miRNA-21與心血管疾病

姚 怡 綜述，王曉斌 審校

(瀘州醫學院附屬醫院麻醉科，四川 瀘州 646000)

第一個miRNA lin-4發現于1993年線蟲發育過程的研究中[1]。2001年在脊椎動物中也發現了miRNA[2]。現今，人類超過800個基因被克隆排序[3]，估計miRNA基因數量可高達1 000個以上[4]。miRNA通過降解、翻譯抑制或激活目標mRNA調節其目標基因的表達[5]。miRNA可能直接調節細胞中至少30%的基因表達[6]。最近5年，部分miRNA包括miRNA-21的生物學功能已被研究證實[7]。miRNA-21由單個基因編碼，進化上高度保守。人類的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的miRNA不同，miRNA-21在哺乳動物器官組織如心臟、小腸、結腸、脾中廣泛表達[9]，其生物作用在腫瘤研究方面已被很好證明[7-8]，確實已發現miRNA-21在許多腫瘤組織中存在過度表達。目前，miRNA-21在心血管生化和疾病方面的作用已引起廣泛關注。miRNA-21在血管平滑肌(VSMC)[10]、內皮細胞[11]、心肌細胞[12]和心臟成纖維細胞[13]中均呈高表達，有趣的是在許多心血管疾病中存在異常高表達。近年來通過功能獲得和丟失方法系列研究發現miRNA-21心血管疾病中發揮了重要作用，其目標基因已逐步被證實。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制。

1 miRNA-21與增殖性血管疾病

血管內膜病變是血管疾病如動脈粥樣硬化、冠心病、血管重建、血管移植常見病理現象。通過建立大鼠頸動脈血管內膜損傷模型，我們確定了血管成形術后的miRNA表達譜[10]，多個miRNA的表達有顯著差異。與正常血管比較，球囊損傷的動脈miRNA-21的表達增加了5倍以上。先在球囊損傷的頸動脈血管內敲除miRNA-21過度表達則明顯抑制了血管內膜生長[10]。體內和體外實驗均證實miRNA-21主要通過抗平滑肌細胞凋亡和促進平滑肌細胞的增殖效應調節血管內皮增生。分子機制而言，第10染色體去除的磷酸酶和彈力蛋白同工異構體(PTEN)和PDCD4(死亡程序4)受miRNA-21調節。PTEN主要調節細胞生成、凋亡、肥大、萎縮，在心肌細胞、成纖維細胞、內皮細胞、血管平滑肌細胞均有表達，通過其靶點p13k和Akt發揮作用[14]，因而是心血管疾病發生的重要因子。PDCD4是腫瘤抑制基因，對血管平滑肌細胞和心肌細胞有重要的調節作用。通過小鼠動脈結扎損傷模型，發現增殖血管中miRNA-21上調，進一步證實了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 心肌肥大是導致心血管疾病發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、內分泌疾病等心血管疾病的常見病理反應，常導致心功能衰竭，是導致心血管疾病發病和死亡的重要因素。miRNAs是心肌細胞分化、生長的重要調節因子，因此有充足的理由認為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，均發現miRNA-21表達明顯上調[12，15]。盡管尚有爭議，多個研究證實miRNA-21對肥大心肌的形成起著至關重要的作用[12，15-20]。Thum等[16]報道心肌細胞中miRNA-21沒有高表達。而Cheng等[12，17-18]發現心肌細胞中存在較高表達的miRNA-21。存在爭議性結果的一個原因是心肌細胞中miRNA-21的表達與發育有關。新生大鼠心肌細胞中miRNA-21表達明顯高于成年大鼠[16]。體外培養的心肌細胞中，抑制miRNA-21對心肌肥大有明顯抑制作用[12，19]。miRNA-21是心肌細胞生長的關鍵調節因子[20]，抑制miRNA-21的表達能阻止β腎上腺素受體刺激誘發的心肌細胞生長，相反，miRNA-21過度表達的心肌細胞生長明顯加快。進一步的研究證實，miRNA-21介導的心肌細胞長出主要與其靶基因SPRY2有關。Thum等[16]也證實了體內實驗中miRNA-21的影響作用。這些研究證實在成年小鼠心臟中下調miRNA-21表達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 纖維化心肌細胞中miRNA-21表達明顯高于正常心肌細胞。Thum等[16]發現心功不全的心肌成纖維細胞中，miRNA-21顯著上調。由于心肌應急而上調的miRNA-21增強EPK-MAP激酶信號傳導，導致成纖維細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miRNA-21基因沉默可降低EPK-MAP激酶信號傳導系統活性，抑制間質纖維化和心肌功能減弱。miRNA-21抑制不僅阻止了心肌肥厚，而且能夠逆轉應急所致的心肌重構。SPTY1(一個潛在的Ras/MEK/ERK通路的抑制劑)被發現是miRNA-21的直接靶基因，并介導了miRNA-21對心肌纖維化的作用[16]。

3 miRNA-21與缺血性心臟疾病

3.1 急性心肌梗塞長期是發達國家病死的主要因素 van Rooij等[21]鑒定了在心肌梗塞后期(心梗后3～14 d)心肌細胞中miRNA表達情況，這些研究發現miRNA-21、miRNA-214和miRNA-223在梗塞心肌邊緣區域上調[18]。Cheng等發現心肌梗塞后6～24 h，大鼠梗塞心肌區miRNA-21表達顯著下調，但邊緣區域則上調。有趣的是，通過腺病毒介導的基因轉染使miRNA-21的過度表達可減少心肌梗塞24 h后心肌梗死的面積，miRNA-21對抗缺血引起的心肌細胞梗死和心肌纖維化的保護效應部分通過其靶基因PDCD4及其下游分子活化蛋白(AP1)調節[5]。Yin等[22]在體內小鼠模型中鑒定了miRNA-21對缺血灌注損傷的心肌具有保護作用。他們發現用熱休克或預處理誘導miRNAs表達包括miRNA-21可明顯減少心肌梗塞面積，并進一步證實上調的熱休克蛋白70(HSP70)、內皮誘導性一氧化氮合成酶可能參與了這些miRNAs介導的心肌保護[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染的方式進行表達，因此這些miRNAs的作用基于個體差異而存在較大變化，miRNA-21對靶基因的作用應該在未來的研究中給予證實。另外與外源性或化學修飾的miRNAs不同，裸露的miRNAs因在血液中不穩定，miRNA-21的治療作用不可能通過裸露的miRNA-21來誘導。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特征 Roy等[13]證實miRNA-21在小鼠缺血再灌注損傷所致的心臟重構期間心肌纖維化中發揮了主導作用。他們鑒定出PTEN是miRNA-21介導的心肌纖維化的靶基因，調控miR-21的表達通過其靶基因PTEN對基質金屬蛋白酶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。事實上，MMP-2也是多種伴氧化應激的疾病，如缺血灌注損傷、心功不全、動脈粥樣硬化、動脈瘤等的關鍵蛋白酶[24]。

4 miRNA-21與人類心血管疾病

miRNA-21序列在整個脊椎物種中比較保守，變化不大。但人和其他脊椎動物的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-21參與人類心血管疾病[25，16，19，26]。van Rooij等[25]報道未發現心功不全的患者miRNA-21表達有所改變，Ikeda等[26]采用微觀序列分析，在人類缺血性心臟病、擴張性心臟病及主動脈瓣狹窄中也沒發現miRNA-21表達有明顯變化。相反，Thum等[16，19]報道心功不全患者心臟中miRNA-21高度表達。出現不同結果的原因可能和患者篩選、病程以及檢測miRNA-21方法的不同有關。采用心血管疾病患者的脈管、血細胞以及血液miRNAs揭示miRNA-21的作用可望成為這一領域新的研究方法。

5 結論與展望

基礎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。識別和驗證miRNAs的靶基因是全面認識miRNA功能以及心血管疾病診療前景重要一環[27]。目前結合統計學、生物信息、心血管實驗方法心血管系統僅明確miRNA-21的四個靶基因[28]。miRNA-21的靶基因可能有其特異性[29]。如SPRY1不僅是miRNA-21在心肌細胞的靶基因，也是miRNA-21在心肌成纖維細胞的靶基因[16]。心血管疾病病程中，血管內皮細胞和白細胞作用不容忽視，miRNA-21在這些細胞中的作用尚待研究。現已證實miRNA-21的表達在組織、發展階段、特定疾病方面受到嚴格調控[30]，但還不清楚病變心臟和血管中miRNA-21的表達如何調節。miRNA-21在人類組織中廣泛表達的，隨著檢測技術和研究方法的發展，調節miRNA-21的表達將成為心血管疾病診療的新靶點。

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