miRNA-21與心血管疾病

姚 怡 綜述，王曉斌 審校

(瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科，四川 瀘州 646000)

第一個(gè)miRNA lin-4發(fā)現(xiàn)于1993年線蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程的研究中[1]。2001年在脊椎動(dòng)物中也發(fā)現(xiàn)了miRNA[2]。現(xiàn)今，人類(lèi)超過(guò)800個(gè)基因被克隆排序[3]，估計(jì)miRNA基因數(shù)量可高達(dá)1 000個(gè)以上[4]。miRNA通過(guò)降解、翻譯抑制或激活目標(biāo)mRNA調(diào)節(jié)其目標(biāo)基因的表達(dá)[5]。miRNA可能直接調(diào)節(jié)細(xì)胞中至少30%的基因表達(dá)[6]。最近5年，部分miRNA包括miRNA-21的生物學(xué)功能已被研究證實(shí)[7]。miRNA-21由單個(gè)基因編碼，進(jìn)化上高度保守。人類(lèi)的miRNA-21基因位于染色體17q23.2，與蛋白編碼基因VMP1(或TMEM49)重疊。與其他一些選擇性較強(qiáng)的miRNA不同，miRNA-21在哺乳動(dòng)物器官組織如心臟、小腸、結(jié)腸、脾中廣泛表達(dá)[9]，其生物作用在腫瘤研究方面已被很好證明[7-8]，確實(shí)已發(fā)現(xiàn)miRNA-21在許多腫瘤組織中存在過(guò)度表達(dá)。目前，miRNA-21在心血管生化和疾病方面的作用已引起廣泛關(guān)注。miRNA-21在血管平滑肌(VSMC)[10]、內(nèi)皮細(xì)胞[11]、心肌細(xì)胞[12]和心臟成纖維細(xì)胞[13]中均呈高表達(dá)，有趣的是在許多心血管疾病中存在異常高表達(dá)。近年來(lái)通過(guò)功能獲得和丟失方法系列研究發(fā)現(xiàn)miRNA-21心血管疾病中發(fā)揮了重要作用，其目標(biāo)基因已逐步被證實(shí)。本文主要介紹miRNA-21及其靶基因在心血管疾病中的作用和機(jī)制。

1 miRNA-21與增殖性血管疾病

血管內(nèi)膜病變是血管疾病如動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病、血管重建、血管移植常見(jiàn)病理現(xiàn)象。通過(guò)建立大鼠頸動(dòng)脈血管內(nèi)膜損傷模型，我們確定了血管成形術(shù)后的miRNA表達(dá)譜[10]，多個(gè)miRNA的表達(dá)有顯著差異。與正常血管比較，球囊損傷的動(dòng)脈miRNA-21的表達(dá)增加了5倍以上。先在球囊損傷的頸動(dòng)脈血管內(nèi)敲除miRNA-21過(guò)度表達(dá)則明顯抑制了血管內(nèi)膜生長(zhǎng)[10]。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)均證實(shí)miRNA-21主要通過(guò)抗平滑肌細(xì)胞凋亡和促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖效應(yīng)調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮增生。分子機(jī)制而言，第10染色體去除的磷酸酶和彈力蛋白同工異構(gòu)體(PTEN)和PDCD4(死亡程序4)受miRNA-21調(diào)節(jié)。PTEN主要調(diào)節(jié)細(xì)胞生成、凋亡、肥大、萎縮，在心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞均有表達(dá)，通過(guò)其靶點(diǎn)p13k和Akt發(fā)揮作用[14]，因而是心血管疾病發(fā)生的重要因子。PDCD4是腫瘤抑制基因，對(duì)血管平滑肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞有重要的調(diào)節(jié)作用。通過(guò)小鼠動(dòng)脈結(jié)扎損傷模型，發(fā)現(xiàn)增殖血管中miRNA-21上調(diào)，進(jìn)一步證實(shí)了miRNA-21在增殖性血管疾病中的作用。

2 miRNA-21與心肌肥大和心功不全

2.1 心肌肥大是導(dǎo)致心血管疾病發(fā)病和死亡的重要因素 心肌肥大是高血壓、缺血性心臟病、血管疾病、內(nèi)分泌疾病等心血管疾病的常見(jiàn)病理反應(yīng)，常導(dǎo)致心功能衰竭，是導(dǎo)致心血管疾病發(fā)病和死亡的重要因素。miRNAs是心肌細(xì)胞分化、生長(zhǎng)的重要調(diào)節(jié)因子，因此有充足的理由認(rèn)為miRNAs在心肌肥厚和心衰中有著重要作用。在小鼠心肌肥大的疾病模型中，均發(fā)現(xiàn)miRNA-21表達(dá)明顯上調(diào)[12，15]。盡管尚有爭(zhēng)議，多個(gè)研究證實(shí)miRNA-21對(duì)肥大心肌的形成起著至關(guān)重要的作用[12，15-20]。Thum等[16]報(bào)道心肌細(xì)胞中miRNA-21沒(méi)有高表達(dá)。而Cheng等[12，17-18]發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞中存在較高表達(dá)的miRNA-21。存在爭(zhēng)議性結(jié)果的一個(gè)原因是心肌細(xì)胞中miRNA-21的表達(dá)與發(fā)育有關(guān)。新生大鼠心肌細(xì)胞中miRNA-21表達(dá)明顯高于成年大鼠[16]。體外培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中，抑制miRNA-21對(duì)心肌肥大有明顯抑制作用[12，19]。miRNA-21是心肌細(xì)胞生長(zhǎng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[20]，抑制miRNA-21的表達(dá)能阻止β腎上腺素受體刺激誘發(fā)的心肌細(xì)胞生長(zhǎng)，相反，miRNA-21過(guò)度表達(dá)的心肌細(xì)胞生長(zhǎng)明顯加快。進(jìn)一步的研究證實(shí)，miRNA-21介導(dǎo)的心肌細(xì)胞長(zhǎng)出主要與其靶基因SPRY2有關(guān)。Thum等[16]也證實(shí)了體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中miRNA-21的影響作用。這些研究證實(shí)在成年小鼠心臟中下調(diào)miRNA-21表達(dá)能減小心臟大小和重量。

2.2 心肌纖維化是心肌肥大和心功不全的一大病理因素 纖維化心肌細(xì)胞中miRNA-21表達(dá)明顯高于正常心肌細(xì)胞。Thum等[16]發(fā)現(xiàn)心功不全的心肌成纖維細(xì)胞中，miRNA-21顯著上調(diào)。由于心肌應(yīng)急而上調(diào)的miRNA-21增強(qiáng)EPK-MAP激酶信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致成纖維細(xì)胞增殖和心肌纖維化。相反，成年小鼠心臟肥大和心功不全模型中，通過(guò)miRNA-21基因沉默可降低EPK-MAP激酶信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)活性，抑制間質(zhì)纖維化和心肌功能減弱。miRNA-21抑制不僅阻止了心肌肥厚，而且能夠逆轉(zhuǎn)應(yīng)急所致的心肌重構(gòu)。SPTY1(一個(gè)潛在的Ras/MEK/ERK通路的抑制劑)被發(fā)現(xiàn)是miRNA-21的直接靶基因，并介導(dǎo)了miRNA-21對(duì)心肌纖維化的作用[16]。

3 miRNA-21與缺血性心臟疾病

3.1 急性心肌梗塞長(zhǎng)期是發(fā)達(dá)國(guó)家病死的主要因素 van Rooij等[21]鑒定了在心肌梗塞后期(心梗后3～14 d)心肌細(xì)胞中miRNA表達(dá)情況，這些研究發(fā)現(xiàn)miRNA-21、miRNA-214和miRNA-223在梗塞心肌邊緣區(qū)域上調(diào)[18]。Cheng等發(fā)現(xiàn)心肌梗塞后6～24 h，大鼠梗塞心肌區(qū)miRNA-21表達(dá)顯著下調(diào)，但邊緣區(qū)域則上調(diào)。有趣的是，通過(guò)腺病毒介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)染使miRNA-21的過(guò)度表達(dá)可減少心肌梗塞24 h后心肌梗死的面積，miRNA-21對(duì)抗缺血引起的心肌細(xì)胞梗死和心肌纖維化的保護(hù)效應(yīng)部分通過(guò)其靶基因PDCD4及其下游分子活化蛋白(AP1)調(diào)節(jié)[5]。Yin等[22]在體內(nèi)小鼠模型中鑒定了miRNA-21對(duì)缺血灌注損傷的心肌具有保護(hù)作用。他們發(fā)現(xiàn)用熱休克或預(yù)處理誘導(dǎo)miRNAs表達(dá)包括miRNA-21可明顯減少心肌梗塞面積，并進(jìn)一步證實(shí)上調(diào)的熱休克蛋白70(HSP70)、內(nèi)皮誘導(dǎo)性一氧化氮合成酶可能參與了這些miRNAs介導(dǎo)的心肌保護(hù)[22]。然而，miRNAs如何取得其治療作用目前還不清楚。由于這些miRNAs基因能很好地被他們的前體和腺病毒轉(zhuǎn)染的方式進(jìn)行表達(dá)，因此這些miRNAs的作用基于個(gè)體差異而存在較大變化，miRNA-21對(duì)靶基因的作用應(yīng)該在未來(lái)的研究中給予證實(shí)。另外與外源性或化學(xué)修飾的miRNAs不同，裸露的miRNAs因在血液中不穩(wěn)定，miRNA-21的治療作用不可能通過(guò)裸露的miRNA-21來(lái)誘導(dǎo)。然而，為了確定這些miRNAs在體外的治療作用，需要做更多的研究。使用腺病毒可能成為近期揭示miRNAs的作用機(jī)制有效途徑[23]。

3.2 心肌纖維化是缺血性心臟病的一種心臟重構(gòu)特征 Roy等[13]證實(shí)miRNA-21在小鼠缺血再灌注損傷所致的心臟重構(gòu)期間心肌纖維化中發(fā)揮了主導(dǎo)作用。他們鑒定出PTEN是miRNA-21介導(dǎo)的心肌纖維化的靶基因，調(diào)控miR-21的表達(dá)通過(guò)其靶基因PTEN對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2有明顯作用，值得注意的是MMP-2的生物作用不僅限于纖維化。事實(shí)上，MMP-2也是多種伴氧化應(yīng)激的疾病，如缺血灌注損傷、心功不全、動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈瘤等的關(guān)鍵蛋白酶[24]。

4 miRNA-21與人類(lèi)心血管疾病

miRNA-21序列在整個(gè)脊椎物種中比較保守，變化不大。但人和其他脊椎動(dòng)物的miR-21的基因位置不同。人的miRNA-21位于染色體17，大鼠和小鼠則分別位于染色體10和染色體21。人體心血管疾病組織不象腫瘤組織易得，目前僅有4篇論文研究了miRNA-21參與人類(lèi)心血管疾病[25，16，19，26]。van Rooij等[25]報(bào)道未發(fā)現(xiàn)心功不全的患者miRNA-21表達(dá)有所改變，Ikeda等[26]采用微觀序列分析，在人類(lèi)缺血性心臟病、擴(kuò)張性心臟病及主動(dòng)脈瓣狹窄中也沒(méi)發(fā)現(xiàn)miRNA-21表達(dá)有明顯變化。相反，Thum等[16，19]報(bào)道心功不全患者心臟中miRNA-21高度表達(dá)。出現(xiàn)不同結(jié)果的原因可能和患者篩選、病程以及檢測(cè)miRNA-21方法的不同有關(guān)。采用心血管疾病患者的脈管、血細(xì)胞以及血液miRNAs揭示miRNA-21的作用可望成為這一領(lǐng)域新的研究方法。

5 結(jié)論與展望

基礎(chǔ)研究和臨床研究均揭示miRNA-21在多種心血管疾病起著重要作用。識(shí)別和驗(yàn)證miRNAs的靶基因是全面認(rèn)識(shí)miRNA功能以及心血管疾病診療前景重要一環(huán)[27]。目前結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物信息、心血管實(shí)驗(yàn)方法心血管系統(tǒng)僅明確miRNA-21的四個(gè)靶基因[28]。miRNA-21的靶基因可能有其特異性[29]。如SPRY1不僅是miRNA-21在心肌細(xì)胞的靶基因，也是miRNA-21在心肌成纖維細(xì)胞的靶基因[16]。心血管疾病病程中，血管內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞作用不容忽視，miRNA-21在這些細(xì)胞中的作用尚待研究。現(xiàn)已證實(shí)miRNA-21的表達(dá)在組織、發(fā)展階段、特定疾病方面受到嚴(yán)格調(diào)控[30]，但還不清楚病變心臟和血管中miRNA-21的表達(dá)如何調(diào)節(jié)。miRNA-21在人類(lèi)組織中廣泛表達(dá)的，隨著檢測(cè)技術(shù)和研究方法的發(fā)展，調(diào)節(jié)miRNA-21的表達(dá)將成為心血管疾病診療的新靶點(diǎn)。

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