miR-21與心血管疾病的研究進(jìn)展

陳融融，李彥紅

微小RNA(miRNA)是一類長度約為22個核糖核苷酸的內(nèi)源單鏈非編碼小分子RNA[1]，大量miRNA已被確定為心血管疾病的重要調(diào)節(jié)因子，其通過炎癥、心肌細(xì)胞凋亡、心肌纖維化、心肌肥厚、血管生成、電重構(gòu)等參與心血管疾病發(fā)生、發(fā)展。微小RNA-21(miR-21)是近年來研究較為深入的miRNA，本研究對miR-21與心血管疾病的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

人miR-21基因位于17號染色體q23.2區(qū)域，位于跨膜蛋白49(TMEM49)基因的第10個內(nèi)含子區(qū)域，首先合成60～70個核苷酸的發(fā)夾結(jié)構(gòu)前體miR-21，并將其輸出到細(xì)胞質(zhì)中，在細(xì)胞質(zhì)中被RNAse Ⅲ切割為成熟的雙鏈miRNA。兩條鏈中的一條，乘客鏈(也稱為miR＊，miR-21-3p)被釋放和降解；另一條具有5′末端的不穩(wěn)定鏈從雙鏈體上剝離并轉(zhuǎn)移到 Ago蛋白，成為引導(dǎo)鏈(也稱為miR，miR-21-5p)，研究顯示，miR-21的兩條鏈均參與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展[2-3]。

1 miR-21與冠心病

Kumar等[4]研究發(fā)現(xiàn)，與冠狀動脈正常者相比，急性冠脈綜合征病人及穩(wěn)定型心絞痛病人(冠狀動脈狹窄程度>70%)血漿miR-21分別上調(diào)2.46倍和1.90倍，冠狀動脈粥樣硬化病人(冠狀動脈狹窄程度在50%～69%)血漿miR-21上調(diào)1.12倍，提出miR-21可能是預(yù)測冠心病早期的生物標(biāo)志物。miR-21通過抑制心肌細(xì)胞凋亡、抑制炎癥及導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定等機(jī)制參與冠心病的發(fā)展過程。Hinkel等[5]在豬的左前降支阻斷發(fā)生心肌梗死(MI)及心力衰竭(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抗心肌細(xì)胞凋亡作用相關(guān)。已有研究證實，miR-21通過調(diào)節(jié)磷酸酶及張力蛋白同源基因(PTEN)/ 蛋白激酶B (Akt)/ B淋巴細(xì)胞瘤-2(Bcl-2)信號通路抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)的表達(dá)，減少心肌梗死后的心肌細(xì)胞凋亡，抑制靶基因程序性細(xì)胞死亡因子4(PDCD4)，保護(hù)心肌細(xì)胞免受過氧化氫(H2O2)誘導(dǎo)的心肌損傷。miR-21作為有抗炎作用的miRNA，可通過抑制促炎的核因子-κB(NF-κB)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，激活抗炎的白細(xì)胞介素-10(IL-10)，抑制冠心病血管炎癥過程。Yang等[6]發(fā)現(xiàn)在結(jié)扎冠狀動脈左前降支建立的心肌梗死模型早期炎癥階段，miR-21在心肌梗死邊緣和梗死區(qū)的表達(dá)明顯增加，miR-21可能通過靶向BTB結(jié)構(gòu)域7蛋白(KBTBD7)和抑制p38和NF-κB信號活化，減輕心肌梗死后炎癥、心功能障礙和不良重構(gòu)。Danaii等[7]發(fā)現(xiàn)冠狀動脈慢血流病人外周血單核細(xì)胞中抗炎因子miR-21降低。以上描述為miR-21在冠心病中的有利作用，也有大量研究描述了miR-21在冠心病中的不利作用。Gao等[8]研究發(fā)現(xiàn)，與ApoE小鼠相比，miR-21ApoE(雙基因敲除，DKO)小鼠動脈粥樣硬化病變較少，巨噬細(xì)胞減少，miR-21缺乏通過靶向抑制雙特異性蛋白磷酸酶8減弱動脈粥樣硬化形成和減少巨噬細(xì)胞浸潤。He等[9]研究發(fā)現(xiàn)，miR-21與最大脂質(zhì)池核心面積、病變血管數(shù)、巨噬細(xì)胞數(shù)、易損斑塊數(shù)呈高度正相關(guān)，與纖維帽厚度呈負(fù)相關(guān)，血漿miR-21的表達(dá)水平越高，纖維帽的厚度越薄，最大脂質(zhì)池的核心面積越大，纖維帽周圍的巨噬細(xì)胞數(shù)量越多，斑塊越不穩(wěn)定。Darabi等[10]研究發(fā)現(xiàn)，miR-21通過抑制靶基因反轉(zhuǎn)錄富含半胱氨酸蛋白(RECK)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)，在斑塊不穩(wěn)定中起作用。支架再狹窄(ISR)病人血漿miR-21水平明顯高于非ISR病人和健康病人，且彌漫性ISR病人血漿miR-21水平明顯高于局灶性ISR病人。

總之，miR-21可抑制心肌細(xì)胞凋亡，減小心肌梗死面積，抑制冠心病炎癥過程；同時參與冠狀動脈斑塊形成，導(dǎo)致冠狀動脈斑塊不穩(wěn)定及心肌梗死后的不良心肌重構(gòu)。

2 miR-21與高血壓

miR-21在高血壓病人血漿及組織中表達(dá)水平的高低及參與的病理過程有較多的爭議。Shi等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與正常大鼠相比，自發(fā)性高血壓大鼠心肌組織中miR-21表達(dá)水平明顯升高，且與舒張壓成正比，miR-21通過PTEN/磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路參與高血壓大鼠心肌組織損傷、炎癥浸潤等過程。Yildirim等[12]研究發(fā)現(xiàn)，與正常組相比，高血壓病人血漿miR-21明顯升高，且與收縮壓、舒張壓、頸總動脈內(nèi)膜厚度(CIMT)、微量白蛋白尿(MAU)有關(guān)，伴有無癥狀器官損害病人的循環(huán)miR-21水平高于不伴無癥狀器官損害病人。Cengiz等[13]研究發(fā)現(xiàn)，與健康組相比，高血壓亞臨床頸動脈粥樣硬化病人血漿miR-21表達(dá)增加，提出miR-21可能參與了高血壓病人動脈粥樣硬化過程的早期階段。Watanabe等[14]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，已發(fā)生心臟肥大及纖維化的高血壓病人循環(huán)及心臟組織中miR-21均明顯升高，循環(huán)miR-21與纖維化標(biāo)志物Ⅰ型膠原羧基末端肽(ⅠCTP)、Ⅲ型前膠原氨基端肽(PⅢNP)呈正相關(guān)，PⅢNP被認(rèn)為是Ⅲ型膠原合成的間接標(biāo)志[15]，在血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)或橫向主動脈縮窄(TAC)方法制造的小鼠心臟重構(gòu)模型中發(fā)現(xiàn)小鼠心臟組織中miR-21升高，抑制miR-21可以下調(diào)程序性細(xì)胞死亡因子4(PDCD4)，失活轉(zhuǎn)錄激活蛋白1(AP-1)/轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)，從而預(yù)防高血壓心臟重構(gòu)。與Watanabe等[14]結(jié)論相反，Yan等[16]研究發(fā)現(xiàn)在小鼠TAC和AngⅡ誘導(dǎo)的心肌肥大過程中心臟組織miR-21-3p表達(dá)降低，miR-21-3p的過表達(dá)通過沉默組蛋白脫乙?；?8顯著抑制TAC及AngⅡ誘導(dǎo)的心臟肥大。對比兩者實驗設(shè)計，發(fā)現(xiàn)TAC及AngⅡ處理時間不同。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，高血壓病人和自發(fā)性高血壓大鼠的血漿miR-21-3p水平明顯降低，且與收縮壓和舒張壓呈負(fù)相關(guān)，靜脈注射重組腺相關(guān)病毒(rAAV)介導(dǎo)的miR-21-3p過表達(dá)通過抑制腎上腺素α2B受體調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換，改善高血壓血管重構(gòu)及誘導(dǎo)高血壓持續(xù)減弱，通過增加MMP-9水平和減少TGF-β1表達(dá)，減輕自發(fā)性高血壓大鼠心臟肥大和纖維化，在之前的研究中，也確定rAAV介導(dǎo)的miR-21-5p表達(dá)可明顯降低高血壓大鼠的血壓，減輕心肌肥厚。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)，高血壓病人循環(huán)miR-21水平明顯高于對照組，且與血壓呈正相關(guān)，通過rAAV向自發(fā)性高血壓大鼠遞送miR-21，發(fā)現(xiàn)miR-21靶向線粒體DNA編碼的細(xì)胞色素b(mt-cytb)升高，導(dǎo)致活性氧降低，線粒體中產(chǎn)生的過量活性氧被認(rèn)為是高血壓心肌病的原因，miR-21通過調(diào)節(jié)活性氧的產(chǎn)生，降低自發(fā)性高血壓大鼠的血壓和減輕心肌肥厚，指出高血壓誘導(dǎo)的miR-21增高可能是代償?shù)囊徊糠?。TAC及AngⅡ處理的時間不同，小鼠高血壓模型中miR-21表達(dá)不同，推測高血壓病人血漿miR-21的表達(dá)結(jié)果與高血壓病程長短有關(guān)。

3 miR-21與心力衰竭

miR-21在心力衰竭病人中表達(dá)升高，但與心力衰竭嚴(yán)重程度無關(guān)，miR-21通過參與心臟重構(gòu)的過程加重心力衰竭的發(fā)生發(fā)展，也可以通過抑制心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管生成等促進(jìn)心臟修復(fù)及減少心力衰竭病人再住院率。Ding等[19]研究發(fā)現(xiàn)，血漿miR-21-5p表達(dá)隨著心力衰竭的發(fā)生而升高，受試者工作特征曲線下面積(AUC)為0.944，提出miR-21可能是心力衰竭病人新的生物標(biāo)志物。Powers等[20]研究發(fā)現(xiàn)，犬快速起搏誘發(fā)的雙心室心力衰竭模型中右室心力衰竭組心肌成纖維細(xì)胞miR-21表達(dá)增加，而左室心力衰竭組miR-21表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，抑制miR-21表達(dá)可以抑制右心室成纖維細(xì)胞的增殖，但不能抑制左心室成纖維細(xì)胞的增殖，這可能與右心室比左心室更高的纖維化程度有關(guān)，也可能與右心室和左心室成纖維細(xì)胞之間未知的生物學(xué)差異有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭合并糖尿病組循環(huán)miR-21的表達(dá)明顯高于冠心病合并糖尿病組[21]，可能有助于預(yù)測無癥狀2型糖尿病病人急性心力衰竭的發(fā)生。已有研究證實，miR-21在衰竭心臟的成纖維細(xì)胞中高表達(dá)，miR-21通過抑制側(cè)支發(fā)芽因子同源物1(Spry1)增強(qiáng)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)-促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)活性導(dǎo)致心臟肥大和心肌纖維化。射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭(HFpEF)大鼠心臟組織miR-21表達(dá)升高，miR-21通過上調(diào)Bcl-2的表達(dá)抑制心臟成纖維細(xì)胞凋亡，促進(jìn)HFpEF的發(fā)展。部分研究者也發(fā)現(xiàn)了miR-21在心力衰竭發(fā)生、發(fā)展中的有利作用。Qiao等[22]比較了心力衰竭病人與正常人心臟組織中分離出的外泌體，心力衰竭病人外泌體中miR-21-5p明顯降低，促血管形成和心肌細(xì)胞增殖的能力受損，恢復(fù)miR-21-5p的表達(dá)可以增強(qiáng)其修復(fù)功能，心肌細(xì)胞凋亡是心力衰竭發(fā)生和發(fā)展的一個重要過程，miR-21-5p通過PTEN/Akt途徑促進(jìn)血管生成和心肌細(xì)胞存活，促進(jìn)心臟修復(fù)。心力衰竭急性失代償期病人血漿miR-21水平升高，與失代償期低水平miR-21的病人相比，高水平的miR-21病人表現(xiàn)出更高的24個月生存率和更低的住院率，這可能與miR-21抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)[23]。

4 miR-21與心房顫動

Shen等[24]通過薈萃分析發(fā)現(xiàn)，亞洲人群循環(huán)及組織中miR-21在心房顫動病人中始終失調(diào)。miR-21通過參與心臟結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電重構(gòu)，進(jìn)而參與心房顫動的發(fā)生、發(fā)展，但其在心房顫動病人血漿中表達(dá)水平的高低有爭議。陳琳琳[25]研究發(fā)現(xiàn)，心房顫動病人血漿miR-21較正常病人明顯升高，心房顫動射頻消融后復(fù)發(fā)組血漿miR-21較未復(fù)發(fā)組明顯升高。Zhelankin等[26]研究發(fā)現(xiàn)，心房顫動病人血漿miR-21-5p在CHA2DS2-VASc評分≥2分的病人中升高，且與CHA2DS2-VASc評分呈正相關(guān)。Zhang等[27]研究發(fā)現(xiàn)，慢性間歇性缺氧組(CIH)大鼠心房間質(zhì)膠原沉積較高，且心房顫動誘發(fā)率增高，miR-21通過Spry1/ERK/MMP-9、PTEN/PI3K/Akt通路參與心房顫動病人心房的結(jié)構(gòu)重構(gòu)。Tao等[28]研究發(fā)現(xiàn)，心房顫動病人心臟成纖維細(xì)胞miR-21升高靶向下調(diào)E3泛素連接酶，導(dǎo)致心臟成纖維細(xì)胞增殖，心臟膠原蛋白體積分?jǐn)?shù)增加。McManus等[29]研究發(fā)現(xiàn)，心房顫動病人血漿miR-21較非心房顫動病人低2倍，陣發(fā)性心房顫動病人血漿miR-21水平低于持續(xù)性心房顫動病人，心房顫動病人心房組織中miR-21的表達(dá)明顯低于非心房顫動病人，射頻消融術(shù)后1個月血漿miR-21表達(dá)增加3倍。Sieweke等[30]研究發(fā)現(xiàn)，與非心房顫動病人相比，心房顫動病人血漿miR-21顯著下調(diào)，miR-21和N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)與心房重構(gòu)的超聲心動圖參數(shù)相關(guān)，兩者聯(lián)合檢測可以預(yù)測心房顫動，但未發(fā)現(xiàn)miR-21與腦卒中無關(guān)。Li等[31]通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，外周血miR-21與心房顫動病人腦卒中的高風(fēng)險有關(guān)。心房顫動可以增加心肌細(xì)胞內(nèi)miR-21的表達(dá)，miR-21可以降低L型Ca2+通道(ICa，L)密度，ICa，L密度的降低是電重構(gòu)的標(biāo)志，導(dǎo)致心房顫動的復(fù)發(fā)和維持。大鼠無菌性心包炎模型中心臟組織白細(xì)胞介素-6(IL-6)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)和miR-21均明顯上調(diào)，STAT3/miR-21形成正反饋環(huán)促進(jìn)大鼠無菌心包炎心房纖維化而導(dǎo)致心房顫動，將心臟成纖維細(xì)胞經(jīng)IL-6培養(yǎng)后，miR-21及STAT3表達(dá)均增高。在大鼠無菌性心包炎模型中炎性因子IL-6可以促進(jìn)miR-21的表達(dá)，臨床中miR-21參與心房顫動的發(fā)展是否有炎癥的參與及miR-21是否與心房顫動相關(guān)腦卒中有關(guān)值得進(jìn)一步研究。

5 miR-21與其他心血管疾病

miR-21不僅參與常見心血管疾病發(fā)生、發(fā)展，也參與肺動脈高壓、主動脈瘤、擴(kuò)張型心肌病(DCM)及病毒性心肌炎的發(fā)生與發(fā)展。miR-21通過抑制Rho激酶活性導(dǎo)致血管生成和舒張減少、下調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體(BMPR2)表達(dá)，使肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞從靜止型轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋承?，促進(jìn)肺動脈高壓的發(fā)生和發(fā)展[32-33]。DCM病人心尖、左室和右室中miR-21上調(diào)、Bcl-2表達(dá)增加，這與miR-21抗凋亡機(jī)制有關(guān)，miR-21及Bcl-2表達(dá)增加可能是DCM病人的一種代償機(jī)制[34]。Goldberg等[35]發(fā)現(xiàn)病毒性心肌炎急性期血漿miR-21明顯升高，亞急性期沒有變化，緩解期/慢性期降低2倍。

6 結(jié)語與展望

miR-21參與心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過程，既有有利的一面，也有不利的一面。miR-21靶向治療心血管疾病的過程中，需要發(fā)揮其抑制心肌細(xì)胞凋亡、抑制炎癥及促進(jìn)心臟修復(fù)的功能，還是抑制其導(dǎo)致的心臟重構(gòu)及冠狀動脈斑塊形成的過程，值得進(jìn)一步思考與探討。miR-21參與心房顫動的發(fā)生是否與炎癥有關(guān)及miR-21是否與心房顫動腦卒中有關(guān)也值得進(jìn)一步探討。