心臟重構中微RNA的作用

李歆躍(綜述)，楊　巍(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院心內六科，哈爾濱 150001)

心臟重構中微RNA的作用

李歆躍△(綜述)，楊巍※(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院心內六科，哈爾濱 150001)

摘要：心臟重構是各類心血管疾病的重要進程之一，包括心肌梗死、瓣膜疾病、心肌炎、擴張型心肌病、心房顫動和心力衰竭等。多項研究發現，微RNA(miRNA)與此過程息息相關，并且在體內和體外實驗模型中都證實了miRNA廣泛地參與此進程。臨床上，miRNA已作為潛在的診斷指標和治療靶點被重視。該文就近年的熱點及被重點研究的幾種miRNA進行綜述。

關鍵詞：心臟重構；微RNA；纖維化；心肌肥大

微RNA(microRNA，miRNA)是一組高度保守、長度約22個核苷酸的內源性非編碼RNA。動物細胞核內，編碼miRNA的基因首先在RNA聚合酶2的作用下發生轉錄，形成長度約為幾百個核苷酸的初級轉錄物pri-miRNA，經核糖核酸酶Ⅲ家族的Drosha酶加工成pre-miRNA并轉運到核外；在核外經Dicer酶加工為成熟的miRNA并與之形成RNA誘導沉默復合體；RNA誘導沉默復合體與靶基因信使RNA(mRNA)非編碼區種子序列結合，使其降解或沉默表達，從而起到調控基因和蛋白的作用[1-3]。現就心臟重構中miRNA的作用進行綜述。

1心臟重構的病理過程

心臟重構是心臟在對抗外界因素所致的壓力和阻力時為了維持穩態而進行自身調節的適應性過程，該過程存在于離子、基因、細胞和細胞外等多個水平[4]。如果所致壓力和阻力作用持續存在，這種過程可發展為不可逆作用[5]，同時在細胞和細胞外水平可發生凋亡、壞死和纖維化等變化。心臟重構過程分為兩種形式，即組織重構和電重構[6]。

1.1組織重構心臟成纖維細胞是心臟組織中數量最多的細胞，其在調節心臟細胞外基質代謝方面起重要作用。心臟間質細胞合成的主要物質是膠原，其可被激素、生長因子、激酶、血流動力學因素、調節蛋白(如金屬基質蛋白及其抑制物)所控制和調節[7-8]。細胞外基質的穩態被膠原合成和分解的動態平衡所維持著。膠原的生物合成在轉錄水平被成纖維生長因子所調控，尤其是轉化生長因子β(transforming growth factor β,TGF-β)，其通過刺激結締組織生長因子而強烈地誘導細胞外基質的合成；膠原的分解主要依靠金屬基質蛋白超家族[9]。組織纖維化伴隨著退化心肌動態的修補和替換。心肌肥大是心臟組織重構的另一特點，它可促進心臟功能障礙、導致充血性心力衰竭甚至猝死等惡性事件[10]。心肌肥大這一過程通過基因被重新激活，繼而通過細胞內信號通路影響心肌細胞正常表達蛋白的轉錄而實現[11]。已證實多條分子通路參與其中，包括腎素-血管緊張素-醛固酮系統、腎上腺素能系統、腦鈉肽以及細胞骨架蛋白、白細胞介素6細胞因子家族、細胞外信號調節激酶1/2信號通路、組蛋白乙酰化作用和鈣離子介導的調控機制等[12]。

1.2電重構心臟擁有隨時調節其功能從而快速適應身體需要的潛能。在面對快速變化的外界環境時，心肌細胞需要有快速增加或減少其離子通道的能力；在心房或者心室，電重構都可發生；最初的代償期里心臟尚能維持其電行為，一旦失代償就會引發進一步的泵衰竭或惡性心律失常[13-14]。心臟的電活動由一系列的離子通道活動所協調完成；控制離子跨膜轉運的跨膜蛋白和轉運蛋白對維持心臟自主節律、電傳導以及膜的復極化很重要；通道疾病主要由基因水平異常所致的離子通道功能障礙所引起[15-16]。

2心臟重構中涉及的miRNAs

2.1miR-133miR-133是在人類心臟中最廣泛表達的miRs，其家族包括miR-133a-1、miR-133a-2、miR-133b三個成員；在體內過表達miR-133被認為可阻止心臟重構的發生[17]。最新的研究顯示，在肌組織的發生和成熟中，miR-133直接調控N端結合多聚嘧啶束蛋白；N端結合多聚嘧啶束蛋白和其同系物參與調節許多肌組織特異的外顯子(如肌鈣蛋白T和原肌球蛋白)；miR-133還聯合miR-1通過調節嚴格肌源性轉錄因子血漿應答因子和去乙?；?對骨骼肌原細胞增殖和分化進行調控[10]。在miR-133的雙重突變型小鼠中觀察到，控制細胞周期的基因異常，且平滑肌基因組被異常激活，這可能可以歸因于其靶基因的上調(如血漿應答因子、細胞周期調節蛋白D2)[2]。在大鼠的心肌細胞中發現了miR-133的抗凋亡作用[10]。目前對miR-133的研究存有爭議[18]。在兩種嚙齒類動物的左心室肥大模型以及9例心力衰竭受試者中證實，成熟的miR-133減少；同樣，細胞實驗中下調的miR-133可以引起心肌肥大相關基因的表達；但有實驗顯示，在缺失miR-133a的轉基因小鼠中心臟表型正常；此外，在主動脈縮窄術后，miR-133a雖下降了50%，但3周后又恢復正常[19]。這提示miR-133a在心肌肥大過程中只起到了短暫和不穩定的作用。還有實驗顯示，在小鼠體內過表達miR-133沒有起到任何作用，而且防止miR-133下調也不能減輕心肌肥大[18]。這些相反的數據使得對miR-133在心肌肥大中真正作用的研究更有必要。

2.2miR-1miR-1雖然被預測靶向調控很多基因，但經確認的目前只有HAND2(heart and neural crest derivatives expressed transcript 2)基因。不像miR-133，miR-1在心臟重構中所調控的mRNAs是一致公認的[20]。在新生大鼠的心肌細胞和未受損的成人心肌中觀察到，其陰性調節肌細胞增強因子2a、GATA4(gata binding protein 4)，通過鈣神經素-NFAT(calcineurin-NFAT)通路減弱了引起心肌肥大時鈣依賴通路參與的必要性；另一個抑制心肌細胞肥大的機制是通過胰島素生長因子通路實現的，miR-1可以抑制胰島素生長因子1和胰島素生長因子1R的轉錄[21]。在心肌細胞凋亡方面，miR-1被認為起到拮抗miR-133的作用；在大鼠凋亡的心肌細胞中，miR-1顯著升高，在熱激蛋白60和熱激蛋白70的3′非轉錄區域可能存在單一的被miR靶向調控的序列[22-24]。有實驗發現，不論在正常還是心肌梗死后大鼠體內應用miR-1都可引發心律失常，說明miR-1也參與了電重構過程；改變miR-1的水平可能是致心律失常作用的觸發器[25]。

2.3miR-21miR-21是在心臟重構中表達水平上調最高的miR，但其確切的機制存在爭議且目前尚不明確。在心肌肥大方面，有實驗發現，用膽固醇修飾的antagomiRs剔除miR-21后能有效減輕心臟纖維化和心肌肥大[26]；與其相反，在另一個實驗中，通過鎖基因技術剔除miR-21后引起了心肌細胞的肥大[27]。最近有學者認為，由于心臟對小片段核酸的快速清除作用，缺少鎖基因技術的antagomiRs的應用需要進一步被解釋[26-28]。miR-21在纖維化方面的作用已經基本明確，PTEN(Phosphatase and tensin homologue)和SPRY1(sprouty1)被認為是miR-21的靶基因；miR-21通過抑制SPRY1增進了胞外信號調節激酶/絲裂原活化蛋白激酶通路的作用；在心臟成纖維細胞中，上調miR-21可以通過增強ERK/MAPK通路致成纖維細胞增殖，從而引起心臟重構和纖維化[29]。

2.4miR-208實驗觀察到，過表達miR-208a可以充分激活鈣神經素通道，并通過抑制甲狀腺激素相關蛋白1引起心肌肥大[30]。在小鼠中，筒箭毒堿和甲狀腺激素相關蛋白1的相繼失活與心肌肥大關系密切[31]。在剔除miR-208a基因的小鼠中，抗纖維化的分子在轉錄水平大量表達[32]。另外一個重要的發現是，在擴張型心肌病中，高水平的miR-208表達多與較差的預后相關[30]。這提示miR-208可以作為疾病預后和心力衰竭進展的預測指標。

2.5miR-29miR-29在心臟成纖維細胞中廣泛表達，與miR-133和miR-30一起被認為是與纖維化關聯最密切的miRNAs。其可靶向調控許多與細胞外基質相關的mRNAs(包括彈性蛋白、原纖維蛋白1、膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ等)；在體內下調miR-29能顯著上調上述蛋白，并能引起大量的膠原沉積[33]。研究發現，心肌梗死后鹽酸普萘洛爾給藥組瘢痕組織miR-29增多，這可能是β受體阻滯劑能改善心肌梗死預后的可能原因之一[33-35]。

2.6其他高通量實驗顯示，許多miRNAs在心臟重構進程中發生了變化。其中，在小鼠心臟中過表達miR-195引起了嚴重的心肌肥大；另外，上調miR-24、miR-214、miR-23a也引起了心肌肥大；miR-328通過靶向調控L型鈣通道參與逆轉心房電重構的作用；miR-30也被預測參與阻斷了L型鈣通道；而miR-499和miR-199a在抑制心肌凋亡方面起到重要作用；與之相反，miR-320發揮了刺激心肌細胞凋亡的作用[36-41]。

3小結

miRNAs的生物學研究是一個相對新的研究領域，近幾年對miRNAs的研究急速發展。從miRNAs擬似物，到反義核苷酸抑制序列，再到antagomiR和鎖基因技術的應用，使得體內miRNAs的研究成為可能[42]。近期在小鼠模型中數目可觀的研究顯示了miRNAs靶基因治療的可行性。由于一種miRNAs可調控上百種基因，人們曾擔憂其靶基因治療所帶來的不可預知的不良反應，使其前景受限。目前一種miRMask被設計出來，其可準確地結合目標mRNA而防止miRNAs與其他未知靶基因結合[43]。與其相反，同時靶向多種miRNAs的技術—miRNAs海綿技術，也被發明出來[44]。未來的研究應以miRNAs靶基因治療為目標，更深入地了解miRNAs是如何整合并參與到疾病中去的[45-48]。為了更好地靶向患病器官，針對不同的細胞類型、組織或器官，特異的miRNAs研究也是挑戰之一。雖然還有很長的路要走，但理論上miRNAs仍是征服心臟重構的有力武器。

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The Role of MicroRNAs in the Cardiac Remodeling

LIXin-yue,YANGWei.

(DepartmentSixofCardiology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:Cardiac remodeling is the key process in cardiovascular diseases including myocardial infarction,valvular disease,myocarditis,dilated cardiomyopathy,atrial fibrillation and heart failure.Both in vitro and vivo models have proved that microRNAs play an important role in a wide range of processes.Clinically,miRNAs have been attached much attention as the potential diagnostic biomarkers and novel therapeutic target recently.Here is to make a review of the focal points and mostly studied miRNA in the recent years.

Key words:Cardiac remodeling; MicroRNAs; Fibrosis; Myocyte hypertrophy

收稿日期：2014-01-15修回日期：2014-07-30編輯：鄭雪

基金項目：國家自然科學基金(81271676)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.04.003

中圖分類號：R541

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)04-0582-03