壓的發(fā)生。

6 小結(jié)和展望

心臟衰老是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，明確miRNA對(duì)心臟衰老的特征表現(xiàn)和分子機(jī)制的影響，以及miRNA在衰老相關(guān)心血管疾病中的調(diào)控作用，有利于臨床制定與衰老相關(guān)的心血管疾病的防治策略。miRNA介導(dǎo)基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)非常重要的作用是，單個(gè)miRNA可以同時(shí)調(diào)控多個(gè)靶基因，從而參與多條生理通路的復(fù)雜調(diào)控。因此，在衰老過程中找到時(shí)間和空間上的差異靶點(diǎn)，對(duì)于了解心臟衰老的微調(diào)至關(guān)重要。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)干預(yù)特定的miRNA(如miR-34a)可能有利于延緩心臟衰老。全面了解心臟老化過程，通過多靶基因在健康和疾病中的時(shí)空調(diào)控機(jī)制，了解其精確的生理作用，對(duì)于促進(jìn)老年人群新型治療干預(yù)措施的開發(fā)具有重要意義。