MicroRNA在高血壓致心肌纖維化中的研究進展

朱仁杰 徐紅?

作者單位：310007 浙江中醫藥大學附屬廣興醫院（杭州市中醫院）

近些年大量研究表明，miRNA是一個龐大的小分子核糖核酸調控RNA家族，是約22個核苷酸長的基因表達調節因子，通過結合其轉錄物中的互補位點來調節靶基因的表達，引起翻譯抑制或轉錄物降解。目前人類基因組己測定的miRNA超過2000種，參與了近1/3基因的表達調控［1］。研究發現，miRNA涉及發育、細胞增殖、細胞凋亡、代謝和形態發生等過程和途徑［2］，包括癌癥在內的疾病［3］。也對心肌肥大、損傷、纖維化及高血壓的發生、發展有重要影響，還可作為心臟疾病及高血壓潛在的生物標志物和治療靶點［4-7］。大量研究表明，miRNA在高血壓致心肌纖維化進程中有特異性的表達，為高血壓心肌損傷的機制研究和治療靶點提供了新的思路。本文就miRNA在高血壓致心肌纖維化進程中的表達特點、作用靶點及相關調控機制的研究進展進行如下綜述。

1 miRNA基本特點

1.1 miRNA簡述 miRNA最早是在秀麗隱桿線蟲的lin-4［8］和let-7［9］中發現。隨后發現在植物和哺乳動物等生物中皆存在小分子miRNA［10］。在被發現的miRNA中大部分是由具有發夾結構的單鏈RNA前體（pre-miRNA）經過Dicer酶剪切處理后形成，為21-25 bp非編碼RNA，有5'端磷酸基和3'輕基，定位于RNA前體的3'端或者5'端。迄今在動植物等223個物種中經發現有35828個成熟的miRNA序列［11］。一個miRNA可以對多個靶mRNA分子產生影響，同時多個microRNA分子也可結合相同的mRNA，從而涉及復雜的轉錄后調控網絡，其在各種重要生物學過程中起重要作用［12-13］。已經吸引了越來越多的關注。

1.2 miRNA的作用機制 絕大多數miRNA基因首先在RNA聚合酶的作用下形成長度約幾百個堿基長度的具有莖環結構的初級miRNA（primary miRNA，pri-miRNA）。再經RNaseⅢ家族酶Drosha 處理被分裂成約70 bp的前體miRNA（precursormiRNA，pre-miRNA）。之后，單個pre-miRNA在Ran-GTP/Exportin5運輸蛋白（Exp5）的作用下被轉運出胞核，在細胞質中由Dicer切割成約25 bp的有活性的、成熟的miRNA［14］。miRNA通過與不完全互補堿基配對的靶標的3'UTR區域結合來識別它們的mRNA，從而引起靶mRNA切割或翻譯抑制，指導RNA誘導沉默復合體（RNA-induced silencingcomplex，RISC）來調節目的基因表達，介導轉錄后的基因調控［15］。

2 miRNA與高血壓致心肌纖維化

心肌纖維化（MF）是指膠原濃度或膠原容積分數（CVF）在心肌間質中顯著增高。大量實驗研究證明，高血壓進程中會出現心肌活動度下降，心室的順應性減低，導致心肌的收縮及舒張功能受到影響，是引起心力衰竭的重要原因。其發生機制主要與TGF-β1/Smad信號通路［16］及腎素血管緊張素醛固酮系統（RAAS）介導［17］等密切相關。

2.1 與TGF-β/Smad通路相關的miRNA在高血壓致心肌纖維化中的作用 一些研究揭示，TGF-β是重要的致心肌纖維化因子，在高血壓心肌纖維化中具有同樣的重要作用，其中TGF-β1是作用最強的一種。TGF-β通過與特異性受體結合后激活受體作為傳導信號，隨后活化下游的Smad2/Smad3蛋白發揮其致纖維化效應，其下游抑制劑Smad6/Smad7可負調控TGF-β信號傳導通路來抑制纖維化過程［16］。多種miRNA通過上調TGF-β1及抑制Smad7等方式參與TGF-β及其下游通路調節高血壓心肌纖維化的過程。

Smad3是TGF-β1信號轉導的下游分子。作為TGF-β1的主要下游信號轉導子，Smad3可以通過TGF-β1的激活型Ⅰ受體磷酸化，并進入細胞核介導包括膠原Ⅰ、膠原Ⅲ、平滑肌肌動蛋白-α（α-SMA）和基質金屬蛋白酶（MMPs）在內的靶基因的轉錄［18］。王文峰等［19］在自發性高血壓大鼠心臟重構中，發現下調miR-195表達，拮抗了TGF-β/Smad信號通路中TGF-β1 及 Smad3的表達作用。進一步抑制了Ⅰ型膠原（Col-Ⅰ）和Ⅲ型膠原（Col-Ⅲ）基因表達及成纖維細胞增殖，最終抑制了SHR的心臟重構。而miR-97a在心臟低表達，促進了TGF-β1蛋白合成，導致細胞外基質Col-I和Col-Ⅲ大量生成和聚集，結果引起心肌細胞纖維化，出現心肌病理性重構。但在心肌重構過程中又有AngⅡ表達介導參與調控，心肌肥大的機制比較復雜，故miR-97a具體通過何種途徑導致心肌細胞的增殖，還需要進一步研究［20］。另有研究實驗證明，miR-133a在高血壓中可能也參與了此項信號通路調節［21-22］。

2.2 與RAAS相關的miRNA在高血壓致心肌纖維化中的作用 RAAS系統在高血壓引起的心肌纖維化的發病機制中越來越受重視，相關研究已經表明，心肌局部與全身的RAAS系統是相對獨立的兩個系統，在心臟和血管的局部有完整的RAAS，參與局部功能的調節［23-24］，其中血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）是生物活性最強的效應肽，Ang Ⅱ調節TGF-β1的表達是發揮作用的一個重要途徑［25］，Ang Ⅱ導致TGF-β1等細胞因子分泌及細胞增殖、蛋白合成、細胞外基質（如Col-Ⅰ和Col-Ⅲ）表達增加，是通過激活細胞內的絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK）家族而啟動核內基因表達的改變而實現［26］。

王文峰等［27］研究發現，SHR大鼠在未進行干預條件下，其心肌細胞排列紊亂，細胞肥大，胞核變圓畸形，單位視野內細胞核的數量明顯減少，證實SHR心臟存在高血壓心臟形態學改變。其心臟miR-195、AngⅡ、TGF-β1、Smad3、Col-Ⅰ及Col-Ⅲ的表達量均大于正常組大鼠（P＜0.01或P＜0.05），表明miR-195可能通過上調Ang Ⅱ及TGF-β1 /Smads信號轉導通路，促進了Col-Ⅰ和Col-Ⅲ基因表達及成纖維細胞增殖，從而導致心肌細胞纖維化。同時實驗用貝那普利（血管緊張素轉化酶抑制劑類藥物）干預SHR大鼠。發現心肌細胞較SHR對照組明顯變小，細胞排列較前有序，miR-195、AngⅡ、TGF-β1、Smad3、Col-Ⅰ及Col-Ⅲ表達均顯著下降（P＜0.01或P＜0.05）。證實了ACEI類藥物在逆轉高血壓所致的心血管過程中的重要作用。Van Rooij等［28］研究也發現，在未用藥物干預的SHR大鼠心臟miR-195表達也明顯上調，并且與Ang Ⅱ，TGF-β1，Smad3，Col-Ⅰ和Col-Ⅲ表達呈正相關性，其結果顯示心臟miR195高表達的可誘發心肌細胞纖維化。此外，另有研究證實，miR-137在高血壓所致心肌纖維化過程中亦通過類似途徑發揮作用［29］。為高血壓所致的心臟重構的治療靶點提供新的治療方案。

與AngII相關的PTEN（磷酸酶和凝固素同源物）/Smad7信號傳導通路可能也是高血壓致心肌纖維化的一個重要途徑。Lorenzen JM等［30］研究發現，Ang Ⅱ通過對miR-21上游轉錄因子激活子蛋白-1（AP-1）的活化，上調miR-21表達，靶向PTEN / Smad7，誘發成纖維細胞存活增加，導致心肌纖維化的發展。

2.3 其他相關的miRNA在高血壓致心肌纖維化中的作用 吳春濤［31］通過對小鼠升主動脈結扎及miR-455轉染等處理造模，分別于2周和4周后，應用qRt-PCR和Western-blot等手段檢測發現，miR-455通過雙向調控鈣網蛋白途徑，減輕/促進小鼠心肌細胞的纖維化過程。短期壓力負荷后（2周后）小鼠出現了代償性心肌肥厚的特征。因胎兒基因的重新激活，miR-455通過降解靶mRNA及鈣網蛋白（Calr）降低這條途徑，引起心肌細胞進一步增大。長期壓力負荷后（4周后）miR-455表達的上調，進而降解靶mRNA，降低Calr，會減輕心肌纖維化及凋亡。因此，在不同的時間段對miR-455進行不同的調控，可以減輕壓力負荷導致心肌肥厚及延緩心力衰竭的進程。另有研究發現miR-455在Ang Ⅱ誘導的心肌成纖維細胞（CF）中顯著下調，導致心肌纖維化。其機制是通過靶向結締組織生長因子（CTGF），減弱CTGF表達，進一步減少纖維化相關蛋白合成（膠原Ⅰ，Ⅲ和α-SMA）［32］。以上研究揭示了miR-455調控心肌纖維化的復雜性，有待于進一步的探索。miR-31可與LATS2靶基因相結合，調節Hippo通路來調控SHRs血壓及左室重構。LATS2基因在哺乳動物中屬于拉特抑癌家族，具有編碼一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的能力，在調節心臟發育中可能起了重要作用［33］。

3 小結

miRNA在各種疾病的發生發展中扮演的作用，越來越被重視。miRNA不僅可以應用于疾病發病機制的探討，未來應用于臨床疾病的診斷和治療亦有巨大價值。每個miRNA的作用機制及調節途徑非常復雜，其相互作用也異常復雜。通過大量長期的研究，miRNA在高血壓致心肌纖維化進程中的特點及機制僅部分闡釋，但整體調控機制和靶點的相關研究仍不完善，需要大量的后續研究探索。相信隨著miRNA檢測技術的發展和對miRNA調控機制認識的加深，特定miRNA有望作為心肌疾病基因治療的新的突破點，對高血壓導致心肌纖維化及其他心肌疾病帶來新的治療方案。