微小核糖核酸對慢性心力衰竭的調控及其作用機制

童倩 武慶 王國付

[關鍵詞]微小核糖核酸；慢性心力衰竭；心室重塑

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）是一類短的單鏈非編碼RNA，廣泛表達于真核生物中，參與細胞增殖、分化、凋亡和代謝等多種生物學過程。近年來隨著對miRNA研究的深入，越來越多的疾病被發現與miRNA的異常表達有關，除了腫瘤外，還包括糖尿病、心腦血管病等慢性疾病。本文就miRNA對慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）的調控作用及其機制研究的進展進行綜述。

1CHF發生發展與miRNA異常表達

1.1CHF患者miRAN異常表達：心力衰竭是多種心血管疾病的終末表現和主要死亡原因。隨著人口老齡化進程的加快，冠心病、糖尿病、高血壓、心臟病等疾病的發病率逐年增加，加之心肌梗死救治水平的提升，CHF的發生率逐年升高，已成為臨床亟待解決的主要心血管疾病之一。miRNA在CHF患者血漿、心肌組織或細胞中均有異常分布和表達，并參與調控心肌肥大、心肌纖維化、心肌細胞凋亡等心室重塑和心肌細胞代謝改變等病理過程。因此，歸納總結miRNA在CHF患者中的異常表達特征，發掘其作為生物標志物的潛能，有助于CHF臨床診斷方法的完善和拓展，見表1。

1.2miRNA異常表達與CHF患者預后：首先揭示外周血miRNA水平與心肌細胞損傷有關的研究，來自于De Rosa等，研究表明心肌細胞損傷直接導致miRNA被分泌進入外周循環，損傷的心肌細胞是外周血中miRNA的來源。不僅如此，miRNA在外周血中的表達變化與體內氨基末端腦鈉肽前體（NT-proBNP）以及CHF NYHA心功能分級有關。在患者預后評估方面，miR-126表達水平與CHF患者預后呈負相關，miR-182也被證實是一個優于NT-proBNP和超敏C反應蛋白（hs-CRP）的重要臨床參數。

2miRNA調控CHF的作用機制

2.1miRNA對心肌肥厚的調控作用：心肌肥厚是心室重塑的典型特征之一，心肌肥厚患者體內miRNA的異常表達與其病理過程密切相關。miR-22主要表達于心肌和骨骼肌，并在心肌細胞分化中發揮作用。實驗動物模型中發現，miR-22是壓力脅迫誘導心肌肥厚的必需因子，壓力脅迫下miR-22基因缺失則主要發展為擴張型心肌病。miR-221在主動脈弓縮窄術（transverse aortic constriction，TAC）動物模型和心肌肥厚患者體內都顯著增高，且miR-221表達增加誘導心肌細胞體積增大、胚胎期基因表達增加等，經生物信息學預測和熒光報告基因等證實，miR-221通過抑制p27發揮促心肌肥厚的作用。除此之外，miR-214抑制組蛋白甲基化轉移酶（enhancer of zestehomolog 2，EZH2）激活Sixl促進心肌肥厚；心肌特異性的miR-208負調控性別決定區域Y-box6蛋白，過表達miR-208誘導心肌肥厚的發生。miR-27也具有誘導心肌肥厚的作用，且其調控作用受到TGF-β信號的調節。miR-155、miR-451、miR-328等也具有促進心肌肥厚的作用。

一些miRNA具有抑制心肌肥厚的作用。研究表明TAC術后小鼠miR-218表達量顯著降低，而RE1沉默轉錄因子（RE1-silencing transcriofion factor，REST）表達增加，在心肌細胞中過表達miR-218，心肌肥厚標志物和REST表達顯著降低，暗示miR-218通過負調控REST抑制心肌肥厚的發展。該研究結果在異丙腎上腺素（isoprenaline，ISO）刺激的心肌細胞中也得以證實，REST通過Wnt/β-catenin信號通路和轉錄因子GATA4調控胚胎干細胞向心肌細胞分化，并調控多種心肌肥厚相關基因如心房利鈉肽、腦鈉肽和MYH7基因的表達，對心肌肥厚進展具有重要的促進作用。此外，miR-133和miR-1也是心肌肥厚的重要抑制因子，兩者在心肌肥厚動物模型和心肌肥厚患者中低表達，體外過表達miR-133，心肌肥厚相關標志物表達降低，敲除則心肌肥厚標志物表達增加。還有許多miRNA對心肌肥厚進展具有抑制作用，例如miR-26通過負調控轉錄因子GATA4抑制心肌肥厚進展；miR-98、miR-99a抑制TAC和血管緊張素II（an-giotensin，Ang II）、ISO引起的心肌肥厚。

此外，還有miRNA對心肌肥厚具有雙向調控的作用，如miR-21的互補鏈miR-21-3D。Bang等的研究結果證實，成纖維細胞分泌的miR-21-3p能被心肌細胞攝取并改變心肌細胞中某些基因的表達，如降低SORBS2、PDLIM5誘導心肌肥厚的發生；在Ang II誘導的心肌肥厚動物模型中抑制miR-21-3p能減緩心肌肥厚進程，表明miR-21-3p作為細胞旁分泌信號對心肌肥厚的發展具有重要的促進作用。而同年由Yan等發表在Cardiovascular Research上的研究則得到了相反的結果。在TAC和AngⅡ誘導的小鼠心肌肥厚模型中發現miR-21-3p表達量顯著降低，過表達miR-21-3p則抑制心肌肥厚進展，并且抑制組蛋白去乙酰化酶8（histone deacetvlase-8，HDAC8）的表達，而過表達HDAC8則通過激活Akt/Gsk3β信號解除miR-21-3p對心肌肥厚的抑制作用。

2.2miRNA與心肌纖維化：目前研究發現的miRNA調控心肌纖維化的機制可總結為以下兩種：調控心肌成纖維細胞的增殖與凋亡和調控心肌細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的表達與降解。

miR-21在大鼠心肌成纖維細胞中高表達，通過促進成纖維生長因子2的分泌和抑制心肌成纖維細胞的凋亡促進心肌肥厚進程和心肌纖維化。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因（phos.phatase and tensin homolog，PTEN）、B淋巴細胞瘤-2基因（B-cell lvmohoma-2，Bcl2）除了是重要的抑癌、原癌基因外，還是重要的細胞凋亡控制因子，對心肌成纖維細胞、血管內皮細胞等多種細胞的凋亡具有調控作用。據報道，miR-21能抑制FIEN和增加Bc12的表達、減少心肌成纖維細胞的凋亡，促進心肌纖維化和心衰的發展，在心肌纖維化過程中miR-21與TGF-β相互調控，以此為靶點是預防和治療心室重塑的新策略。

ECM是影響心肌纖維化進程的重要因素，而參與降解ECM的重要酶系——基質金屬蛋白酶（Metal-loproteinase，MMPs）受miRNA的調控。Hou等在轉基因小鼠的心肌細胞中過表達miR-27b后發現MMP.13表達量顯著降低，ECM無法及時降解而過量沉積，導致心肌纖維化的發生。miR-29由成纖維細胞產生，調控著一系列纖維化相關mRNA的表達并參與多種纖維化疾病的病理過程，是治療纖維化疾病的重要靶點。根據最新研究結果，血管內皮生長因子（vascu-lar endothelial growth factor，VEGF）是miR-29a的靶基因，過表達miR-29a導致VEGF/MAPK信號活性降低，心肌成纖維細胞的增殖被抑制，從而阻礙心肌纖維化進展。膠原蛋白轉錄因子Ⅰ、Ⅲ和膠原蛋白Ⅲ也受到miR-29b的調控，過表達miR-29b可抑制TGF-β誘導的膠原蛋白表達增加。

在心肌纖維化過程中，miR-29b與miR-133a參與心肌細胞與成纖維細胞之間的“溝通”，而高度保守的多肽家族成員TGF-β相關結締組織生長因子（TGF-β-connective tissue growth factor，CTCF）是促進成纖維細胞增殖和膠原沉積的重要分子。有研究表明，CTCF的表達受到miR-133和miR-30的直接調控，在肥厚心肌組織中miR-133和miR-30表達降低而CTCF表達水平升高，心肌纖維化標志物表達增加。CTGF的上游信號Apelin-13也受到miRNA的調控，在成纖維細胞中miR-503通過抑制Apelin-13促進AnglI誘導的心肌纖維化。近期Nagoal等還報道了miR-125b對Apelin蛋白的調控作用，降低Apelin表達誘導成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化，并通過抑制p53誘導成纖維細胞增殖，促進心肌纖維化。

2.3 miRNA與心肌細胞凋亡：許多miRNA通過激活或抑制細胞命運相關信號通路調控細胞凋亡過程。Fas、Bax、p53、PTEN是主要的促凋亡信號，Bcl-2及其家族成員Bcl-xl是兩種主要的凋亡抑制基因，還有心肌細胞凋亡雙向調節基因c-myc。

miR-1調控著心律失常、平滑肌細胞分化和心肌肥厚等多種生物學過程，在正常心肌細胞中幾乎不表達，而在病理條件下，或暴露于缺氧、高糖環境下時，在心肌細胞中的表達水平顯著增加。miR-1可通過靶基因熱休克蛋白-60、熱休克蛋白-70、Bcl-2促進心肌細胞的凋亡，抑制miR-1則可減少高糖誘導的心肌細胞凋亡。與miR-1相類似，miR-21也在缺氧心肌細胞中表達增加，同時參與心肌缺血再灌注損傷中的細胞凋亡。miR-21前體Pre-miR-21具有心肌保護效應，能顯著抑制H2O2誘導的心肌細胞凋亡作用。此外，miR-320對心肌細胞凋亡具有調控作用。在心肌細胞中過表達miR-320，具有心肌保護效應的熱休克蛋白-20表達顯著降低，心肌細胞凋亡率明顯增加。除了通過熱休克蛋白-20起作用外，心功能重要的調控因子-胰島素樣生長因子1（insulin-hke growth fac-tom-1，IGF-1）也受到miR-320的負調控。IGF-1在減輕心肌梗死后心肌細胞凋亡增加、心室壁張力和促進心肌代償性肥厚等方面具有重要作用，并對改善心肌梗死后左心室重塑導致的CHF具有潛在的應用價值。在心肌細胞中抑制miR-320，凋亡抑制基因Bcl-2表達增加而促凋亡基因Bax表達降低、凋亡小體Caspase-3減少，心肌細胞凋亡率降低，而過表達miR-320則通過IGF-1抑制其下游信號P13K/AKT和MAPK/ERK活性，抑制細胞增殖和促進心肌細胞凋亡。過表達miR-378能夠降低AKT信號的級聯反應增加細胞凋亡，而將miR-378敲除后則可通過增加IGFIR激活AKT信號的級聯反應保護心肌細胞，抑制其凋亡。miR-15家族成員miR-195在肝癌細胞、神經原細胞、軟骨細胞和心肌細胞等多種細胞中具有促細胞凋亡作用，Bcl-2，Sial和HIF-la等多個細胞凋亡相關基因都受到miR-195的負調控。

心肌細胞中富含線粒體，線粒體裂變與心肌細胞凋亡密切相關。miR-30家族可以通過抑制p53上調Drpl的表達，通過阻止線粒體的正常裂變而抑制心肌細胞凋亡。因此，心臟組織中miR-30家族高表達而p53低表達被認為是心肌細胞自我保護的一種生理機制。miR-499也能通過影響線粒體裂變率調控心肌細胞凋亡，發揮抗心肌細胞凋亡的作用。

綜合上述的研究報道，可以將在CHF發生、發展過程中發揮主要作用的miRNA及其把基因概括如圖1。

總之，越來越多的研究顯示很多miRNA參與了CHF的發生發展、并與患者的預后相關；提示這些miRNA可能作為CI-IF治療的潛在靶點。