miRNA-195的作用機制及與心血管疾病的關系

王文峰 羅玉梅 萬新紅*

（廣東醫學院深圳市龍崗區人民醫院心血管內科，廣東 深圳 518172）

miRNA-195的作用機制及與心血管疾病的關系

王文峰 羅玉梅 萬新紅*

（廣東醫學院深圳市龍崗區人民醫院心血管內科，廣東 深圳 518172）

microRNA-195（miRNA-195）是 microRNA-15/16/195/424/497 家族中的重要成員，通過與其靶基因結合，降解靶 mRNA 或抑制蛋白質翻譯而調控基因的表達，從而在心血管病理、生理過程中起了十分重要的調控作用，尤其是心血管重塑、心力衰竭等。研究miRNA-195 參與心血管疾病發生的機制可能為治療心血管疾病提供新的思路和方法，目前對 miRNA-195 的作用機制尚未完全闡明，本文就近年來 miRNA-195 的作用機制以及與心血管疾病的關系作一綜述。

microRNA-195；心血管疾病；綜述

小分子RNA包括microRNA（簡稱miRNA）、siRNA、shortRNA等。MicroRNA是小分子RNA中的一種，廣泛存在于動物、植物、微生物和病毒中[1]。miRNA大多是基因組的非編碼區產生的一些小RNA分子，長度為18～23個核苷酸，參與調控多種水平的基因表達，其調控方式是結合到靶mRNA上，降解靶mRNA或者阻斷靶mRNA的翻譯過程[2]。自1993年Lee和2000年Reinhart等在研究線蟲的發育調控過程中發現了小分子RNA（microRNA，miRNA）Lin-4和Lin-7以來[3-5]，有關miRNA的研究迅速成為生命科學領域研究的熱點。目前在人類已經發現了1000多個miRNA，據推測，人類基因組中約30%基因受miRNA調節。同一種miRNA可能同時參與100多個基因的表達調節，而同一基因的表達可能同時受多種miRNA調節。

1 miRNA的生物合成及作用機制

miRNAs是一類高度保守的18～23個堿基長度的非編碼小RNA，通過與靶基因的3'UTR區結合來調控靶基因的表達，從而影響目標蛋白質的合成，起到調節和協調各種生命活動。miRNA包括外顯子miRNA和內含子miRNA，其主要區別是在細胞核內產生precursor miRNA（pre-miRNA）的過程。前者miRNA由miRNA基因首先在細胞核內經RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ轉錄出一個具有5'帽子和3'多聚腺苷酸的長片斷初級轉錄本，被稱為pri-miRNA，其中包含miRNA成熟體的序列形成莖環結構。在核內，莖環結構被Drosha-DGCR8復合體識別，pri-miRNA被剪接成長約70bp的具有發卡結構的miRNA前體，即pre-miRNA。后者是由相應的mRNA的內含子轉錄后，形成套索結構，然后經過剪接折疊成pre-miRNA。隨后，生成的pre-miRNA被Ran-GTP/Exportin5轉運出核[6,7]。在胞質，pre-miRNA被另一個RNaseⅢDicer剪切形成約18～22個核苷酸的雙鏈miRNA，其中一條鏈裝配入RNA誘導的沉默復合體（RISC）成為有功能的miRNA，另外一條鏈則被降解[2]。也有少數雙鏈miRNA的兩條鏈都可以進入RISC發揮重要的生物學功能[8,9]。有功能的miRNA通過堿基互補配對原則結合于核糖體靶基因的3'UTR，抑制靶基因翻譯或者降解mRNA。在植物中，miRNA多與靶基因的結合位點完全匹配導致靶mRNA的降解。對于哺乳動物，大多數miRNA與靶基因不完全配對結合，其與靶基因結合起關緊識別作用的是5'端第2～8位堿基序列，被稱為“種子序列（seedsequence）”。當miRNA與靶基因不完全配對時并不影響mRNA的表達水平，主要引起mRNA翻譯抑制，從而實現對靶基因的轉錄后調控。

2 miRNA-195的生物學功能

microRNA-195是microRNA-15/16/195/424/497家族中的重要成員，最初被預測并證實存在于小鼠中[10]，它在小鼠肺組織中特異性的高表達，隨后在人體細胞中也發現了同源的miR-195[11]。目前已證實人類miRNA-195編碼基因位于17號染色體的基因間隔區p13.1，它的成熟序列是：UAGCAGCACAGAAAUAUUGGC，與miR-15、miR-16、miR-424、miR-497擁有相同的5’核心序列：CGACGA。miRNA通過堿基配對嵌人沉默復合體與靶mRNA結合發揮作用[12]。成熟的miRNA可以有能與一個或多個mRNA部分互補，通常有3種方式：①與靶mRNA完全互補結合降解靶mRNA，多見于植物中；②與靶基因不完全互補抑制靶mRNA的翻譯，多見于哺乳動物中[13]；③有研究發現一些內源性miRNAs可能在轉錄水平對靶標mRNA及其蛋白的表達進行調控[14]。目前研究表明，miRNA-195作用的靶基因主要有WEE1、CDK6、Bcl-2、BNDF、Arl2、FLT3等，miRNA-195與其靶基因結合，相應發揮其各種重要生物學功能，下面從近年來的研究探討有關這幾種靶基因的作用機制。

2.1 WEE1

Wee1基因表達的Wee1蛋白激酶是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族的一員，從Targetscan等網站可預測Wee1在其3_UTR有兩個miR-195結合位點。在哺乳動物中，Wee1蛋白激酶家族包括Wee1A、Wee1B和Myt1三個成員，Wee1A在體細胞中表達，Wee1B在胚細胞中表達，Myt1在體細胞和胚細胞中都表達[15]。Wee1的作用方式是通過磷酸化Cdc2的Tyr15和Thr14位點，使Cdc2的活性被抑制從而來抑制細胞的有絲分裂[16]。Wee1蛋白激酶也在DNA損傷檢查點作用的過程中發揮著自己的作用。實驗證明，在裂殖酵母中，用伽馬射線誘變的種群由于Wee1蛋白激酶編碼基因缺失而無法使得G2期延長，以完成組織含有DNA損傷的細胞進入有絲分裂周期的作用[17]。已有研究表明，轉染了Wee1Hu基因的哺乳動物細胞表達Wee1激酶后可阻止顆粒酶誘導的細胞凋亡，其作用是通過抑制CDC2的活化調控細胞周期，并且Weel基因轉染靶細胞在一定程度上可抵抗CTL介導的細胞凋亡[18]。在細胞周期中，Wee1是調控G2期阻滯的關緊元件，在保證細胞進入有絲分裂前完成DNA復制以及在DNA損傷修復中起著關鍵作用。

2.2 CDK6

哺乳動物正常細胞的增殖分化有賴于細胞有序的周期活動，細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）的激活和失活在細胞周期活動中起重要調控作用。CDK被細胞周期蛋白（cyclin）激活或被CDK抑制蛋白（CKI）抑制。通過G1/S期需要CDK2、CDK4、CDK6激活，CDK6與cyclinD結合后被激活，形成Cyclin/CDK復合物，促進G1/S期的過度，在細胞增殖中起正性調節作用。

2.3 BCL-2

BCL-2基因家族廣泛存在于生物機體中，在細胞凋亡調控中可分為兩類：①抑制細胞凋亡基因：BCL-2、BCL-w、BCL-xl、Mcl-1；②促進細胞凋亡基因：Bax、Bad、Bak、Bik、Bid、Bcl-xs。機體內存在多條細胞凋亡的信號轉導途徑，其中“線粒體途徑”是最重要的途徑之一，Bcl-2家族蛋白是該途徑的關鍵調節因素[19]。研究發現，Bcl-2家族能夠調節線粒體膜上通透性轉換孔（MPTP）的啟閉，穩定MPTP的作用。BCL-2、BAX、BCL-X組成一個凋亡調控系統。BCL-2家族屬凋亡抑制基因，抗氧化阻遏細胞凋亡，延長細胞壽命，組織或減少各種刺激引起的細胞損傷，BCL-2蛋白抑制細胞器內Ca2+離子向細胞質釋放，從而抑制Ca2+離子超載導致的細胞凋亡。如在心血管疾病中，心肌細胞凋亡是心室重構和心功能不全發生的一個重要的病理生理機制，缺血、缺氧、藥物和病毒感染等因素能夠通過多個信號轉導途徑引起心肌細胞中Bcl-2家族成員表達水平的變化，影響心肌細胞凋亡的發生。

2.4 BDNF

BDNF是一種具有防止神經元死亡功能的蛋白質，近幾年的研究表明，BDNF主要通過與TrkB受體結合后激活兩條細胞內信號傳導通路：細胞外信號激酶（extracellular signal-regu|ated kinase1/2，ERK1/2）信號通路和磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI-3-K/AKT）信號通路而發揮神經保護機制[20]。前者主要激活有絲分裂蛋白激活酶進一步作用于如Elk-1等轉錄因子，增加突觸生長防止神經元凋亡，并可激活CREB而引起一系列表達反應，產生一些抗凋亡蛋白如Bcl-2等發揮抗凋亡作用。后者主要通過下調P53、GSK-3、Bad、Fasl等促凋亡蛋白并上調Bcl-2及CREB等促存活蛋白而發揮抗凋亡作用。

2.5 ADP ribosylation factor-like 2（Arl2）

ADP ribosylation factor-like 2（Arl2）即ADP核糖基化因子樣2，分布在細胞內，其具有與核苷酸結合，作為GTP酶抑制因子，與GTP結合；參與rRNA加工，微管蛋白折疊，小GTP酶介導信號轉導等活性。Arl2蛋白濃度的變化與微管蛋白池的修飾、微管動力學及細胞周期進程有關[21]。

2.6 FMS like tyrosine kinase3（FLT3）

FMS like tyrosine kinase3（FLT3）即FMS樣酪氨酸激酶3是一種酪氨酸激酶受體，與其配體結合能夠調節原始造血干/祖細胞增殖和分化，動員和刺激髓系及淋巴祖細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞和自然殺傷樹突狀細胞增殖和分化。

3 miRNA-195與心血管疾病的關系

心血管疾病已成為危害人類健康及導致死亡的主要原因，研究心血管疾病發病機制對于心血管疾病的防治具有重要意義。近來研究表明，miRNA-195與心血管疾病的發生發展有著密切關系。

3.1 miRNA-195與心臟疾病

心臟重構是心臟疾病重要的病理變化，心肌梗死等多種急慢性缺血性心肌病，都會引起心肌肥厚、心肌纖維化、基因表型改變，近期大量研究表明miRNA-195參與了心臟重塑的病理過程。為研究miRNA與心臟病變的關系，Sokol等[22]通過腺病毒質粒轉染技術在心肌細胞內過表達miRNA-195基因時發現體外培養的心肌細胞均發生肥大改變，這種改變與腎上腺素能所誘導的心肌肥大相似。Sayed等[23]的研究表明過度表達的miRNA-195引起了心臟肥大細胞的病理重構及心力衰竭。通過對病理性肥大時不同模型的研究表明，在病理情況下部分miRNA-195上調，可能啟動了胚胎時才表達的一些基因，以修復不同的應激及各種壓力給心肌造成的損害。Evavan Rooij[24]等發現在大鼠心肌肥厚過程中miR-195得到過渡的表達，從而導致了心肌的病理性生長和心衰。他們發現在活體內過度表達miR-195將導致心臟肥厚，但表現為心臟的擴張，發生擴張型心肌病，并很快導致心衰的發生。在過表達miRNA-195的轉基因小鼠中發現，早期過表達時可引起心肌肥厚，更高水平的miRNA-195過表達則引起心室腔擴大和心室變薄，主要表現為左心室壁變薄，左室半徑增大，心臟功能惡化，最終出現心力衰竭。但又指出在心臟生長過程中miR-195能重疊其抑制心肌肥大的效應，造成心肌蛋白的減少，從而造成心臟的擴張。進一步行RT-PCR顯示在轉基因小鼠中與心肌肥大相關的胚胎基因如：β-MHC、心房鈉尿肽因子及B型鈉尿蛋白表達明顯增高。提示在心肌肥大過程中出現的miRNA-195上調可能啟動了肥大的信號傳導通路，促進病變的發展。刁雪紅等[25]在糖尿病模型小鼠心肌組織中發現miR-195表達顯著上調，推測miR-195可能在高糖致心肌細胞肥大和心肌纖維化中發揮重要作用。Zhu等[26]研究表明，miR-195可能通過下調Sirt1、Bcl-2和ROS起促心肌細胞凋亡作用，因此，miR-195的可能成為糖尿病心肌病治療的新靶點。這些研究結果均說明miR-195參與了心臟病理重構，在心臟疾病的發生發展中起著重要作用。

3.2 miRNA-195與血管病變

血管平滑肌的增殖和遷移可能會導致動脈粥樣硬化和新生內膜形成，目前已證實miRNA可調節細胞增殖和表型轉化，并發現血管平滑肌細胞中含有豐富的miR-195。Wang[27]等研究發現，miR-195減少血管平滑肌細胞增殖、遷移和合成IL-1β、IL-6、IL-8，抑制Cdc42、CCND1，FGF1基因表達。通過腺病毒攜帶miR-195基因的大鼠模型中發現球囊損傷的頸動脈內膜的形成大大降低，提示miR-195抑制血管平滑肌增殖、遷移和促炎癥因子的合成，并可能減少支架植入術后患者新生內膜的形成，在血管病變中起重要作用，有望解決支架術后等血管再狹窄的問題。

4 總結與展望

在人類生命活動過程中，miRNA與靶基因不完全互補從而抑制靶mRNA的翻譯，實現對靶基因的轉錄后調控，影響多種蛋白的表達而發揮巨大的生理調控作用。研究發現，細胞增殖、凋亡是心室重構和心功能不全發生的一個重要的病理生理機制，與心血管疾病發生有著密切關系。通過上述miRNA-195的幾種重要靶基因生物學功能的總結，miRNA-195在心血管疾病中可能通過調控各種靶基因的轉錄，影響多種蛋白的表達，通過各種機制抑制細胞增殖，促進細胞凋亡，或影響細胞周期進程，調節細胞增殖分化參與心血管疾病的發生發展。自1993年miRNA發現以來，有關miRNAs的研究迅速成為生命科學領域研究的熱點，各種miRNA的生物學功能及作用機制將逐步揭曉，miRNA-195作為miRNAs中的一員，其與心血管疾病的關系正引起國內外學者關注。研究miRNA-195與心血管的關系，可能為心血管疾病的治療提供新思路，也可能在心血管疾病的評估及預后提供依據。目前有關miRNA-195的作用機制尚未闡明，為探討miRNA-195與心血管重構的關系，我們選用自發性高血壓大鼠為研究對象，用貝那普利干預，分析干預組及對照組中miRNA-195及相關指標的變化及血管增生和心肌肥厚程度，在這個實驗中，我們將會了解miRNA-195與心血管重構的作用機制。miRNA-195在心血管疾病中的作用機制及在心血管疾病防治中的應用有待進一步研究。

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