miR-21在心血管疾病中作用的研究進(jìn)展

馬明仁，焦丕奇，王 菲，劉 燕，宋 佳，弓 宵，馬 凌 解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九四〇醫(yī)院 心血管內(nèi)科，甘肅蘭州 730050； 西北民族大學(xué) 醫(yī)學(xué)部，甘肅蘭州 730000

全球每年因心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)死亡的人數(shù)約占疾病死亡總數(shù)的31.5%，約是癌癥死亡人數(shù)的2倍[1]。CVD已成為嚴(yán)重影響公共衛(wèi)生的重要問(wèn)題[2]。常見(jiàn)CVD主要包括急性心肌梗死 (acute myocardial infarction，AMI)、擴(kuò)張性心肌病 (dilated cardiomyopathy，DCM)、心力衰竭 (heart failure，HF)、肺動(dòng)脈高壓 (pulmonary arterial hypertension，PAH) 和心房顫動(dòng) (atrial fibrillation，AF)等[3]。近年來(lái)CVD的發(fā)病率雖然得到了一定控制，但仍需全面闡明發(fā)病機(jī)制以制訂更加簡(jiǎn)捷、快速、有效的防控和診療措施。微RNA(miRNA/miR)是進(jìn)化上保守的一類(lèi)長(zhǎng)度為18～25個(gè)核苷酸的非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)，其中miR-21是較早發(fā)現(xiàn)且被廣泛關(guān)注的miRNA之一[4]。大量研究佐證了miR-21與CVD密切相關(guān)，但其復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未闡明，極大地限制miR-21在臨床上推廣應(yīng)用。鑒于此，本文聚焦miR-21與CVD的相關(guān)性，梳理匯總當(dāng)前研究進(jìn)展，以期為miR-21在CVD中的相關(guān)研究和臨床應(yīng)用提供新思路。

1 miR-21概述

miR-21編碼基因定位于染色體17q23.2區(qū)域的空泡膜蛋白1基因座內(nèi)[5]，具有5'-UAG CUUAUCAGACUGAU-3'保守序列，是長(zhǎng)度為22個(gè)核苷酸的ncRNA。miR-21序列中鑒定出了保守增強(qiáng)子元件，包括激活蛋白1、Ets家族轉(zhuǎn)錄因子PU.1、CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白-α、核因子I、血清反應(yīng)元件、p53、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3。miR-21是機(jī)體表達(dá)最豐富的miRNA，在大多數(shù)細(xì)胞中存在， 在CVD、腫瘤和炎癥誘導(dǎo)疾病中均能觀察到miR-21表達(dá)變化，也有研究證實(shí)miR-21參與調(diào)節(jié)各種免疫、發(fā)育和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)展[6]。細(xì)胞特異性研究表明miR-21在巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞中表達(dá)水平最高[7]，miR-21在所有心血管細(xì)胞中均有分布，在心肌成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblast，CF)中的表達(dá)水平明顯高于心肌細(xì)胞[8]。miR-21的分布特性使其容易在血漿、血清等體液中被鑒定，因此也成為CVD特異性診療靶點(diǎn)最佳研究對(duì)象。

2 miR-21與心肌細(xì)胞凋亡

心肌細(xì)胞為了更好地適應(yīng)環(huán)境會(huì)啟動(dòng)自身程序性細(xì)胞凋亡，這種凋亡受到機(jī)體的嚴(yán)密監(jiān)控，miRNA在其中扮演重要的“監(jiān)控”職責(zé)。miR-21作為心肌細(xì)胞豐富表達(dá)的miRNA，在抑制心肌細(xì)胞凋亡中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。早期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明大鼠心肌梗死 (myocardial infarction，MI)區(qū)域與梗死邊緣區(qū)域miR-21差異表達(dá)，上調(diào)miR-21表達(dá)后MI面積減少29%，表明miR-21對(duì)心肌細(xì)胞具有抗凋亡和修復(fù)作用[9]。Song等[10]同樣驗(yàn)證了miR-21在MI中抑制心肌細(xì)胞凋亡、改善心臟功能的關(guān)鍵調(diào)控作用。心肌細(xì)胞對(duì)缺氧極為敏感，miRNA測(cè)序研究缺氧應(yīng)激對(duì)大鼠心肌細(xì)胞(H9C2)及其相應(yīng)外泌體的影響發(fā)現(xiàn)，低氧誘導(dǎo)的外泌體miRNA (包括 miR-21-5p、miR-378-3p、miR-152-3p和let-7i-5p)具有潛在抗心肌細(xì)胞凋亡作用[11]。Gu等[12]研究證實(shí)血清來(lái)源的細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicle，EV)顯著減少AMI細(xì)胞模型和AMI小鼠模型的心肌細(xì)胞凋亡，并減輕AMI小鼠心臟梗死面積，AMI后小鼠心臟中miR-21表達(dá)與血清EV呈負(fù)相關(guān)，miR-21可降低血清EV抑制心肌細(xì)胞凋亡的作用，血清EV通過(guò)調(diào)節(jié)miR-21/PDCD4信號(hào)通路保護(hù)AMI。Hinkel等[13]在豬的MI和HF模型中發(fā)現(xiàn)miR-21在左心室心肌的遠(yuǎn)端和邊緣區(qū)逐漸上調(diào)，這與miR-21發(fā)揮抗心肌細(xì)胞凋亡作用密切相關(guān)。Zhang等[14]探討了miR-21介導(dǎo)的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 1(fibroblast growth factor 1，F(xiàn)GF1)對(duì)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心肌病(coronary atherosclerotic heart disease，CHD)大鼠心肌缺血的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)miR-21可特異性介導(dǎo)FGF1表達(dá)，從而減輕心肌缺血/再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)損傷，發(fā)揮抗心肌細(xì)胞凋亡和保護(hù)心臟的功能。大量研究已證實(shí)紅景天苷對(duì)心肌損傷、心肌缺氧和I/R損傷具有保護(hù)作用，Liu等[15]研究數(shù)據(jù)表明紅景天苷預(yù)處理逆轉(zhuǎn)了缺氧/復(fù)氧(hypoxia/reoxygenation，H/R)誘導(dǎo)的miR-21下調(diào)，減弱心肌細(xì)胞毒性和凋亡，抑制了心肌I/R損傷，miR-21有助于紅景天苷對(duì)H9C2細(xì)胞中H/R誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的保護(hù)作用。Huang等[16]也驗(yàn)證了在H/R損傷期間H9C2細(xì)胞中miR-21表達(dá)下調(diào)自噬顯著增加，miR-21及其前體的過(guò)表達(dá)可通過(guò)激活A(yù)KT/mTOR通路，抑制自噬活性并減少細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)miR-21在缺血后處理(ischemic postconditioning，IPost)小鼠心臟中顯著上調(diào)，IPost可以減少I(mǎi)/R損傷引起的左心室梗死面積，改善心臟功能，抑制心肌細(xì)胞凋亡，敲低miR-21可以逆轉(zhuǎn)IPost對(duì)小鼠I/R損傷的保護(hù)，miR-21通過(guò)PTEN/Akt信號(hào)通路在心肌細(xì)胞凋亡中發(fā)揮保護(hù)作用[17]。轉(zhuǎn)染miR-21模擬短發(fā)夾RNA(short hairpin RNA，shRNA)的人心肌細(xì)胞凋亡率明顯下降，這與下調(diào)p-JNK、p-p38 MARK和Caspase-3的蛋白表達(dá)有關(guān)，表明miR-21通過(guò)激活JNK/p-38 MARK/Caspase-3信號(hào)通路抑制腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的凋亡[18]。

3 miR-21與CVD相關(guān)脂類(lèi)代謝

脂質(zhì)代謝紊亂是CVD的重要風(fēng)險(xiǎn)因素之一，已證實(shí)miRNA能夠在多個(gè)器官中調(diào)節(jié)脂類(lèi)代謝，改變機(jī)體低密度脂蛋白 (low density lipoprotein，LDL)和 高 密度 脂蛋白 (high density lipoprotein，HDL)的含量從而參與CVD進(jìn)程，是脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子。心血管相關(guān)病變是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD) 患者死亡的主要原因，Surina等[19]描述了5/6腎切除大鼠CKD模型的左心室病理學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)miR-21-5p在左心室表達(dá)上調(diào)，并證實(shí)miR-21-5p通過(guò)靶向PPARα改變?cè)S多與脂肪酸氧化和糖酵解相關(guān)的轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)，在H9C2細(xì)胞中進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-21-5p的過(guò)表達(dá)減弱了H9C2細(xì)胞中的脂質(zhì)含量和脂質(zhì)過(guò)氧化，對(duì)糖酵解和脂肪酸氧化途徑的依賴(lài)可通過(guò)細(xì)胞內(nèi)miR-21-5p的豐度來(lái)調(diào)節(jié)。長(zhǎng)鏈非編碼 RNA(long noncoding RNA，LncRNA)GAS5 及其靶miR-21調(diào)節(jié)血脂、巨噬細(xì)胞、Th細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞，參與動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis ，AS)及相關(guān)CHD發(fā)生發(fā)展，Jiang和Du[20]進(jìn)一步探討其循環(huán)表達(dá)與CHD患者常見(jiàn)生化指標(biāo)、狹窄嚴(yán)重程度、細(xì)胞因子的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)Lnc-GAS5與CHD患者的miR-21水平呈負(fù)相關(guān)，循環(huán)中的Lnc-GAS5及其靶miR-21有望作為治療CHD潛在靶點(diǎn)。氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮損傷、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)在AS的病理生理中起著至關(guān)重要的作用。miR-21可介導(dǎo)CASC7許多病理生理機(jī)制，Pei等[21]采用ox-LDL刺激HUVEC和VSMC來(lái)建立AS體外模型檢測(cè)CASC7水平，分析CASC7/miR-21軸中 TLR4/NF-κB 和 PI3K/AKT 通路的潛在功能，結(jié)果表明LncRNA-CASC7通過(guò)抑制miR-21表達(dá)，調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB和PI3K/AKT信號(hào)通路，影響ox-LDL誘導(dǎo)的AS細(xì)胞模型病理進(jìn)展。Feng等[22]也證實(shí)不同劑量和次數(shù)的脂多糖刺激巨噬細(xì)胞后，miR-21通過(guò)TLR4-NF-κB途徑負(fù)調(diào)節(jié)脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞脂質(zhì)積累和炎癥反應(yīng)，表明過(guò)表達(dá)miR-21可作為預(yù)防和治療AS疾病新方案。諸多研究證據(jù)表明miR-21與脂類(lèi)代謝密切相關(guān)，而脂類(lèi)代謝異常又是CVD重要危險(xiǎn)因素，尤其是在CHD病理進(jìn)程中。因此，闡明miR-21與CVD相關(guān)脂類(lèi)代謝機(jī)制或許會(huì)為CVD診療提供更多可行方案。

4 miR-21與心肌纖維化

心肌纖維化是心臟重塑中的重要事件，包括成纖維細(xì)胞激活和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)過(guò)度產(chǎn)生[23]，CF向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化是纖維化的關(guān)鍵機(jī)制。ECM由多種結(jié)構(gòu)蛋白、基質(zhì)細(xì)胞分子、蛋白聚糖、乙酰透明質(zhì)酸以及各種糖蛋白組成，它們相互協(xié)作和連接以產(chǎn)生生物活性聚合物。研究表明ncRNA(miR-19、miR-21、miR-26、miR-29、miR-30、miR-133、miR-140等)在與 ECM破壞或分解相關(guān)的疾病(如心/肺纖維化、心肌病、骨關(guān)節(jié)病和癌癥等)中表達(dá)失調(diào)，ncRNA在調(diào)節(jié)ECM構(gòu)象、改變位于該環(huán)境中細(xì)胞表型方面發(fā)揮重要調(diào)控作用[24]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)誘導(dǎo) miR-21 表達(dá)，TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的SMAD效應(yīng)子與DROSHA相互作用以促進(jìn)初級(jí)miR-21加工成前體miR-21(pre-miR-21)，TGF-β/Smad2/3依賴(lài)或非依賴(lài)性通路是心肌纖維化發(fā)病機(jī)制中的主要信號(hào)分子核心[25]。Yuan等[26]發(fā)現(xiàn)miR-21在體內(nèi)MI后梗死區(qū)表達(dá)上調(diào)，生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)印跡分析和熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)表明Smad7是miR-21直接靶標(biāo)，miR-21過(guò)表達(dá)促進(jìn)了TGF-β1誘導(dǎo)的CF激活，miR-21通過(guò) TGF-β/ Smad7 信號(hào)通路在 MI后 CF 激活和心臟纖維化過(guò)程中起關(guān)鍵作用。另一項(xiàng)研究也表明miR-21通過(guò)靶向Jagged1和SMAD7介導(dǎo)TGF-β引起的成纖維細(xì)胞活化。心臟巨噬細(xì)胞(cardiac macrophage，cMP)是心肌穩(wěn)態(tài)和疾病的重要調(diào)節(jié)因子，RNA測(cè)序顯示miR-21是cMP中表達(dá)最高的miRNA。Ramanujam等[27]探討巨噬細(xì)胞miR-21在心肌穩(wěn)態(tài)和疾病相關(guān)重塑中的功能，發(fā)現(xiàn)cMP在壓力超負(fù)荷的心臟纖維化和功能障礙中起重要作用，并揭示巨噬細(xì)胞miR-21是cMP促纖維化作用的關(guān)鍵分子。心臟纖維化是糖尿病性心肌病的主要特征之一，表現(xiàn)為心臟細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的過(guò)度積累。miR-21、miR-150-5p、miR-155、miR-451等在糖尿病患者心臟中上調(diào)，并通過(guò)靶向CF、內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞中的信號(hào)通路促進(jìn)心臟纖維化[28]。心肌纖維化是CVD發(fā)生發(fā)展的主要病理表現(xiàn)，miR-21在其中發(fā)揮的重要調(diào)控作用毋庸置疑，其表達(dá)水平與組織纖維化程度密切相關(guān)，雖然miR-21在細(xì)胞研究模型中被證實(shí)具有促纖維化作用，但能否將其作為診療心肌纖維化相關(guān)疾病的特異性靶點(diǎn)有待更多研究佐證。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以心肌細(xì)胞凋亡、脂類(lèi)代謝異常、心肌纖維化為切入點(diǎn)總結(jié)了miR-21與CVD的最新研究進(jìn)展。miR-21在CVD中發(fā)揮的關(guān)鍵調(diào)控作用已有大量研究報(bào)道(表1)，通過(guò)文獻(xiàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前對(duì)于miR-21在CVD中的相關(guān)研究大多停留在生物信息預(yù)測(cè)、細(xì)胞和動(dòng)物模型驗(yàn)證水平，尚未全面系統(tǒng)反映miR-21在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮的整體調(diào)控作用，限制了其在臨床上的推廣應(yīng)用。心肌細(xì)胞內(nèi)部凋亡信號(hào)通路的復(fù)雜性使得miR-21在調(diào)控心肌細(xì)胞凋亡方面存在差異性。已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)miR-21在心肌細(xì)胞中起到抗凋亡作用，而在另外一些細(xì)胞類(lèi)型中發(fā)揮促凋亡作用，對(duì)此現(xiàn)象合理的解釋是miR-21具有多個(gè)靶基因，靶基因也同時(shí)受到多個(gè)miRNA調(diào)控，miR-21在心肌細(xì)胞凋亡中只是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制尚未闡明。miR-21是協(xié)同指數(shù)最高的miRNA，其在高協(xié)同miRNA對(duì)中頻繁出現(xiàn)，如miR-21與miR-1協(xié)同在抗心肌細(xì)胞凋亡方面作用顯著，miR-21與miR-146協(xié)同調(diào)節(jié)p38-Caspase3信號(hào)通路發(fā)揮抗心肌細(xì)胞凋亡作用[40]。miR-21在脂類(lèi)代謝異常中發(fā)揮的關(guān)鍵調(diào)控作用已被證實(shí)，也有研究報(bào)道m(xù)iR-21抑制冠心病炎癥過(guò)程的同時(shí)參與冠狀動(dòng)脈斑塊形成，導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定性增加，miR-21參與CVD調(diào)控具有復(fù)雜性和兩面性。miR-21無(wú)疑是心肌纖維化領(lǐng)域的明星分子，但當(dāng)前研究主要集中于miR-21對(duì)心肌纖維化病理性進(jìn)程調(diào)控，而忽略了miR-21如何調(diào)節(jié)CF的生理功能，今后有待深入研究以更加系統(tǒng)地闡明miR-21調(diào)控心肌纖維化機(jī)制。

表1 miR-21在CVD中的靶點(diǎn)、表達(dá)、作用和信號(hào)通路Tab.1 The target, expression, role and signaling pathway of miR-21 in CVD

miR-21在CVD事件發(fā)生、發(fā)展中的關(guān)鍵調(diào)控作用已有大量研究證據(jù)佐證，但應(yīng)用在臨床還存在諸多問(wèn)題，例如miR-21是組織高表達(dá)的miRNAs，其作為CVD生物標(biāo)志物的特異性如何？實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化用于治療CVD，miR-21在體內(nèi)安全性如何評(píng)價(jià)，是否會(huì)產(chǎn)生毒性不良反應(yīng)仍然未知。此外，miR-21在CVD相關(guān)疾病中往往會(huì)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化表達(dá)，不同病理時(shí)期其表達(dá)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，對(duì)于此變化臨床應(yīng)用后該如何監(jiān)測(cè)[41]？這些問(wèn)題有待于深入開(kāi)展臨床研究以逐步解決。