MicroRNA與年齡相關心臟功能失調(diào)的關系

張 巖 鄭連文 王曄玲 (吉林大學第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，吉林 長春 3002)

MicroRNA最早由Ambros等在秀麗新小桿線蟲(Caenorhabditis elegans)中發(fā)現(xiàn)第一個 miRNA基因Lin-4〔1〕，MicroRNA是一組調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)錄基因表達的非編碼RNA，miRNA可以與靶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA的3'配對結合，從而降低或者抑制靶基因的表達。相關基因研究揭示MicroRNA在心臟的發(fā)生發(fā)展與功能方面起著至關重要的作用，與心血管系統(tǒng)疾病密切相關。

年齡被認為是心血管疾病發(fā)生發(fā)展的重要影響因素，并且與心臟的形態(tài)學、信號途徑、收縮功能的改變有關。氧化應激是導致年齡相關的心臟形態(tài)學與功能的重要原因。研究顯示〔2〕，隨著年齡增加，心肌肥厚，心臟收縮舒張功能下降，心律失常增多。本文筆者綜述了年齡與心血管相關疾病的關系，氧化應激對心血管系統(tǒng)的影響以及miRNA在三者中的聯(lián)系。

1 老齡與心血管系統(tǒng)的關系

大量的研究表明，年齡增長導致血管結構和心臟結構的改變，進一步引起心臟和血管功能的缺失，從而引起高血壓、糖尿病、血脂異常等心血管系統(tǒng)疾病。隨著年齡的增加，大的彈性動脈管壁的厚度不斷增加。90歲老年人的頸動脈內(nèi)中膜厚度會增加2～3倍〔3〕。而且研究還表明，內(nèi)中膜的不斷增厚是獨立于年齡導致動脈粥樣硬化的一個重要威脅因素〔4〕。衰老引起血管內(nèi)皮細胞NO釋放減少。一些證據(jù)表明由于eNOS水平降低，導致老化血管內(nèi)皮細胞NO釋放減少，然而這并未在所有的研究中得到證實〔5〕。衰老還能導致心臟鈣化，隨著年齡的增長，心腔結構的一個顯著變化是心房擴大，左心室壁厚度增厚〔6〕。和收縮功能相比，老年人靜息狀態(tài)下心臟舒張率降低，原因是衰老心臟的膠原蛋白增加，彈性蛋白結構變化，二者導致左心室將硬度增加，致使左心室被動充盈障礙〔7〕。

2 氧化應激對心血管系統(tǒng)的影響

由于氧自由基過量生成或細胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)受損而導致氧自由基及其代謝產(chǎn)物過量聚集，從而對細胞產(chǎn)生毒害作用。近年來研究表明，氧化應激是導致心血管系統(tǒng)結構、功能異常的重要原因之一〔8〕。近來研究發(fā)現(xiàn)氧化應激能夠誘導血管相關基因的改變，促進炎癥反應的存在。單核細胞黏附在其中發(fā)揮關鍵作用。參與此過程的重要黏附分子有血管細胞黏附分子VCAM-1、單核細胞趨化蛋白MCP-1等，在氧化應激可以誘導多種血管基因表達的改變，包括VCAM-1基因和MCP-1基因等。有實驗研究表明過氧化氫可誘導內(nèi)皮細胞間黏附因子ICAM-1和mRNA表達增加，而抗氧化劑對此有抑制作用。有報道〔9〕氧自由基可通過損傷心肌細胞膜和改變離子通道造成心肌細胞損傷。近年研究表明，氧化應激參與了心肌細胞的凋亡。細胞產(chǎn)生的ROS所引起的繼發(fā)性氧化應激反應對心肌細胞凋亡的發(fā)生起著非常重要的作用。ROS可上調(diào)促凋亡基因bax的表達，破壞線粒體內(nèi)膜電勢，導致細胞發(fā)生不可逆的凋亡。在高血壓時，ROS產(chǎn)生過多，它可以作為信使參與信號轉(zhuǎn)導通路，影響細胞功能，調(diào)節(jié)血管緊張度，參與血管重構。血管緊張素Ⅱ是人體內(nèi)在的氧化劑，可促使氧化應激的發(fā)生，在高血壓中發(fā)揮重要作用。Care等〔10〕通過實驗表明Ang可誘導主動脈產(chǎn)生ROS，導致內(nèi)皮依賴性血管舒張功能減退。

Cheng等〔9〕研究表明，在心肌氧化應激模型中，過度表達的miRNA-21，可以抑制凋亡基因Programmed cell death 4的表達，從而保護心臟免于氧化應激損傷。van Rooij等〔11〕研究表明，在心肌缺血模型中，miRNA-1和miRNA-133的表達水平顯著增高，而心肌細胞凋亡加劇。同時對H9c2大鼠心肌細胞研究揭示，miRNA-1和miRNA-133在氧化應激引起的細胞凋亡效應中起到的作用是不同的，miRNA-1能夠?qū)е录毎蛲觯鴐iRNA-133則抑制細胞凋亡。在氧化應激下，miRNA-1表達水平升高，能夠在抗凋亡蛋白(heat shock cognate protein)和HSP70轉(zhuǎn)錄水平不變的情況下，下調(diào)其蛋白質(zhì)的表達量。但是，miRNA-133能從mRNA水平和蛋白質(zhì)水平抑制凋亡相關的半胱氨酸肽酶的表達。推測miRNA-133能夠負向調(diào)節(jié)心肌凋亡，而對心肌起到保護作用。

3 MicroRNA對年齡相關心臟功能改變的調(diào)節(jié)

目前研究發(fā)現(xiàn)，在心肌肥厚和心衰發(fā)生發(fā)展過程中表達下調(diào)的miRNA的功能常常是抑制心肌細胞肥厚的，有研究發(fā)現(xiàn)在AKT轉(zhuǎn)基因鼠和人心肌肥厚組織檢測揭示miRNA-1和miRNA-133作用于 RhoA、Cdc42、Nelf-A/WHSC2基因而抑制心肌肥厚〔12〕。當二者表達下調(diào)時則促發(fā)心肌肥厚。van Rooij等〔11〕利用miRNA微陣列分析發(fā)現(xiàn)，人類心肌細胞肥大時，miRNA-21、miRNA-23、miRNA-24、miRNA-195 和 miRNA-214 等一系列microRNA表達上調(diào)。MiRNA-24、miRNA-195和miRNA-214轉(zhuǎn)基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-24會導致小鼠胚胎致死，miRNA-214則對表型沒有明顯影響，而miRNA-195出生后2 w就發(fā)展成擴張性心肌病和心衰，這表明miRNA-195過表達就足以促發(fā)心肌病〔13〕。

Zhao等〔14〕通過研究敲除了miRNA的模式小鼠發(fā)現(xiàn)純合子小鼠出現(xiàn)室間隔缺損，并且發(fā)現(xiàn)他們中一半死于胚胎期，活下來的突變體很大一部分出現(xiàn)心臟電生理異常。進一步研究表明，miRNA-1-2靶基因為Irx5。這個基因編碼1個心肌轉(zhuǎn)錄因子，他能抑制鉀離子通道蛋白KV4的表達，從而調(diào)控心臟的電活動。Yang等〔15〕研究揭示大鼠心肌梗死后往心臟導入miRNA-1，能夠?qū)е翾RS波群增大，QT間期延長，心律失常率增加。若用反義寡核苷酸抑制miRNA-1的表達，可以降低心律失常率。miRNA通過抑制靶基因Kcnj2(Potassium inwardly-rectifying channel)和Gja1的表達實現(xiàn)的。Kcnj2編碼鉀離子通道亞單位Kir21蛋白，調(diào)控心臟細胞靜息電位，Gja1編碼傳導興奮的縫隙連接蛋白CX43編碼。

4 展望

隨著年齡的增長，血管和心臟結構均發(fā)生結構重構。microRNA對靶基因的作用導致相關信號分子或者功能蛋白的增加和減少。導致心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生。microRNA的研究對于RNA干擾提供了新思路，為基因治療年齡相關的心血管疾病提供依據(jù)。

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