微小RNA與心臟電重構的研究進展*

劉長召 王玲 陳文江 陳燦

miRNA是近年來研究的熱點，廣泛存在于真核生物體內，在進化中高度保守，其自身沒有編碼功能，但是可通過與靶基因mRNA完全或不完全互補配對，介導基因轉錄后負向調控，參與體內許多的病理生理過程，如細胞的增殖、分化、凋亡、個體發育等[1]。miRNA在不同的種屬、器官、組織和細胞可能有著不同的表達譜，而且在病理狀態下miRNA亦存在表達差異。

心臟性猝死的發病率逐年上升，據估計美國每年約發生500 000起心源性猝死事件，其中90%以上由室性心動過速、室顫等惡性心律失常引起[2]。自律性增加、折返以及觸發激動是心律失常發生的三大機制。目前的研究表明，心臟的電重構和結構重構是心律失常發生和持續的核心環節，結構重構常繼發于心肌損傷，如心肌缺血缺氧、高壓力負荷或高容量負荷、心肌代謝微環境的改變等，常表現為心臟擴大、心肌細胞壞死、凋亡、心肌纖維化等。同時，結構重構常常伴隨心肌電重構的發生。在電重構過程中，主要涉及到離子通道與跨膜蛋白的變化。近年來，關于miRNA調控離子通道以及與心律失常的關系逐漸成為研究的熱點。本文就miRNA與心肌離子通道相關的分子機制研究現狀作一綜述。

心臟的電活動是由多個離子通道和跨膜蛋白控制的，心臟正常的興奮性、自律性以及傳導性有賴于鈉、鉀、鈣等相關離子通道的順序開閉和維持動態平衡。研究表明，多種miRNA通過對心肌細胞基因的轉錄后抑制，從而實現對電生理相關離子通道和跨膜蛋白的調節。

1 鉀離子通道

人心肌細胞上主要存在5種鉀離子通道，內向整流鉀通道（Inward rectifier K+channel，Ik1）、一過性外向鉀電流（Transient outward K+currents，Ito）、延遲整流鉀通道（Delayed rectifier K+channel，Ik）、ATP敏感性鉀電流（ATP-dependent K+ currents，Ik-ATP）和乙酰膽堿敏感性鉀電流（Acetylcholine sensitive K+currents，Ik-ach）。

1.1 Ik1 Ik1屬于非門控通道，靜息狀態下只有Ik1處于開放狀態，構成靜息電位的主要成分。Girmatsion等[3]研究發現，Ik1主要亞單位內向整流鉀通道2.1（Inward rectifier potassium channel 2.1，Kir2.1）在房顫患者中表達增高，與miR-1表達水平呈負相關，研究證實miR-1通過抑制鉀離子內向整流通道蛋白J2（Potassium inwardly-rectifying channel，subfamily J，member 2，KCNJ2）（編碼 Kir2.1蛋白的基因）的表達從而降低Ik1密度，房顫患者中miR-1低表達，對KCNJ2/Kir2.1抑制作用減弱，從而增加Ik1，導致心房動作電位時程（Action potential duration，APD）縮短，房顫發生率增加。由此顯示Kir2.1是miR-1的靶點之一。除了miR-1，KCNJ2/Kir2.1亦是miR-26的作用靶點，轉染miR-26后Kir2.1蛋白的表達水平降低，而敲除內源性miR-26可以導致Kir2.1蛋白的過量表達，應用反義miR-26抑制內源性miR-26，導致KCNJ2/Kir2.1表達增高并伴隨著Ikl的密度增加而誘導房顫的發生[4]。由此可見，miR-26及miR-1有共同的靶基因KCNJ2，與之前的研究顯示miRNA在體內的作用方式是“多對多”（每個miRNA可以有多個靶基因而多個miRNA也可以調節同一個靶基因）相符合。

1.2 Ito Ito是復極早期的主要電流，決定動作電位平臺期起始的電位高度。研究發現，心肌缺氧、酸中毒等微環境改變可導致Ito下調，Ito下調后APD延長，引起心肌細胞復極異常和早期后除極，與心肌肥厚和心力衰竭患者室性心律失常發生率增加有關[5-6]。APD縮短是心房肌細胞發生房顫的原因之一，故Ito下調可以相對延長APD，是對心房APD和有效不應期縮短的一種補償。研究發現，Ito通道蛋白4.2（Voltage-gated potassium 4.2，Kv4.2）由電壓門控鉀通道蛋白亞家族 D2（Potassium voltage-gated channel D2，KCND2）基因編碼，并受轉錄因子Iroquois同源蛋白5（Iroquois homeobox 5，Irx5）調節，Zhao等[7]利用帶有熒光蛋白的載體證實Irx5是miRl-2作用靶點。敲除miR1-2基因的小鼠Irx5表達異常增高，Irx5可抑制KCND2基因，使Ito通道亞單位Kv4.2表達減少，心肌細胞復極時間延長，復極離散度增加，導致心律失常的發生。Matkovich等[8]發現在Q-T間期延長小鼠中，miR-133a水平的升高伴隨著Ito的快速下降，說明miR-133a可能也參與了Ito電重構的調節。

1.3 Ik Ik是人心肌細胞動作電位復極化的主要外向離子流，參與平臺期形成與維持。按激活快慢不同可分為：超速激活的延遲整流鉀離子流、快激活的延遲整流鉀離子流、慢激活的延遲整流鉀離子流。Ik電流降低可導致心臟復極延遲，QT間期延長，心律失常發生率增加。Xiao等[9]研究發現糖尿病兔模型心臟里miR-133顯著過表達，miR-133可以負向調控人類ether-a-go-go相關基因（Human ether-ago-go-related gene，HERG）以及電壓門控鉀通道蛋白亞家族Q1（Potassium voltage-gated channel Q1，KCNQ1）基因的轉錄后翻譯，HERG以及KCNQ1基因分別編碼快激活延遲整流鉀通道及慢激活延遲整流通道的主要亞單位，將外源miR-133注入兔心肌細胞，HERG蛋白水平的下調，miR-133過表達造成Ik分布密度降低，復極時間延長，心肌細胞不同步性增加，Tdp等惡性心律失常的發生率增加，而給予miR-133反義RNA可以消除對HERG表達的抑制，說明miR-133可能成為抗心律失常藥物的潛在治療靶點。

2 鈣離子通道

鈣離子通道與心律失常關系密切，心肌細胞鈣通道主要分為L型（L-type calcium channel，LTCC）和T型（T-type calcium channel，TTCC）兩種，TTCC存在于竇房結細胞中，參與動作電位4期自動去極化，與miRNA相關研究甚少。而LTCC激活、失活以及復活過程較緩慢，在動作電位0期激活，但鈣內流幅度要到平臺期初才達到最大，是平臺期主要內向電流，可被多種鈣離子拮抗劑（如維拉帕米）所阻斷。經高糖培養液培養的乳鼠心肌細胞LTCC表達增加，鉀通道Kv4.2 mRNA表達降低，離子通道之間的平衡被打破，可能是高血糖致心律失常的原因之一[10]。心衰患者中，心肌雷諾丁受體2過磷酸化致引起舒張期心肌肌漿網鈣滲漏，導致細胞內鈣超載，不僅降低心肌收縮力，還增加后除極，觸發了惡性心律失常的發生[11]。miRNA可調節內向鈣離子流，Terentyev等[12]研究發現miR-1的致心律失常作用與細胞內鈣穩態失衡有關。另外，多種miRNA可影響LTCC蛋白表達水平，在房顫患者心肌細胞電重構過程中發揮重要作用。房顫患者及犬動物模型中miR-328高表達，經Western blot和熒光素酶活性分析證實miR-328作用靶點為L-型鈣離子通道的α1C亞單位基因（Calcium channel voltage-dependent L type alpha 1C subunit，CACNA1C）和鈣離子通道β1亞單 位（Calcium channel voltage-dependent beta 1 subunit，CACNB1），二者分別編碼心臟LTCC亞單位α1c和β[13]。王堅剛等[14]篩選、分析與非瓣膜性房顫相關的miRNA，發現miR-155表達差異最大，為健康人組織的5.78倍。進一步實驗證實miR-155作用靶點為CACNA1C，從而使亞單位α1c表達降低。Carrillo等[15]發現miR-21和miR-132可下調CACNB1使LTCC的β亞單位水平表達降低。LTCC表達降低引起舒張期鈣離子回收減少，細胞內鈣超載，觸發激動增加，傳導速度減慢，房內折返波長縮短，促使房顫發生。

3 miRNA與連接蛋白43

miR-1除了通過KCNJ2/Ik1調節靜息膜電位外，Yang等[16]根據miR-1的5末端核苷酸序列推測出另一個靶基因間隙連接蛋白α1（Gap junction protein alpha-1，GJA1），GJAl負責編碼連接蛋白43（參與細胞間縫隙鏈接），連接蛋白43在細胞通訊、早期胚胎發育、細胞分化、心肌缺血-再灌注損傷及閏盤重構中發揮重要作用，過表達miR-l抑制了連接蛋白43水平，導致細胞間電傳導減慢，增加缺血性室性心律失常發生率。

4 miRNA與超級化激活環核苷酸調控的陽離子通道

心臟的起搏電流通道蛋白由超級化激活環核苷酸調控的陽離子通道2（Hyperpolarization-activated cyclic nucleotidegated channel 2，HCN2）基因和通道4（HCN4）基因編碼，與心肌自律性有關。起搏電流通道有4型，其中HCN4主要分布于竇房結，HCN2主要分布于心房和心室肌，主動脈縮窄致左室肥厚大鼠模型中，miR-1減少35%，miR-133減少65%，HCN4/HCN2蛋白表達升高。導致異位興奮性增高，增加心律失常風險[17]。

綜上所述，miRNA與電重構關系密切，與心律失常的發病機制緊密相關。電重構是心肌電生理特性重塑的過程，心房電重構與房性心律失常（房速、房顫等）關系密切，心室電重構可產生潛在致命室性心律失常（多形性室速、室顫）。認識電重構的細胞與分子機制對于探明潛在治療靶標十分重要，miRNA介導的離子通道的變化在心肌電重構過程中發揮重要作用，人類中miRNA數量可能高達20 000種，參與30%的人類基因調控，維持心肌細胞正常的電生理網絡需要這些miRNA處于動態平衡，一旦平衡被打破，離子通道蛋白表達改變，就會誘發心律失常的發生。因此，miRNA的分子靶向治療將成為心律失常領域新的研究方向。

[1] Lund E，Guttinger S，Calado A，et al.Nuclear export of microRNA precursors[J].Science，2004，303（5654）：95-98.

[2] Urakhia M，Tseng Z H.Sudden cardiac death：epidemiology mechanisms and therapy[J].Curr Probl Cardiol，2007，32（9）：501-546.

[3] Girmatsion Z，Biliczki P，Bonauer A，et al.Changes in microRNA-1 expression and IKI up-regulation in human atrial fibrillation[J].Heart Rhythm，2009，6（12）：1802-1809.

[4] Luo X，Pan Z，Xiao J，et a1.Critical role of microRNAs miR-26 and miR-101 in atrial electrical remodeling in experimental atrial fibrillation[J].J Biol Chem，2010，285（38）：29 336-29 347.

[5] Du Z，Xu C Q，Slan H，et al.Functional impairment of cardiac transient outward K+current as a result of abnormally altered cellular environment[J].Clin Exp Pharmacol Physiol，2007，34（3）：148-152.

[6] Timofeyev V，He Y，Tuteja D，et al.Cardiac-directed expression of adenylyl cyclase reverses electrical remodeling in cardiomyopathy[J].J Mol Cell Cardiol，2006，41（1）：170-181.

[7] Zhao Y，Ransom J F，Li A，et al.Dysregulation of cardiogenesis，cardiac conduction and cell cycle in mice lacking miRNA-l-2[J].Cell，2007，129（2）：303.

[8] Matkovich S J，Wang W，Tu Y，et a1.MicroRNA-133a protects against myocardial fibrosis and modulates electrical repolarization without affecting hypertrophy in pressure-overloaded adult hearts[J].Circ Res，2010，106（1）：166-175.

[9] Xiao J，Luo X，Lin H，et a1.MicroRNA miR-133 represses HERG K+channel expression contributing to QT prolongation in diabetic hearts[J].J Biol Chem，2007，282（17）：12 363.

[10]王金華，艾靜，王寧，等.高糖對培養乳鼠心肌細胞L型鈣通道表達的影響[J].哈爾濱醫科大學學報，2006，40（2）：96-98.

[11] Gellen B，Fernandez-Velasco M，Briec F，et al.Conditional FKBPl2.6 overexpression in mouse cardiac myocytes pnevents triggered ventricular tachycardia through specific alternations in excitationcontraction coupling [J].Circulation，2008，117（14）：1778-1786.

[12] Terentyev D，Belevych A E，Terentyeva R，et al.miR-1 overexpression enhances Ca2+release and regulatory subunit B56αand causing CaMKII-dependent hyperphosphorylation of RyR2 [J].Cire Res，2009，104（4）：514-521.

[13] Lu Y，Zhang Y，Wang N，et al.Control of experimental atrial fibrillation by microRNA-328[J].Circulation，2010，122（23）：2378-2387.

[14]王堅剛，孟旭，韓杰，等.非瓣膜性心房顫動相關微小RNA的表達[J].中華醫學雜志，2012，92（26）：1816-1819.

[15] Carrillo E D，Escobar Y，Gonzrlez G，et a1.Posttranscriptional regulation of the β2-subunit of cardiac L-type Ca2+channels by MicroRNAs during long-term exposure to isoproterenol in rats[J].J Cardiovasc Pharmacol，201l，58（5）：470-478.

[16] Yang B，Lin H，Xiao J，et al.The muscle-specific microRNA miR-l regulates cardiac arrhythmogenic potential by targeting GJAl and KCNJ2[J].Nat Med，2007，13（4）：486.

[17] Luo X，Lin H，Pan Z，et al.Down-regulation of miR-1/miR-133 contributes to re-expression of pacemaker channel genes HCN2 and HCN4 in hypertrophic heart[J].J Biol Chem，2008，283（29）：20 045-20 052.