微小核糖核酸-21與缺血性心臟病關系的研究進展﹡

蘇強綜述，李浪審校

微小核糖核酸-21與缺血性心臟病關系的研究進展﹡

蘇強綜述，李浪審校

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）是在真核生物中發現的一類可調控基因表達的內源性非編碼單鏈小分子RNA，長約18～25個核苷酸，參與細胞增殖、分化、免疫調節、凋亡、機體代謝等病理生理過程。近年來研究發現，微小RNA-21在缺血性心臟病中呈現差異性表達，可以通過負調節第10染色體去除的磷酸酶和彈力蛋白同工異構體（PTEN）、程序性細胞死亡因子4（PDCD4）、Sprouty1/2等靶基因在心肌梗死、心肌梗死后纖維化、支架內再狹窄等方面起到重要的作用。本文就微小RNA-21在缺血性心臟病中的作用以及未來應用的前景進行綜述。

微小核糖核酸-21；缺血性心臟病

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）是在真核生物中發現的一類可調控基因表達的內源性非編碼單鏈小分子RNA，長約18～25個核苷酸?？商禺愋宰R別靶基因的3’非編碼區（3’UTR）并與之結合，引起mRNA的降解或翻譯受到抑制，從而發揮負性調節作用，參與細胞增殖、分化、免疫調節、凋亡、機體代謝等病理生理過程[1-3]。從1993年Lee等[4]利用遺傳分析方法首次在秀麗隱桿線蟲發現了第一個miRNA-lin-4以來，到目前，人類已發現的miRNA超過1 000種[5]。近年來研究發現，miRNA-21在缺血性心臟病中呈現差異性表達并且參與其病理生理過程，本文就miRNA-21在心肌梗死(心梗)、心梗后纖維化、支架內再狹窄等方面的作用綜述。

1 微小核糖核酸-21的概述

miRNA-21是miRNA家族中的一個亞型，定位于17號染色體，跨膜蛋白49(TMEM49)基因的第10個內含子上，其全長22 nt，由72 nt的莖環節構前體剪切加工成熟，是一種非常典型的基因編碼區域內的miRNA，但是miRNA-21不受其他編碼基因區域啟動子的限制，而有其自身的啟動子區域，在多種病理狀態下(如腫瘤、心血管疾病等)呈過表達[6-8]。miRNA-21的轉錄調控機制相當復雜，涉及多種轉錄因子，可以分為正向調節因子和負向調節因子，而在時間上又可分為轉錄前調節因子和轉錄后調節因子，有部分調控miRNA-21的轉錄因子本身也是miRNA-21的靶基因。miRNA-21轉錄因子包括核因子I/B(NFI/B)、激活蛋白1(AP-1)、雌激素受體α(ERα)及雄激素受體(AR)等[9,10]。目前miRNA-21證實存在的靶基因有程序性細胞死亡因子4（PDCD4）、彈力蛋白同工異構體（PTEN）、Sprouty1/2、肌球蛋白1（TPM1）、回復引導半胱氨酸豐富蛋白Kazal基元（RECK）、p53、組織金屬蛋白酶抑制因子3 (TIMP3)、豆蔻?；槐彼峒っ窩底物(MARCKS)、酸性核磷酸蛋白32A（ANP32A）、Smarca 4等[11]。miRNA-21在血管平滑肌、內皮細胞、心肌細胞和心臟成纖維細胞中均有表達，在不同的心臟疾病中呈現出不同的作用[12-15]。

2 微小核糖核酸-21與缺血性心臟病

近年來研究發現，miRNA-21在許多主要心血管細胞類型呈現高表達，并且在許多心血管疾病上呈現差異性表達，尤其見于缺血性心臟病，通過敲除和過表達miRNA-21，發現它可能在缺血性心臟病的發生、發展中發揮重要的作用[16]。

微小核糖核酸-21與心肌梗死：急性心梗以其高發病率及高病死率成為威脅人類健康和生命的主要原因。在過去的幾十年里，在對其發病機制及防治認識方面取得了重大進展，關于miRNA-21與心梗關系的研究也日漸增多，Van Rooij等[17]研究發現在急性心梗晚期（心梗發生后3～14天）能夠檢測到miRNAs差異性表達。研究人員觀察到在梗死心臟邊緣區miRNA-21、miRNA-214及miR-223表達明顯上調。Dong等[18]通過結扎SD大鼠左冠狀動脈（冠脈）建立急性心梗模型，在心梗早期（心梗發生后6～24小時）檢測miRNAs表達情況，發現miRNA-21在梗死區表達明顯降低，在梗死邊緣區表達顯著提高，并且可以通過缺血預處理阻止這種分布異常。心梗發生后24小時，通過腺病毒介導基因轉染技術，在心肌組織中過表達miRNA-21，能夠減少心梗面積，結合蛋白質印跡法及熒光素酶分析結果，提示其保護機制主要通過負反饋調控其靶基因PDCD4和其下游分子AP-1實現的。Cheng等[19]在大白鼠缺血再灌模型中也證實了miRNA-21通過抑制PDCD4表達從而發揮抗凋亡作用, 進而改善心肌缺血損傷效應。Cheng等還發現在暴露于H2O2的心肌細胞中miRNA-21明顯上調，經miRNA-21預處理后可以明顯減少H2O2誘導的心肌細胞凋亡，而抑制miRNA-21表達可直接上調靶基因PDCD4的表達從而減弱miRNA-21的心肌保護效應[20]。miRNA-21參與心肌缺血的保護效應已值得到肯定，除了能作用于PDCD4外，其他的預測靶基因及信號通路還需要進一步證實。

在體外小鼠模型中，Yin等[21]研究也證實了miRNA-21在缺血再灌注心肌損傷中的保護作用。他們發現通過熱休克（相當于心肌缺血預處理的一種方式）或是miRNA-21誘導的預處理，可明顯減少心肌的梗死面積，miRNA-21介導的心肌保護作用可能與上調熱休克蛋白70（HSP70）及誘導內皮細胞合成一氧化氮增加有關[21,22]。此外，Qin等[14]研究發現，在缺血再灌注損傷大鼠模型中，miRNA-21可以通過抗心肌細胞凋亡的作用從而抑制早期的左心室重構。然而，是否能夠通過注入成熟的miRNAs來達到治療的效果，目前還不是很清楚。據一些未發表的數據顯示，其他一些成熟的miRNAs不能有效地調控其靶基因。相反，這些miRNAs的前體或是經腺病毒介導轉染后能夠成功的調控其靶基因。因此，成熟的miRNAs可因個體差異而發生不同的效應，成熟miRNA-21對其靶基因的調控作用尚須進一步研究。此外，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miR-2l來誘導。為了確定這些miRNAs在體內的治療作用，需要做更多的研究。使用腺病毒可能成為近期揭示miRNAs的作用機制的有效途徑[23]。

微小核糖核酸-21與心肌梗死后纖維化：心肌纖維化是心梗后發生心室重構、心律失常、心功能衰竭等嚴重并發癥的主要原因之一，是缺血性心臟疾病心肌重構的一個重要特征。多項研究表明，miRNA-21涉及心肌纖維化的發生發展過程[24]。Roy等[25]研究發現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，并且證實心肌纖維細胞中PTEN為miRNA-21直接靶基因，通過作用于PTEN，miRNA-21能夠明顯調控基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）的表達，miRNA-21的促心肌纖維化可能是通過上調MMP-2的表達量而實現的。值得注意的是，MMP-2的生物學作用不僅僅局限于纖維化，而且作為一種關鍵酶，參與了氧化應激的各種病理過程，如心肌缺血再灌注、心力衰竭(心衰)、動脈粥樣硬化、動脈瘤的發生及其血管新生[26-30]。此外，Cardin等[31]在心梗后出現心衰的大鼠中發現，左心房重構是心梗后大鼠發生心房顫動（房顫）的主要原因，敲除miRNA-21可以顯著抑制左心房纖維化以并減少房顫的發生率。Thum等[32]研究還發現，心衰時miRNA-21在成纖維細胞中通過下調其靶基因Sprouty1的表達，激活ERK-MAP激酶信號傳導通路，促進成纖維細胞增殖和心肌纖維化，進而加重心力衰竭的發生發展。有趣的是，Patrick等[33]在2010年的一項研究中發現，在心臟的應激狀態下，敲除miRNA-21基因的小鼠并未能減少心肌纖維化的發生，估計該研究結果與其他研究不同的主要原因可能是由于試驗技術方法不同所致，有的研究使用的是鎖核酸（一種人工合成的反義寡核苷酸，其中核苷酸殘基的核糖環的2′-氧和4′-碳通過亞甲基連接。與靶核酸分子具有強的雜交能力，不易被酶降解，應用于抑制靶核酸功能的研究）修飾寡核苷酸抑制miRNA-21表達[33]，有的研究用的是膽固醇修飾寡核苷酸抑制miRNA-21表達[32]，因此關于miRNA-21在心肌纖維化中的作用機制，還需要更多的研究用統一的實驗方法進一步論證。

微小核糖核酸-21與冠狀動脈血管成形術：經皮冠狀動脈脈介入治療（PCI）能解除冠脈狹窄以及開通閉塞的冠脈，是治療缺血性心臟病的主要方法之一，在過去的二十多年中，從技術、器械到輔助用藥都有了長足進步，隨著對不同類型缺血性心臟病病理生理過程認識的深化，PCI的成功率、安全性以及療效的持續性等方面均獲得了很大的提高[34]。然而，目前支架內再狹窄發生率仍然很高，尤其是冠脈復雜病變及合并糖尿病等并發癥者更易發生，支架內再狹窄依然是PCI治療所面臨的最大挑戰。降低再狹窄率的治療措施，如球囊成形術、切割球囊技術、冠脈旋磨術及激光冠脈成形術等冠脈內斑塊消蝕術、藥物涂層支架等預防支架內再狹窄取得了一定的成績，但支架內再狹窄的發生率仍然能達到10%以上[35,36]。

PTEN為miRNA-21的靶基因之一，可抑制血管平滑肌細胞增殖，減少再狹窄的發生率。Ji等[37]研究了大鼠頸動脈球囊血管成形術后miRNA基因表達譜，發現miRNA-21明顯上調，在培養的平滑肌細胞中敲除miRNA-21，細胞增殖減少、細胞凋亡增加。結果表明在平滑肌細胞中miRNA-21具有促增殖和抗凋亡的作用，并且進一步證明在血管成形術后，miRNA-21是通過PTEN、Bcl-2介導細胞增殖和凋亡，從而促進和抑制血管壁新生內膜形成。以上研究表明：miRNA-21可能會在未來成為抗支架內再狹窄的新靶點。

3 微小核糖核酸-21治療缺血性心臟病的應用現狀

由于miRNA-21在缺血性心臟病不同發病階段中所起的作用不一，因此在心肌缺血尤其是心梗的不同時期應用也不一樣。在心梗早期階段，上調miRNA-21是調控缺血心肌保護機制的主要環節之一，可以起到預防及保護心肌損傷作用。當缺血心肌出現心肌重構以及心功能不全時，下調miRNA-21在心肌組織中的表達，可以減少心肌纖維化，改善心功能。不難發現在缺血性心肌病不同階段調控miRNA-21在心肌組織中的表達對于改善缺血心肌的預后有著重要的意義。因此，為了達到治療目的，可以從影響miRNA-21表達、穩定性和功能方面著手。近幾年已經出現一些新興的技術手段，主要包括以下幾個方面。①給予外源性的微小核糖核酸-21：近年來研究發現，可以通過人工合成或載體（病毒、脂質體）構建補充外源性的miRNA-21而起到心肌保護的作用。Yin等[21]通過給大鼠左室壁直接注射miRNA-21，能減少24h后缺血/再灌注引起的左室梗死面積。Tatsuguchi等[38]以脂質體為載體，將miRNA-21成功轉染至肥大的心肌細胞，可以明顯抑制心肌肥厚的趨勢，起到心肌保護的作用。有學者想將腺病毒成為miRNAs發揮治療作用的有效載體[23]，其轉染效率較高，但腺病毒具肝毒性、致癌、致畸、致炎性等副作用，安全性較差，限制其廣泛使用。②miRNAs模擬技術：miRNAs模擬技術（miRNA mimics techniques）是模擬生物體內源的miRNAs，運用化學合成的方法合成特異性的核苷酸，其能與mRNA單一序列結合，具有基因特異性，可發揮與miRNA相同的轉錄后水平調控效應。Roy等[25]利用miRNA-21模擬技術，有效地抑制了“PTEN－P13KAkt－MMP-2”通路，明顯減少缺血再灌注后心肌的梗死面積?；瘜W合成miRNA mimics是近年來研究的一個新熱點，已經成為研究動植物基因家族功能的有用工具，并有望成為缺血性心臟病治療和臨床研究的一種新策略。

4 展望

雖然目前對于miRNA-21在缺血性心臟病中的調控機制的研究取得了一定的結果，以上調miRNA-21為靶點將為缺血性心臟病的早期預防和治療帶來新的希望，但miRNA-21在缺血性心臟病的研究尚處于起步階段，尤其在心肌缺血后期心肌重構方面的作用還存在爭議，對于缺血性心肌病出現心衰時的應用有一定局限性，部分結果還有待臨床試驗進一步去驗證，但相信隨著科研領域的快速發展，對miRNA-21了解的不斷深入，miRNA-21對于臨床防治缺血性心臟病的應用值得期待。

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國家自然科學基金資助項目（81260042）

530021 廣西壯族自治區南寧市，廣西醫科大學第一附屬醫院 心血管內科

蘇強 博士研究生 主要研究方向為冠心病介入治療及其防治 Email：suqiang1983@foxmail.com 通訊作者：李浪 Email：drlilang@163.com

R541

A

1000-3614（2013）05-0390-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2013.05.020

2012-11-23)

(助理編輯：曹洪紅)