miRNAs與放射性心臟損傷的相關(guān)性研究進(jìn)展

李 碩 李淑晶 王明月 寧方玲

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，山東濱州 256603

放射治療（簡(jiǎn)稱(chēng)“放療”）是惡性腫瘤綜合治療的重要方式，約50%的惡性腫瘤患者在患病期間需要接受放療[1]。隨著放療的廣泛應(yīng)用，乳腺癌、肺癌、食管癌、霍奇金淋巴瘤等胸部惡性腫瘤的生存率進(jìn)一步提高。盡管放療精度已經(jīng)得到很大程度的改善，但仍使心臟不可避免地受到照射，產(chǎn)生急性或遲發(fā)性反應(yīng)，稱(chēng)為放射性心臟損傷（radiationinduced heartdisease，RIHD）[2]。約10%的患者在放療后出現(xiàn)癥狀性心臟受累，臨床表現(xiàn)為冠狀動(dòng)脈疾病、心臟瓣膜病、心肌病、心包炎和心電傳導(dǎo)異常等一系列心臟疾病[3]。該疾病是進(jìn)行性的，其發(fā)生率和嚴(yán)重程度隨多種因素而增加，如放射劑量大、放療時(shí)年齡較小、治療時(shí)間較長(zhǎng)、同時(shí)使用某些化療藥物（如蒽環(huán)類(lèi)）、肥胖和高血壓等[4]。RIHD 是胸部和胸壁腫瘤放療晚期相對(duì)常見(jiàn)和潛在嚴(yán)重的副作用，其早期一般無(wú)癥狀或癥狀較輕，其并發(fā)癥往往會(huì)在照射后數(shù)月至數(shù)年出現(xiàn)，因此，RIHD 被廣泛認(rèn)為是某些長(zhǎng)期癌癥幸存者生活質(zhì)量的障礙[5]。目前認(rèn)為，RIHD 是多種機(jī)制通過(guò)多種復(fù)雜途徑相互作用的結(jié)果，內(nèi)皮損傷、氧化應(yīng)激和炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體損傷被認(rèn)為是主要原因[6]。許多研究人員認(rèn)為，微小RNAs（microRNAs，miRNAs）調(diào)節(jié)各種細(xì)胞因子的產(chǎn)生，這些細(xì)胞因子在輻射相關(guān)的晚期心臟損傷的發(fā)展中發(fā)揮至關(guān)重要作用。目前關(guān)于miRNAs 與放射性心臟損傷發(fā)生的相關(guān)性研究較多，miRNAs 逐漸成為RIHD 發(fā)病機(jī)制研究的新熱點(diǎn)。

1 miRNAs概述

非編碼RNA 在調(diào)控基因表達(dá)方面至關(guān)重要。根據(jù)調(diào)控非編碼RNA 的長(zhǎng)度和分子結(jié)構(gòu)的差異，將其分為長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）、miRNAs、小干擾RNA（small interfering RNAs，siRNAs）、piwi相互作用RNA（PIWI-interacting RNAs，piRNAs）。miRNAs 是一種小的內(nèi)源性單鏈RNA，大小為20 ～24 個(gè)核苷酸。30%～50%的基因是由miRNA 控制的[7]。由于單個(gè)miRNA 其與mRNA 不具有準(zhǔn)確配對(duì)的能力，因此miRNA 可以調(diào)節(jié)幾個(gè)到數(shù)百個(gè)靶點(diǎn)。miRNAs 調(diào)節(jié)許多細(xì)胞過(guò)程，如分化、生長(zhǎng)、增殖和凋亡，包括那些參與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的過(guò)程。

miRNAs 在植物和動(dòng)物的基因組中編碼。它的轉(zhuǎn)錄是由RNA 聚合酶Ⅱ/ Ⅲ（RNA polymeraseⅡ/Ⅲ，RNase Ⅱ/Ⅲ）參與的，形成了含有莖環(huán)的初級(jí)miRNA，由Drosha 蛋白在細(xì)胞核內(nèi)剪切，形成70 個(gè)核苷酸長(zhǎng)的miRNA 前體。然后核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin-5 將剪切好的miRNA 前體運(yùn)輸出細(xì)胞核。在細(xì)胞質(zhì)中，RNase Ⅲ家族的另一個(gè)成員Dicer 將對(duì)miRNA 前體進(jìn)行第二次剪切，形成20 bp 的長(zhǎng)miRNA 雙鏈[8]。雙鏈的兩條鏈被分離，一條鏈負(fù)載在RNA 沉默誘導(dǎo)復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，RISC）中，形成成熟的、具有功能的miRNA。另一個(gè)miRNA 則會(huì)在細(xì)胞內(nèi)被迅速降解[9]。miRNAs 主要通過(guò)結(jié)合靶mRNA 的3'UTR區(qū)在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因的表達(dá)，并通過(guò)對(duì)mRNA 進(jìn)行降解或翻譯抑制兩種不同的作用機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)其沉默效應(yīng)。翻譯抑制可能是哺乳動(dòng)物的主要機(jī)制[10]。miRNA 在沒(méi)有完全互補(bǔ)的情況下與靶序列結(jié)合的能力導(dǎo)致每個(gè)miRNA 都有大量的靶mRNAs。因此，miRNAs 可以調(diào)節(jié)幾乎所有的內(nèi)源性代謝過(guò)程。當(dāng)然，miRNAs 也受到廣泛的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響，這是在其合成、代謝和自身調(diào)節(jié)功能的水平上實(shí)現(xiàn)的[11-12]。

2 miRNAs與放射性心臟損傷

共有150 ～200 個(gè)miRNA 在心臟中表達(dá)，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，miRNA 參與心臟發(fā)育和心肌細(xì)胞再生，并發(fā)揮重要作用[13-14]，高表達(dá)于心房顫動(dòng)、各種病因引起的心力衰竭、急性心肌梗死等一系列心血管疾病的心肌細(xì)胞中[15]。miRNA-133 是一種肌肉特異性miRNA，主要在人類(lèi)心肌中表達(dá)[16]，它具有抑制心肌細(xì)胞肥大[17]和抗細(xì)胞凋亡的作用[18]。miRNA-208 被證明是心肌細(xì)胞肥大、纖維化和應(yīng)激反應(yīng)中肌球蛋白重鏈β 表達(dá)所必需的基因[19]。miRNA-208 基因家族由miRNA-208A 和miRNA-208B 組成，在胚胎和成人心臟中的表達(dá)具有時(shí)空差異[20]。Callis 等[21]研究表明，miRNA-208A 的過(guò)表達(dá)可以誘導(dǎo)心臟重構(gòu)和心律失常。也有人在其他研究中提出，miRNA-208A 的缺失可導(dǎo)致心臟傳導(dǎo)受損[22]。來(lái)自miRNA-15 家族的一些miRNA（miR-15a、miR-15b、miR-16-1、miR-16-2、miR-195 和miR-497）被認(rèn)為與許多心血管疾病有關(guān)[23-24]。van 等[25]在肥大的心肌細(xì)胞中檢測(cè)到miRNA-195，其過(guò)度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致小鼠擴(kuò)張性心肌病和心力衰竭。Kura 等[26]發(fā)現(xiàn)，輻射會(huì)導(dǎo)致大鼠心臟中miRNA-15b 的表達(dá)下降，表明該miRNA 參與了心臟輻射損傷的機(jī)制。Simone 等[27]在氧化應(yīng)激條件下測(cè)量了人成纖維細(xì)胞中各種miRNAs 的表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)細(xì)胞照射后miRNA-15b 下降。

機(jī)體在遭受電離輻射后，mRNA 通過(guò)調(diào)節(jié)不同的信號(hào)通路來(lái)控制蛋白質(zhì)的變化，而在此過(guò)程中，這些信號(hào)通路又受到許多非編碼RNA 的調(diào)節(jié)，如miRNA 和lncRNA 等。目前越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)miRNAs 與RIHD 有緊密聯(lián)系。miRNA-1 大量表達(dá)于心肌和骨骼肌細(xì)胞中[28]，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的分化和增殖，還參與成人心肌細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控[29]。有研究表明，在心臟水平的縱隔區(qū)域局部給予單劑量25 Gy 射線照射大鼠后，觀察到心肌中miRNA-1 基因表達(dá)下調(diào)[30]，但是該項(xiàng)研究?jī)H闡述了心肌細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，并未說(shuō)明電離輻射對(duì)大鼠心功能的影響，也并未監(jiān)測(cè)大鼠的遠(yuǎn)期心功能的變化。心臟纖維化是心臟輻射的一個(gè)重要結(jié)果，而miRNA-21 在纖維化的心肌中高度表達(dá)，它通過(guò)心臟成纖維細(xì)胞中的ERK-MAPK 信號(hào)通路來(lái)調(diào)控心肌細(xì)胞肥大和心肌纖維化[31]，并且血漿中miRNA-21 表達(dá)水平與左室結(jié)構(gòu)和功能損傷、心肌纖維化有關(guān)[32]。Slezak等[33]觀察到大鼠縱隔區(qū)照射后miRNA-21 的表達(dá)上調(diào)。同樣，Viczenczova 等[30]觀察到照射大鼠心臟后miRNA-21 和縫隙連接蛋白43（connexin43，Cx43）表達(dá)水平增加。這表明miRNA-21 與心臟疾病，特別是在心肌纖維化密切相關(guān)。膠原蛋白、彈性蛋白和纖維蛋白作為心肌纖維化的調(diào)節(jié)因子，miRNA-29 家族可調(diào)節(jié)這些蛋白的mRNA 轉(zhuǎn)錄[34]。Dinh 等[35]對(duì)患有ⅢA 期非小細(xì)胞肺并接受了放療的癌患者的研究發(fā)現(xiàn)，接受低劑量放療的患者體內(nèi)miRNA-29a-3p 基因表達(dá)水平更高，相反，接受高劑量放療的患者體內(nèi)基因表達(dá)水平則較低。因此，當(dāng)腫瘤患者放療后出現(xiàn)miRNA-29 表達(dá)下降時(shí)，需要預(yù)防RIHD 的發(fā)生。在一項(xiàng)輻射誘導(dǎo)miRNA 水平的研究中，Esplugas 等[36]發(fā)現(xiàn)，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)2 Gy 照射2 h 時(shí)，miRNA-221 和miRNA-222的表達(dá)顯著增加，miRNA-155 的表達(dá)顯著降低，而24 h 時(shí)，miRNA-146a 和miRNA-155 的表達(dá)顯著上調(diào)，miRNA-222 的表達(dá)顯著下調(diào)。在臨床研究中，Esplugas 等[37]再次發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者在接受放療后，miRNA-221、miRNA-222 和miRNA-146a 的表達(dá)水平均較放療前顯著升高，但miRNA-155 的表達(dá)水平無(wú)明顯差異，這可能與檢測(cè)時(shí)間等有關(guān)，或受患者其他疾病的影響。根據(jù)以上細(xì)胞和臨床研究的結(jié)果，可以看出，miRNA-221、miRNA-222、miRNA-146a 和miRNA-155 的表達(dá)與RIHD 的發(fā)生密切相關(guān)，但仍需大量研究來(lái)證實(shí)其在臨床RIHD 患者中的作用。

綜上所述，miRNA 的表達(dá)受到心臟疾病不同程度的影響，miRNA 在RIHD 發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用，如果對(duì)其進(jìn)行深入探究，可能會(huì)為臨床干預(yù)RIHD 提供有效參考價(jià)值。

3 小結(jié)與展望

目前，惡性腫瘤的發(fā)病率在中國(guó)乃至全球范圍內(nèi)仍居高不下，而放療是許多不同類(lèi)型惡性腫瘤的主要治療方式。隨著惡性腫瘤患者生存時(shí)間的延長(zhǎng)，放療的晚期副作用逐漸顯現(xiàn)，減少了腫瘤患者的生存獲益，因此RIHD 也越來(lái)越被密切關(guān)注。miRNAs在RIHD 中的作用是一個(gè)相對(duì)較新的研究領(lǐng)域，對(duì)其了解才剛剛開(kāi)始，相關(guān)臨床研究報(bào)道也較少，在臨床治療中具有很大潛力。部分miRNA 在RIHD 中都具有相當(dāng)大的預(yù)測(cè)價(jià)值，但是它們是否可作為生物標(biāo)志物及早地反映RIHD，還需要更多的研究。