micoRNA與心血管疾病

徐一平，萬新紅，羅玉梅

（1.廣東醫學院，廣東 湛江 524001；2.深圳市龍崗區人民醫院心血管內科，廣東 深圳 518100）

micoRNA與心血管疾病

徐一平1，萬新紅2，羅玉梅2

（1.廣東醫學院，廣東 湛江 524001；2.深圳市龍崗區人民醫院心血管內科，廣東 深圳 518100）

micoRNA是一類高度保守的非編碼小RNA，通過與靶基因的3'端非編碼區域（3'UTR）互補配對后降解micoRNA分子的穩定性和翻譯抑制兩種方式參與靶基因表達。生物信息學分析表明人類全部基因的1/3的基因都受到micoRNA調控。最新研究表明，micoRNA在心血管病理、生理過程中起了十分重要的調控作用。它參與了心臟發育、心臟重塑、心律失常、血管生成、血管病變等過程。因此，研究micoRNA在心血管疾病的發病過程中的作用機制具有重大的理論及臨床意義。

MicoRNA；微小RNAs；心血管疾病

近年來心血管疾病已成為威脅人類健康最主要的疾病，心臟的病理過程常常伴隨著調控心臟功能的基因表達譜的改變。最近，micoRNA在心血管系統生理和病理方面的作用被廣泛探索及研究。研究表明micoRNA在心肌細胞增殖、凋亡以及疾病的發病機制中發揮著重要作用[1]。

1 MicoRNA的生成和作用機制

micoRNA[2]是一類高度保守的19～25個堿基長度的單鏈非編碼小RNA。它通過與靶mRNA的互補堿基配對，通過抑制翻譯和誘導特異性mRNA的降解，從而調控基因的表達。21世紀初，它們才被人類基因組識別以及編碼。miRNA基因既可以作為獨立的轉錄單位通過自己的啟動子實現轉錄，也可以借助宿主蛋白編碼基因(內含子)實現轉錄miRNA的生物合成始于RNA聚合酶Ⅱ的轉錄介導的基因中。一種變長的被稱為pri-miRNA的初始轉錄產物在細胞核中被轉錄。這種雙鏈的pri-miRNA再被一種大核核糖核酸酶復合物-DROSHA/DGCR8剪切成大約70個核苷酸長度并發夾樣二級結構的pri-miRNA。在通過轉運蛋白exportin-5運輸到胞質后，pri-miRNA被Dicer(另一核糖核酸酶Ⅲ酶)和它的輔因子進一步處理，剪切成約22個核苷酸的長度的短雙鏈miRNA。這種雙鏈的miRNA是由一條成熟的miRNA引導鏈和一個隨從鏈組成。在解開雙鏈后，引導鏈被整合入RNA誘導沉默復合物(RISC)，而隨從鏈被含有AGO2的多蛋白復合物和其他相關的蛋白質降解。在RISC中，成熟miRNA的種子區(核苷酸位置2～8)通過與靶mRNA的3-UTR的相互作用參與了基因沉默，從而主要導致靶mRNA的下調。

2 與心血管疾病的關系

2.1 與冠心病的作用 最近的一項研究表明，micoRNA在冠心病患者中顯著下調[3]。有趣的是，micoRNA在冠心病患者的血液循環中顯著下降，而在心肌肥厚中顯著升高。例如：miR-155在冠心病患者血漿中顯著下降，而與心肌肥厚的miR-133a、miR-208a在心肌肥厚患者中顯著增加等。這表明，micoRNA可能被用作判斷冠心病患者的生物標記物。眾所周知，血管平滑肌細胞的增殖，對血管起內膜形成有重要作用。micoRNA在血管平滑肌細胞增殖中的重要作用已經被廣泛研究，micoRNA是血管平滑肌細胞分化和表型轉換的決定因素。在大鼠頸動脈球囊損傷實驗中，miR-143/145已被顯示通過改變細胞結構，從而增強血管平滑肌細胞的增殖。因此，恢復動脈球囊損傷中的miR-145可以抑制新內膜生長，miR-21也與血管平滑肌細胞增殖和血管新生內膜病變的形成相關聯，在動脈粥樣硬化斑塊中有顯著上調。研究結果表明[4]miR-21的反義寡核苷酸抑制，通過提高促凋亡蛋白Bcl-2和PTEN(磷酸酶和張力蛋白同源)的水平，減少血管內皮損傷。miR-221/222也是高度表達的micoRNA，但是在血管平滑肌細胞和內皮細胞中有截然相反的影響。雖然miR-221/222參與血管平滑肌細胞增殖和遷移，但是它們在內皮細胞中卻有截然相反的抗遷移性。CDKN1B(p27Kip1的編碼，細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1B)，CDKN1C(編碼p57kip2蛋白，細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1C)和原癌基因c-Kit是miR-221/222在血管平滑肌細胞和內皮細胞的靶基因。然而，基因p27Kip1的和p57kip2蛋白雖然在血管平滑肌細胞高度表達，但在內皮細胞卻沒有。與之相反，c-Kit在內皮細胞高度表達，但在血管平滑肌細胞卻沒有。這些靶基因對細胞的影響也是截然不同的。p27Kip1的和p57kip2蛋白在血管平滑肌細胞和內皮細胞顯示出抗增殖作用。與之相反，C-Kit在這些血管細胞表現出促增殖特性。因此，在血管平滑肌細胞miR-221/222通過瞄準CDKN1B和CDKN1C實現增殖和促遷移的功能。與之相反，在內皮細胞，miR-221/222通過瞄準c-Kit和轉錄5A實現抗遷移功能。miR-221/222的這種截然相反的作用，增加新內膜生長，并減少再內皮化在球囊的損傷，已在實驗中被證實。miR-126是另一種可能發揮心臟保護作用的micoRNA。研究表明在凋亡小體中富集的miR-126具有調節內皮凋亡小體從而阻止動脈粥樣硬化的功能。miR-126在內皮細胞凋亡小體通過定位RGS16(G-蛋白16的調節器)通過CXCR4(CXC受體4)誘導的趨化因子CXCL12表達。在動脈損傷的情況下，CXCL12通過趨化因子CXCR4，參與祖細胞[Sca-1的存在(干細胞抗原-1)和缺乏的血統標志物]延緩骨髓受損組織的凋亡過程。研究結果表明[5]，miR-126中的凋亡小體可防止因食物誘導而引起的頸動脈粥樣硬化。大量研究表明micoRNA-195參與了心臟重塑的病理過程[6]。為研究micoRNA與心臟病變的關系，通過腺病毒質粒轉染技術發現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。研究表明造成心肌蛋白的減少，從而造成心臟的擴張[7]。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，促進病變體的發展。

2.2 與血管炎關系 內皮細胞活化和血管炎癥被認為是動脈粥樣硬化病變的發展和心血管疾病的第一步。研究表明，促炎細胞因子，如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，增加內皮細胞招募炎癥部位的單核細胞的粘附分子的作用[8]。粘附分子的表達主要被核因子κB(NF-κB)通過信號通路調節。TNF-α活化內皮細胞，減少了miR-181b的表達。這項研究表明，無論是在體外和體內中，miR-181b的粘附分子如VCAM-1(血管粘附分子-1)都高度表達[9]。miR-181b的類似物可減少內皮細胞的活性和白細胞中脂多糖水平，并引起誘導性肺損傷。miR-181b通過鎖定importin-α3抑制NF-κB核轉。miR-181b在TNF-α誘導的粘附分子表達中的抑制效果通過抑制NF-κB核轉運。事實上，在內皮細胞中高度表達的miR-126可抑制VCAM-1在內皮細胞的表達并減少結合到TNF-α激活的內皮細胞的白細胞。miR-195能顯著減少白細胞介素IL-1β，IL-6和IL-8在大鼠血管平滑肌細胞中的合成。炎癥誘導動脈粥樣硬化還涉及后天性性免疫系統(T-淋巴細胞)和先天免疫系統(巨噬細胞和樹突狀細胞)的組件。研究表明，micoRNA，通過在活化的B細胞、T細胞、巨噬細胞、樹突狀細的miRNA的依賴性調節器的表達，參與血管炎癥和動脈粥樣硬化的控制[10]。例如，miR-155、miR-146a和miR-29a在冠狀動脈疾病患者中表達增加，miR-125a則減少了炎性細胞因子如來自oxLDL刺激的單核細胞衍生的巨噬細胞IL-2、IL-6和TNF-α的分泌。在上述的micoRNA中，先前的研究已經表明[11]，miR-15作為一種典型的多功能micoRNA，在免疫，炎癥和心血管疾病的起著舉足輕重的作用。miR-155參與了預防動脈粥樣硬化病變的發展和惡化，并在大鼠動脈粥樣硬化模型中顯著上調。miR-155的抗動脈粥樣硬化的一種主要機制可能涉及一種能抑制炎癥的促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶10(MAP3K10)。在給apoE大鼠飼喂高脂肪的飲食的3～10個月，miR-155也被證明是上調的。研究發現miR-155在動脈粥樣硬化斑塊中是來自巨噬細胞和平滑肌細胞[12]。同時研究還發現，通過LPS和IFN-γ(干擾素γ)的刺激，極化大鼠骨髓巨噬細胞的促炎癥M1型巨噬細胞可誘導miR-155的表達。miR-223調節祖細胞增殖以及炎癥過程中中性粒細胞的分化和活化。miR-223最近發現具有調節巨噬細胞極化的能力。在用IL-4處理的誘發抗炎M2骨髓來源的巨噬細胞中，miR-223顯著升高，而在用LPS處理的誘發M1巨噬細胞中，miR-223的輕微下降。雖然miR-223最初僅被認為是骨髓細胞中調節單核細胞和巨噬細胞的炎癥基因，但現在報道證實miR-223在非髓系細胞，如心肌細胞、肝細胞和內皮細胞中均表達[13]。在后缺血/再灌注損傷小鼠實驗中，miR-223在肝中的水平有了顯著增加。miR-223報道被用于防止飲食誘導的脂肪組織的炎癥反應。

2.3 與高血壓的作用 患有系統性高血壓的患者具有更高的心血管疾病和心臟衰竭的發病率。幾種機制參與了高血壓的發病機制，包括血管張力增加、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(RAAS)的過度活化、血管內皮功能障礙、血管平滑肌細胞和心肌肥厚和交感神經系統活性增加。所有這些都是導致心血管疾病的危險因素[14]。而micoRNA已被證實參與了這些進程。miR-143和miR-145的表達可減少急性和慢性的血管壓力。血管中缺乏miR-143和miR-145，可導致血管舒張功能受損，以及降低血管中膜厚度。缺少這些micoRNA的小鼠由于肌動蛋白應力纖維混亂和血管平滑肌細胞沉積，引起血管損傷，導致新生內膜形成。事實上，所述miR-143和miR-145簇在血管分化和血管重構具有重要作用[15]。因為miR-143/miR-145簇主要表達在血管平滑肌細胞隔室，無論是在先天還是后天，miR-143和miR-145表達的缺失導致血管平滑肌細胞的不完全分化，導致主動脈的重構。micoRNA在心臟中高度表達，miR-21在小鼠心肌肥厚被證明顯著上調，并且在急性心肌梗死和血管新生內膜病變中異常增加。miR-21中的188 ?1參與了心肌肥厚，重塑和纖維化引起的壓力負載。在小鼠左心室壓力負載的模型中，使用一種特定的miR-21拮抗劑能降低心肌細胞外信號調節激酶(ERK)/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的活性，并減弱心臟肥大、纖維化和心功能不全。但是miR-21在心臟纖維化和肥大的參與似乎更復雜。研究表明，在小鼠中靶向的刪除miR-21，或抑制帶8-mer LNAs的miR-21，不足以改善纖維化病變或肥大導致的心臟應激刺激[16]。miR-208A是一種依賴心臟肥大增長的特異性的micoRNA。目前已被證實miR-208a轉基因過度表達會導致小鼠的心臟肥大性生長。另一方面，在高血壓大鼠模型中，以LNA為基礎的治療通過抑制miR-208a改善心臟存活和功能，可防止心臟重塑中高血壓引起的心臟衰竭[17]。

2.4 心肌梗死和心臟衰竭 心肌梗死可導致冠狀動脈閉塞并伴隨著心臟重構的形成。這個重構過程涉及纖維組織形成和細胞外基質沉積。這些過程是由心臟成纖維細胞介導的。micoRNA被發現在后發性心肌梗死中引起的心肌重塑發揮潛在作用。其中，miR-29家族被發現在小鼠后發性心肌梗死引起的左冠狀動脈閉形成的纖維組織區域顯著下調。miR-29的下調會導致與之相關聯的各種膠原和細胞外基質蛋白質的基因[18]，如原纖蛋白1、Ⅰ型膠原蛋白、α1、α2和Ⅲ型膠原蛋白α1上調。miR-199B在心肌肥厚動物模型的心臟中的上調被證明在心臟衰竭和心臟肥大中扮演了重要作用[19]。參與心臟衰竭的一個重要的細胞內信號轉導途徑是親肥厚性磷酸酶鈣調磷酸酶的激活和其下游效應子的轉錄活化T細胞的核因子(NFAT)。miR-199B通過主動下調的直接靶基因DYRK1A的[雙特異性酪氨酸(Y)的磷酸化調節激酶1A]，促進鈣/NFAT介導的心肌肥大。miR-199B促進鈣/NFAT介導的心肌肥大通過主動下調的直接靶基因DYRK1A的[雙特異性酪氨酸(Y)的磷酸化調節激酶1A]。在活體內注射miR-199B拮抗劑(特異性針對的miR-199B經化學修飾的反義寡核苷酸)，使其受到經受橫向主動脈縮窄壓力超載，從而預防小鼠心臟疾病的發展。miR-499是一種在心臟豐富存在的miRNA，它的下調引起心肌細胞的缺氧和缺血。研究表明，在缺血/再灌注損傷中，miR-499轉基因小鼠的心臟與對照組相比，表現出較少的細胞凋亡并且減少梗死面積[20]。miR499的心臟保護特性來源于這種可以防止心肌細胞凋亡靶向α和β亞型磷酸酶。鈣調磷酸酶是一種絲氨酸和蘇氨酸蛋白磷酸酶，去磷酸化后可導致它們的激活和失活。另一方面，極低的miR-499使用膽固醇修飾的拮抗劑(膽固醇部分被修飾的反義寡核苷酸)會導致心肌細胞凋亡，并增加了梗塞的面積。

3 展望

人類在生命活動過程中，micoRNA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，細胞的增殖、凋亡是心室重構與心血管疾病發生重要的病理生理機制有著密切關系[21-22]。研究MicroRNA在心血管疾病中的作用及機制，尋找micoRNA的靶基因，評價治療因子穩定性及增強治療因子效果仍是microRNA研究領域面臨的主要問題。隨著對micoRNA了解的不斷深入，以miRNA為靶點設計藥物，進行心臟疾病靶向治療，將為心血管疾病患者帶來新的希望。目前miRNA-195、bcl-2、bax對于高血壓病理狀態下心血管重構均有著密切的關系，直接影響到心血管事件的發生及死亡。由此可預測血管緊張素Ⅱ、bcl-2、bax可能為miRNA-195參與心血管重構的靶基因，但micoRNA-195在調節上述因子表達的作用機制尚不清楚，micoRNA-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。

[1]毛金媛,趙彥艷.microRNA在心血管系統及其疾病中的作用[J].國際遺傳學雜志,2010,33(1):43-47.

[2]汪南平,郝廣華.微小RNA及其心血管病理生理學作用[J].西安交通大學學報(醫學版),2010,31(4):391-397.

[3]孫 吉,陳小平.microRNA與心血管疾病的關系[J].分子診斷與治療雜志,2011,3(3):192-199.

[4]唐 艷,王夢洪.microRNA-21轉染的心肌細胞移植對低溫條件下心力衰竭大鼠的影響[J].中國病理生理雜志,2013,29(1):1-8.

[5]郭威早,佟 倩,曹立新,等.微小RNA對心肌細胞C反應蛋白功能水平的調節[J].中國實驗診斷學,2010,14(12):1900-1902.

[6]王文峰,羅玉梅,萬新紅.miRNA-195的作用機制及與心血管疾病的關系[J].中國醫藥指南,2013,11(4):70-73.

[7]何俊峰.microRNA-195與BCL2/Bax在自發性高血壓大鼠主動脈結構重構中的作用[D].廣東醫學院,2012.

[8]楊 慧,鄧春玉,鄺素娟,等.ClC-3依賴性Cl-外流參與TNF-α誘導的血管炎癥反應及其機制的研究[C].第14屆中國南方國際心血管病學術會議論文集,2012:227-228.

[9]何少林.Treg/microRNA-181b對血管內皮細胞損傷的保護作用及機制[D].華中科技大學,2013.

[10]陳 婷.microRNA-155調控oxLDL刺激樹突細胞參與動脈粥樣硬化免疫炎癥反應的作用及機制[D].浙江大學,2013.

[11]劉 佳.應用微小RNA155促進心肌干細胞存活治療缺血性心臟病的研究[D].山東大學,2010.

[12]趙 雪.miR208b、328、145和155在大鼠H9c2細胞和ACS患者中的表達及意義[D].鄭州大學,2013.

[13]陳青云.MicroRNA223通過靶向STAT3調控Toll樣受體觸發的巨噬細胞IL-6和IL-1β的分泌[D].浙江大學,2012.

[14]鈕 超,孫麗華.microRNA在高血壓誘發腦卒中疾病發展中的作用[J].中國臨床藥理學雜志,2013,29(7):551-553.

[15]徐 林,陳 靜.血漿miR-143、miR-145與冠脈粥樣硬化程度的關系[J].海南醫學院學報,2012,18(11):1526-1528,1536.

[16]方士強,盧忠心.MicroRNA-21的生物學功能及其與腫瘤關系的研究進展[J].分子診斷與治療雜志,2011,3(6):428-432.

[17]王 超.miRNAs與大鼠肺動脈高壓導致的右心肥厚、右心衰竭及NCX1表達相關性研究[D].北京協和醫學院中國醫學科學院,2013.

[18]沈 鶴,趙書紅,樊 斌,等.一個miR-29靶基因的預測及驗證[C].第十二次全國畜禽遺傳標記研討會論文集,2010:179.

[19]宋曉偉.MiR-1和miR-199在心肌肥厚中的功能和機制研究[D].第二軍醫大學,2009.

[20]韓志君,史萬青,沈紅遠,等.血漿miR-499對急性心肌梗死的診斷價值[J].中華檢驗醫學雜志,2013,36(12):1096-1099.

[21]張 越.微小RNA(microRNA)以及RNA結合蛋白對參與心肌重構重要基因調節作用的研究[D].中國醫科大學,2010.

[22]陳智偉,陸士娟.網膜素與心血管疾病關系的研究進展[J].海南醫學,2014,25(15):2255-2257.

MicoRNA and cardiovascular disease.

XU Yi-ping1,WAN Xin-hong2,LUO Yu-mei2.1.Guangdong Medical College, Zhanjiang 524001,Guangdong,CHINA;2.Department of Cardiovascular Medicine,People's Hospital of Longgang District of Shenzhen,Shenzhen 518100,Guangdong,CHINA

MicoRNAs are a class of small non-coding RNAs with highly conserved sequence which mediate repression or degradation of protein expression through matching with the 3'UTR of target genes.Bioinformatics analysis indicated that about one-third of human genes were controlled by micoRNAs.Recent studies have demonstrated that micoRNAs play a crucial role in the regulation of cardiovascular physiology and pathological process.MicoRNAs also participate in the process of heart development,cardiac remodeling,arrhythmia,angiogenesis and vasculopathy.Therefore it is of great theoretical and clinical significance to study the mechanism of micoRNAs in cardiovascular diseases．

MicoRNA;MicroRNAs;Cardiovascular diseases

R54

A

1003—6350（2015）08—1173—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0419

2014-09-24)

徐一平。E-mail：286636349@qq.com