MicroRNA在心力衰竭診斷、治療及預后中的研究進展

李 思 綜述，崔 穎 審校

北京市豐臺區(qū)豐臺中醫(yī)院(南苑醫(yī)院)心內(nèi)科，北京 100076

心力衰竭是一種由于心臟器質(zhì)性或功能性疾病導致心室充盈和射血能力降低，不能滿足機體器官和組織代謝需要而引起的復雜臨床綜合征[1]。它是最危及生命的心血管疾病，在發(fā)達國家和發(fā)展中國家都造成巨大的社會和經(jīng)濟負擔[2]。隨著人口老齡化的加速和醫(yī)療水平的不斷改善，心力衰竭患者的數(shù)量將會進一步增長。目前心力衰竭已成為全球重要的公共衛(wèi)生問題，許多患者生活質(zhì)量明顯下降，同時因心力衰竭失代償狀態(tài)反復入院治療，占用了大量的醫(yī)療資源，嚴重增加了患者、家庭和社會的經(jīng)濟負擔。因此，亟需針對心力衰竭開發(fā)敏感、精確的診斷、治療及預后評估技術(shù)。

目前，腦利鈉肽(BNP)和N-末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)被推薦用于心力衰竭的診斷和預后評估。然而，血清BNP和NT-proBNP水平易受肥胖、年齡、腎功能、心房顫動、血栓栓塞等影響。因此，迫切需要準確性更高和臨床更適用的生物標志物。有研究表明microRNA(miRNA)可以在包括心力衰竭在內(nèi)的多種疾病的診斷、治療和預后評估中發(fā)揮生物標志物作用[3]。因此，本文對近年來miRNA作為潛在生物標志物在心力衰竭的診斷、治療及預后中的研究進展作一綜述，以期為心力衰竭患者的治療和管理提供參考依據(jù)。

1 miRNA的結(jié)構(gòu)特征

miRNA是一類長度為21～25個核苷酸的小型非編碼RNA，具有負調(diào)節(jié)基因表達的作用，可以有效地調(diào)控轉(zhuǎn)錄后翻譯的效率以及靶mRNA的穩(wěn)定性。miRNA在細胞核內(nèi)進行編碼并在RNA聚合酶的作用下形成初級miRNA，然后再經(jīng)Drosha酶以及DGCR8結(jié)合蛋白加工，形成含有60～70個核苷酸的莖-環(huán)狀結(jié)構(gòu)的前體miRNA復合物。隨后，鳥苷酶依賴性核漿轉(zhuǎn)運因子Exportin-5通過識別前體miRNA3′末端的兩個堿基而與之結(jié)合，并且將前體miRNA輸出到細胞質(zhì)。Dicer酶識別前體miRNA雙鏈的5′末端磷酸基和3′末端二堿基突出，生成一個結(jié)構(gòu)類似于小干擾RNA(siRNA)的二聚體，隨后在RNA解旋酶的作用下使雙螺旋解旋，互補鏈被降解；而另一條則被結(jié)核菌素純蛋白衍生物家族識別，形成RNA-蛋白質(zhì)復合體，進而形成成熟的21～ 25個核苷酸長度的雙鏈miRNA分子，最終進入RNA 誘導沉默復合物中發(fā)揮其生物學作用。

自1993年首次在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)miRNA以來，它們在不同生理和病理條件下的作用已得到廣泛研究[4-5]。miRNA與許多人類疾病相關(guān)，包括糖尿病、心血管疾病、肥胖和癌癥等。成熟的miRNA作為循環(huán)miRNA進入血液后，可以在各種體液中檢測到。雖然miRNA分泌到細胞外空間和血流的機制尚不完全清楚，但也有學者試圖解釋其分子機制過程，例如通過膜囊泡或通過蛋白質(zhì)-miRNA復合物[6]。此外，體液中miRNA水平的變化反映了miRNA在心肌細胞或其他類型的心臟相關(guān)細胞(如心臟成纖維細胞)中的調(diào)控機制。

2 miRNA的生物學功能

在與心力衰竭相關(guān)的不同病理和生理過程的生物學功能研究中發(fā)現(xiàn)，miRNA可以有效調(diào)節(jié)基因表達、信號通路、細胞功能以及心肌功能。進一步研究發(fā)現(xiàn)心力衰竭患者心臟多種miRNA表達水平存在差異[7-9]，證實其在心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，主要涉及心肌肥大、心肌纖維化、心臟能量代謝異常等方面。

2.1miRNA調(diào)控心肌肥大 miRNA-1和miRNA-133已被證實是與心肌肥大、心臟纖維化和心律失常相關(guān)的信號通路中的關(guān)鍵分子[10]。這可能是由于miRNA-1和miRNA-133對細胞內(nèi)鈣水平平衡具有調(diào)節(jié)作用，從而改變了自律性和心電導。體外和體內(nèi)研究表明，miRNA-1過度表達會抑制心室肌細胞擴張，繼而導致心律失常，而降低miRNA-1的表達水平是細胞量增加所必需的[11]。miRNA-133可以通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣濃度，或通過抑制ANP和β-肌球蛋白重鏈(β-MHC)的mRNA翻譯等對心肌肥大起到保護作用[12]。ZHAO等[13]發(fā)現(xiàn)在新生心肌梗死細胞中沉默miRNA-208后可抑制心肌細胞凋亡、肥大和纖維化，并能顯著改善心臟功能。WANG等[14]發(fā)現(xiàn)miRNA-223可以通過降低細胞內(nèi)鈣濃度、抑制心肌細胞收縮力和磷酸化心肌肌鈣蛋白I(cTNI)來緩解心肌肥厚。miRNA-124也可以通過抑制血管緊張素Ⅱ誘導的心肌肥大和改變收縮蛋白的表達，對心肌肥大產(chǎn)生顯著抑制作用[15]。

2.2miRNA調(diào)控心肌纖維化 據(jù)報道，有超過 20 種不同的miRNA與心肌纖維化有關(guān)[16-18]。如miRNA-21可以通過刺激心臟成纖維細胞中的絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)，實現(xiàn)在心臟成纖維細胞中的表達。因此，miRNA-21可以成為心力衰竭心肌纖維化診斷和治療的靶標[19]。此外，敲除miRNA-22的小鼠易發(fā)生心肌纖維化、心室擴張及心臟功能失調(diào)[20]。CHENG等[21]發(fā)現(xiàn)miRNA-98能抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)誘導的人心臟成纖維細胞纖維化。LAI等[22]也發(fā)現(xiàn)在衰竭的心臟組織中，miRNA-29在成纖維細胞中可以降低膠原蛋白表達并抑制纖維化過程。

3 miRNA作為心力衰竭潛在的診斷、治療和預后靶標

3.1miRNA作為心力衰竭的潛在診斷靶標 miRNA水平與某些與心力衰竭嚴重程度相關(guān)的特征(包括射血分數(shù)或?qū)嶒炇翌A后)之間存在利弊關(guān)系。有研究對心力衰竭患者中的miRNA表達水平做了Meta分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康人群相比，有16個miRNA在心力衰竭患者中表達水平具有差異性，包括3個miRNA表達水平上調(diào)，13個miRNA表達水平下調(diào)[23]。LI等[24]研究了急性心力衰竭患者miRNA-302家族成員的血漿水平，并與無急性心力衰竭的患者和健康對照人群的水平進行比較。結(jié)果表明，急性心力衰竭患者的血漿 miRNA-302s水平顯著升高，miRNA-302b-3p的曲線下面積(AUC)最高，為 0.87。此外，他們還發(fā)現(xiàn)miRNA-302s和NT-proBNP水平之間呈正相關(guān)。OVCHINNIKOVA等[25]發(fā)現(xiàn)了12種miRNA對急性心力衰竭的診斷潛力，其中有7種(miRNA-18a-5p、miRNA-26b-5p、miRNA-27a-3p、miRNA-30e-5p、miRNA-106a-5p、miRNA-199a-3p和miRNA-652-3p)通過了Bonferroni 校正閾值。目前有研究建議將miRNA與BNP或NT-proBNP的組合作為當前心力衰竭等心血管疾病診斷的最佳策略[26]。

3.2miRNA作為心力衰竭的潛在治療靶標 由于miRNA在心力衰竭的病理生理學中發(fā)揮著重要作用，因此，miRNA在包括心力衰竭在內(nèi)的多種疾病中的靶向治療已成為最近研究的一個興趣點。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-132的抑制劑CDR132L可以導致血漿中miRNA-132表達量降低，使得心力衰竭患者心臟功能得到改善[27]。但目前鮮見臨床試驗研究miRNA是否對急性心力衰竭患者具有治療作用。有部分研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過抑制miRNA-24的表達，急性心力衰竭患者的臨床體征得到明顯改善[28]?？紤]到miRNA在多個器官中都具有不同的生物學功能，在心力衰竭患者中使用拮抗劑和miRNA模擬物進行全身治療也可能影響其他器官。因此，靶向miRNA治療心力衰竭需要對其他細胞和組織中的生理反應和表達水平進行全面評估，防止出現(xiàn)不良反應。

3.3miRNA作為心力衰竭的潛在預后靶標 預后對于心力衰竭患者的管理和后續(xù)干預決策至關(guān)重要。盡管發(fā)現(xiàn)多種miRNA在心力衰竭中具有診斷作用，但很少有研究報告miRNA在臨床上對心力衰竭預后的評估作用。目前僅發(fā)現(xiàn)了部分miRNA具有潛在的預后判斷的價值，如SERONDE等[29]觀察到miRNA-423-5p可以預測急性心力衰竭患者同年再次入院和年死亡率，血清miRNA-423-5p表達水平較低的患者死亡風險較高。該研究還發(fā)現(xiàn)miRNA-182的預后價值甚至高于NT-proBNP和高敏C反應蛋白(AUC分別為0.695、0.350和0.475)。OVCHINNIKOVA等[25]也發(fā)現(xiàn)在急性心力衰竭患者入院后48 h內(nèi)，let-7i、miRNA-18a、miRNA-18b、miRNA-223、miRNA-301a、miRNA-423和miRNA-652表達水平降低，且與180 d內(nèi)死亡率的上升明顯相關(guān)。XIAO等[30]報道m(xù)iRNA-30d可以預測急性心力衰竭患者1年內(nèi)的死亡率，這也反映了其作為急性心力衰竭的預后生物標志物的潛在價值。BAYES-GENIS等[31]在一項2 203例受試者中開展的兩個獨立隊列研究中發(fā)現(xiàn)，miRNA-1254和miRNA-1306與慢性心力衰竭患者的死亡和住院風險增加相關(guān)。以上這些研究結(jié)果證實了miRNA可以作為潛在候選物用于心力衰竭預后判斷，以提供有價值的臨床信息。

4 miRNA作為心力衰竭生物標志物的局限性

雖然目前針對miRNA的研究使得其可以成為包括心力衰竭在內(nèi)的心血管疾病無創(chuàng)診斷的生物標志物，但其在臨床應用方面具有一定的局限性，特別是在心力衰竭標本的收集、處理再到數(shù)據(jù)分析過程中，建立準確、可靠的miRNA體系用于診斷、治療和預后依然具有挑戰(zhàn)性。首先，目前血清或血漿仍是標本選擇和處理的首選，但此類標本中miRNA的表達水平較低，這在一定程度上阻礙了miRNA的檢測。此外，miRNA的血清水平高于血漿，表明血清樣品可以防止在樣品制備過程中血小板和白細胞引起的潛在干擾。因此，使用相同類型的耗材和同步采樣對于患者、對照組以及避免樣品溶血很重要，這可以最大限度地減少患者選擇和分組之間的差異。其次是miRNA測量方法的選擇。目前最常用的方法是RT-qPCR，與其他方法相比，該方法更靈敏且更具成本效益，但其主要限制是無法檢測新發(fā)現(xiàn)的miRNA。再次，在miRNA的治療方面仍面臨許多局限，如靶向性不強、miRNA調(diào)控藥物的轉(zhuǎn)運等。一個miRNA能夠調(diào)控眾多基因的表達，一個miRNA的調(diào)節(jié)也可以引起其他未知的miRNA的變化，從而導致諸多不良反應。最后，miRNA表達水平的標準化可能很難，因為miRNA的表達水平隨著生理和病理條件的變化而會產(chǎn)生波動。不同miRNA表達變化引起的心力衰竭臨床表現(xiàn)較為相似，而不同類型心力衰竭引起的miRNA表達變化也可能相似，這也在一定程度上反映了miRNA生物學的復雜性。

5 展 望

目前已有眾多研究表明了miRNA作為心力衰竭診斷、治療和預后評估的生物標志物的巨大潛力。盡管對于哪種miRNA最適合還沒有完全共識，但許多研究已經(jīng)驗證了一些miRNA的適用性，只是仍需要進行廣泛的研究以將它們推向臨床應用。隨著miRNA在轉(zhuǎn)錄組學、宏基因組學、生物信息學等的快速發(fā)展，深入研究miRNA對尋找和識別新的特異靶基因，了解并闡述miRNA與心力衰竭等心血管疾病的關(guān)系具有重大意義。