miRNA與冠心病關(guān)系的研究進展

張文婧，趙 亮，單偉超

冠心病(CHD)是全球心血管疾病死亡的主要原因[1]?！吨袊难芙】蹬c疾病報告2020》指出，心血管疾病給我國居民和社會帶來的經(jīng)濟負擔(dān)日漸加重[2]。在病變心臟或血管中miRNA的表達譜與正常組織有較大差異[3]。在包括血漿、尿液、唾液和精液在內(nèi)的人體細胞外體液中發(fā)現(xiàn)了大量的miRNA，血液中的一些循環(huán)miRNA已經(jīng)被認為是幾種癌癥、心血管疾病、腦損傷和肝損傷的生物學(xué)標(biāo)志物[4]。這些發(fā)現(xiàn)揭示了miRNA有可能被用作非侵入性生物學(xué)標(biāo)志物[5]。人類體內(nèi)有2000多種miRNA，現(xiàn)已知800多種在心臟中表達，不同循環(huán)水平的miRNA可能是心血管疾病的潛在生物學(xué)標(biāo)志物[6]。本文就miRNA與CHD的發(fā)生、診斷等做一綜述。

1 miRNA的基本特征

miRNAs是在動物、植物和一些病毒中發(fā)現(xiàn)的一類小型非編碼RNA，在mRNA水平上負向調(diào)節(jié)基因表達[7]。1993年在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)了第一個miRNA(let-4)，7年后發(fā)現(xiàn)let-7調(diào)節(jié)秀麗隱桿線蟲幼蟲的發(fā)育時間。第一個人類miRNA let-7發(fā)現(xiàn)于2000年[8]。目前已有近3000個人類成熟miRNA在miRBase miRNA數(shù)據(jù)庫中進行了注釋。

大多數(shù)成熟的miRNA序列都位于非編碼RNA的內(nèi)含子或外顯子及mRNA前內(nèi)含子內(nèi)[9]。大多數(shù)miRNAs基因被RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄為大的初級miRNAs (pri-miRNAs)[9]，其中包含一個或幾個莖環(huán)結(jié)構(gòu)，每個莖環(huán)結(jié)構(gòu)由大約70個核苷酸組成[10]。在細胞核中，pri-miRNAs被Drosh酶切割成莖環(huán)結(jié)構(gòu)[11]，稱為前體miRNAs。在通過Exportin 5將前miRNA輸出到細胞質(zhì)后[12]，它們在環(huán)附近被Dicer酶分裂成小的雙鏈RNA[13]。然后miRNA雙鏈被加載到“argonaute”蛋白中[14]，促進核糖核蛋白復(fù)合體的組裝，稱為RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體[15]。成熟的miRNAs通過堿基配對被引導(dǎo)至其靶mRNA的3' 端，并導(dǎo)致mRNA的不穩(wěn)定和翻譯抑制。人類miRNA堿基對其目標(biāo)的配對通常是不完美的[16]。內(nèi)含子miRNAs的表達調(diào)控與其宿主基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控相同。此外，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控途徑可能會影響單個發(fā)夾的穩(wěn)定性或加工過程[17]。據(jù)估計，miRNAs調(diào)控大約三分之一的蛋白編碼基因表達[18]。它們既被認為是表觀遺傳變化(即DNA甲基化)的目標(biāo)，也是表觀遺傳修飾因子(如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶)[19]。miRNAs的生物發(fā)生、表達調(diào)控、生物學(xué)功能及miRNAs在表觀遺傳學(xué)和細胞間通訊中均具有一定的作用。通過對miRNA敲除模型和轉(zhuǎn)基因過表達實驗的研究，已經(jīng)廣泛探討了單個miRNA的生物學(xué)功能[20]。近年來，miRNAs已經(jīng)作為治療方法或疾病的治療靶點被引入。

2 miRNA與CHD的發(fā)生

CHD通常會導(dǎo)致流向心肌的血流減少和不足，從而導(dǎo)致與氧氣和營養(yǎng)供應(yīng)減少相關(guān)的心肌損傷[21]。內(nèi)皮細胞激活[22]、單核細胞浸潤、向巨噬細胞分化和泡沫細胞形成，導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和平滑肌細胞增殖，最終使得CHD發(fā)生。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種miRNA通過控制趨化因子的表達水平來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和巨噬細胞功能，從而影響動脈粥樣硬化進展。

2.1miRNA與內(nèi)皮細胞 血管內(nèi)皮細胞凋亡在冠狀動脈硬化的發(fā)生、發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。內(nèi)皮細胞凋亡是導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定的重要原因[23]，內(nèi)皮細胞死亡可能導(dǎo)致動脈血栓形成，從而使得急性冠狀動脈閉塞和患者猝死。下調(diào)miRNA-26a-5p通過抑制PI3K/Akt通路誘導(dǎo)CHD內(nèi)皮細胞凋亡[24]。miRNA-1185通過靶向UVRAG和KRIT1誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞凋亡[25]。lncRNA TUG1通過調(diào)節(jié)氧化型低密度脂蛋白刺激的血管平滑肌細胞和人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVEC)中的miR-148b/IGF2軸來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞增殖和凋亡[26]。miRNA-21介導(dǎo)高磷酸鹽誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞凋亡，其涉及ERK1/2/miRNA-21/PDCD4途徑軸[27]。脂肪間充質(zhì)干細胞來源的外泌體，通過介導(dǎo)miRNA-342-5p來保護內(nèi)皮細胞免受動脈粥樣硬化干擾[28]。miR-200b-3p過表達可以通過減少組蛋白脫乙?；?的產(chǎn)生，來促進氧化應(yīng)激下的內(nèi)皮細胞凋亡[29]。

血管內(nèi)皮細胞的增殖在促進內(nèi)皮愈合和改善血管功能的過程中至關(guān)重要。miRNA參與內(nèi)皮細胞增殖過程。miRNA-126通過抑制MAPK信號通路調(diào)節(jié)在高濃度葡萄糖下培養(yǎng)的HUVEC細胞的增殖和遷移[30]。miRNA-29b-3p通過靶向視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞中的血管內(nèi)皮生長因子A和血小板衍生生長因子B鏈來抑制細胞增殖和血管生成[31]。外泌體環(huán)狀RNA circ_0074673通過miRNA-1200/MEOX2軸調(diào)節(jié)HUVEC的增殖、遷移和血管生成[32]。miRNA-216a通過Smad3/IkappaBalpha途徑誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞衰老和炎癥反應(yīng)[33]。來自人臍帶血的外泌體通過miR-21-3p介導(dǎo)促進皮膚傷口愈合[34]。miRNA-126調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子-1α，抑制內(nèi)皮細胞的遷移、增殖和血管生成等能力，造成內(nèi)皮細胞衰老、內(nèi)皮功能障礙等，進而影響血管正常功能[35]。FMRP通過miR-181a-CaM-CaMKⅡ途徑調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞增殖和血管生成[36]。

2.2miRNA和單核細胞/巨噬細胞 動脈粥樣硬化的第二階段是白細胞從血流中聚集和遷移到脂蛋白滯留和內(nèi)皮功能障礙的動脈壁。單核細胞是向動脈壁遷移的重要白細胞[37]。單核細胞是髓源性樹突狀細胞和組織駐留巨噬細胞的前體，它們分化為泡沫細胞，巨噬細胞攝取脂蛋白導(dǎo)致巨噬細胞向泡沫細胞分化，是動脈粥樣硬化的標(biāo)志[38]。miRNA是影響單核細胞浸潤的分子之一[39]。miRNA-27a和miRNA-23a在外周血單核細胞中的表達水平與CHD患者一些炎癥和抗炎細胞因子具有相關(guān)性[40]。miR-155通過促進趨化因子配體2在M1型巨噬細胞中的表達而起促動脈粥樣硬化作用，從而增強血管炎癥。微陣列分析顯示，在新內(nèi)膜形成模型中，miR-365、miR-145、miR-143和miR-155表達下調(diào)，而miR-352、miR-214、miR-146和miR-21表達上調(diào)[41]。

2.3miRNA與血管平滑肌細胞 平滑肌細胞形態(tài)、生理生化改變與動脈粥樣硬化密切相關(guān)。miRNA通過多種信號通路調(diào)控血管平滑肌細胞的功能。一方面，在球囊機械損傷情況下，miR-21可減少新內(nèi)膜病變的形成。miR-21通過直接靶向磷酸酶和緊張素同源物，間接提高Bcl-2的表達水平，導(dǎo)致平滑肌細胞的高增殖和低凋亡。另一方面，骨形態(tài)發(fā)生蛋白和轉(zhuǎn)化生長因子-β信號通路增加了miR-21的表達，減輕了動脈粥樣硬化程度。進一步評估抑制miR-21引起的抗增殖作用，以及它在減輕非機械性血管損傷所致動脈粥樣硬化中的作用，可為延緩疾病發(fā)展提供新的靶點[42]。

3 miRNA與CHD的診斷

3.1CHD的早期診斷 臨床以上腹疼痛為早期就診者需要與多種危重疾病相鑒別，尤其CHD早期的診斷至關(guān)重要[43]。一項研究表明，在CHD患者中，miR-155有可能通過多個靶點調(diào)節(jié)Th1/Th2細胞平衡[44]。

3.2急性冠狀動脈綜合征的診斷 現(xiàn)今急性冠狀動脈綜合征的診斷大多依靠肌鈣蛋白檢測或排除急性心肌梗死(AMI)。雖然肌鈣蛋白檢測技術(shù)不斷改進，但是假陽性結(jié)果仍占相當(dāng)大的比例[45]。血液循環(huán)miRNA水平在疾病狀態(tài)中的表達發(fā)生變化，因此可能作為心血管疾病的生物學(xué)標(biāo)志物[46]。一項涉及424例疑似急性冠狀動脈綜合征的臨床研究顯示，血漿miR-208b和miR-499-5p水平成功區(qū)分了心肌梗死，暗示其具有作為診斷生物學(xué)標(biāo)志物的潛力[47]。miRNA可能有助于提高AMI血液生物學(xué)標(biāo)志物的診斷準(zhǔn)確性。例如，miR-499-5p在非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)患者中高度升高，miR-499-5p區(qū)分NSTEMI和健康者的能力與心肌肌鈣蛋白T相似[48]。miR-1、miR-499和miR-21被確定與高敏感肌鈣蛋白聯(lián)合應(yīng)用可顯著提高急性冠狀動脈綜合征患者的診斷價值[49]。與不穩(wěn)定型心絞痛患者相比，心肌梗死患者miR-1、miR-133a和miR-208b升高，miRNA水平與肌鈣蛋白水平相關(guān)[50]。

4 miRNA在評價CHD預(yù)后中的作用

在一個由873例侵襲性診斷CHD患者組成的大隊列研究中，miR-197、miR-223及miR-126被確定為心血管死亡的強預(yù)測因子[49]。這些結(jié)果不僅將miRNA在心血管疾病中的診斷潛力轉(zhuǎn)移到預(yù)后水平上，還表明其在心血管疾病一級和二級預(yù)防中的應(yīng)用前景廣闊。

另一方面，CHD患者支架內(nèi)再狹窄可影響經(jīng)皮冠狀動脈介入治療(PCI)后的長期預(yù)后[51]。球囊損傷后miRNA在血管壁中異常表達[52]，因此可以作為PCI后疾病進展的生物學(xué)標(biāo)志物。據(jù)報道，與藥物洗脫支架植入后無胰島素抵抗的對照患者相比，胰島素抵抗患者的循環(huán)miR-21、miR-143、miR-145和miR-100表達異常[53]。新近的一項研究證實，PCI后豬和小鼠模型中循環(huán)miR-21水平失調(diào)[54]。

5 miRNAs簇和心血管疾病

隨著生信工程的發(fā)展，開發(fā)了許多miRNA目標(biāo)預(yù)測算法，并使用計算和實驗室技術(shù)對其準(zhǔn)確性和精度進行了測試[55]。miRNA靶預(yù)測和注釋可以為進一步的實驗驗證提供有用的信息[56]。目標(biāo)基因分析miRNAs可以基于各種算法調(diào)節(jié)大量目標(biāo)基因，這些算法可用于預(yù)測所選miRNAs的目標(biāo)[57]?，F(xiàn)今，可以在移動設(shè)備上高效地可視化和查詢大量miRNA-Seq數(shù)據(jù)[58]。另有研究表明，單獨miRNA診斷及預(yù)測效能有限，根據(jù)miRBase(V21)(http://www.miRBase.org/)，人類基因組包含153個miRNA簇，其中包含468個miRNA[59]。miRNA簇成員在內(nèi)皮細胞活化和血管形成中很重要。miR-17/92簇對于內(nèi)皮細胞的激活、新生血管形成和心血管發(fā)育很重要。miR-143/145簇對血管平滑肌細胞的遷移、可塑性和收縮等功能具有重要作用。心肌細胞的發(fā)育和分化均受miR-17/92簇的調(diào)控。與心臟發(fā)育和再生相關(guān)的miRNA簇包括miR-1/133a簇[60]。miR-126、miR-128、miR-17-92群和miR-232427群可控制血管的發(fā)育、生長和分化，另外某些miRNA也有助于炎癥的調(diào)節(jié)[61]。miRNAs簇為指導(dǎo)心血管疾病的診斷及預(yù)后評估提供了可能。

6 小結(jié)及展望

盡管miRNA的產(chǎn)生和成熟過程已被確定，但是調(diào)節(jié)miRNA降解的機制仍不清楚[62]。一個miRNA通常標(biāo)靶多個基因，而一個基因也可以被多個miRNA同時標(biāo)靶。miRNA基因在出現(xiàn)和衰退方面更具動態(tài)性，隨著時間的推移，miRNAs的活性受到嚴格控制，靶向性降低[63]。開發(fā)基于miRNA的治療方法的最大挑戰(zhàn)是為每種疾病類型確定最佳的miRNA候選物或miRNA靶點[64]。在對心血管疾病診斷、治療及預(yù)后評估方面，盡管多年來進行了大量涉及miRNA療法的臨床前研究，但是迄今為止只有少量miRNA應(yīng)用于臨床。未來我們將進一步研究miRNA的潛在機制，會給我們提供新的機遇。