微RNA在心血管疾病中的研究進展

徐 娜，莊宇鑫，全東令，張國華，周 磊※

(南方醫科大學 a.藥學院，b.中醫藥學院，廣州 510515)

心血管系統疾病又稱為循環系統疾病，較難治愈，主要分為腦血管病、冠心病、心律失常、心力衰竭、肺血管病、慢性腎臟病、外周動脈疾病等。發達國家65歲以上患者以高血壓、缺血性心臟病和腦動脈粥樣硬化最常見。發展中國家約有46%的男性和56%的女性因心血管系統疾病死亡[1]。我國心血管報告病顯示，隨著社會經濟的發展，人口老齡化進程的加快，居民生活方式的改變等心血管疾病危險因素的持續增加，導致心血管疾病患病率一直處于上升狀態，目前為止我國約有2.9億心血管疾病患者，每年約有42.61%的居民因為心腦血管疾病而死亡[2]。在全球疾病負擔報告中，心血管疾病也處在我國居民死因的前兩位。盡管心血管疾病的治療策略已有改善，對其病理進程的認識也有所深化，但是心血管疾病仍是全球患病率和病死率最高的疾病之一。心血管疾病受腎素-血管緊張素-醛固酮系統、內皮素、緩激肽、兒茶酚胺、轉化生長因子β、結締組織生長因子、基質金屬蛋白酶及細胞內鈣等多種因素的調控。這些因素從不同機制途徑，如神經體液功能紊亂、電解質失衡、生物活性肽等物質的異常等方面影響心血管疾病的發生發展。有研究表明，微RNA(microRNA，miRNA)在心血管系統的發展中起關鍵作用[3]。miRNA是一類具有轉錄后調節活性的內源性小分子，由內源基因編碼，在進化上高度保守。多項研究報道，miRNA參與胚胎干細胞分化、心肌細胞增殖、血管平滑肌細胞表型轉換、內皮細胞對剪應力的反應和紅細胞生成等形成過程[4-6]。此外，有研究發現，miRNA在心血管系統中表達豐富，且在許多心血管疾病(心力衰竭、心肌缺血、先天性心臟病、動脈粥樣硬化和高血壓)的發生發展中均發現miRNA表達水平的變化[7]。心律失常患者中，miR-1、miR-130a和miR-378等表達上調；冠心病患者的血清和血漿中，miR-126、miR-17、miR-19a和miR-155表達上調；心力衰竭患者中，miR-423-5p和miR-499表達上調；心肌肥厚患者中，miR-21和miR-18b表達上調等。研究表明，miRNA很可能是心血管疾病發生發展過程中潛在的生物標志物[8]。單一內源性miRNA可以對多個靶基因產生調控作用，心血管疾病的形成是多種原因作用的結果，故以miRNA為靶點進行治療與其他單一靶點治療方法相比可能更有效。現就miRNA在心血管疾病中的研究進展予以綜述。

1 miRNA概述

miRNA是進化上高度保守的單鏈非編碼小RNA，由內源基因編碼，長19～24個核苷酸。最早在線蟲中發現，隨后發現miRNA在不同生物的發展過程和細胞內穩態的調控中也發揮重要作用。miRNA可以調控與疾病相關的多個靶基因，因此成為診斷各種疾病的生物標志物。在核內3′多聚腺苷酸和5′帽子的pri-miRNA是miRNA由RNA聚合酶轉錄產生的，miRNA成熟體形成的莖環結構也被包含在其中。隨之在核內，Drosha和Pasha酶將其切割形成pre-miRNA，而后被G蛋白鳥苷三磷酸結合體和輸出蛋白5轉運出核，形成pre-miRNA，隨后在Dicer的作用下，pre-miRNA生成miRNA或雙鏈miRNA，其中一條鏈與RNA誘導的沉默復合體RNA誘導的沉默復合體結合形成有功能的miRNA，另外一條鏈發生降解。此外由宿主基因轉錄產生的pre-miRNA或相似體，在剪接體的作用下，生成內含子，隨后在脫支酶的作用下，生成pre-miRNA。大多數成熟的miRNA主要是通過堿基互補配對原則來控制mRNA的翻譯，并調控mRNA的轉錄[9]，見圖1[10]。

2 與心血管疾病相關的miRNA

miRNA是一類由內源基因編碼的具有轉錄后調節活性的內源性小分子，在進化上高度保守，隨著對miRNA研究的深入，發現miRNA在多種疾病中均有調控作用。同樣地，在心血管疾病中miRNA的表達發生變化，同一miRNA可以調控不同的心血管疾病，同一心血管疾病可以由多種不同的miRNA進行調控。由于調控心血管疾病的因素繁雜難以同時控制，故miRNA可能成為治療心血管疾病的一個潛在生物靶點，見表1。如在急性心肌梗死中，miR-1、miR-208a、miR-208b、miR-499、miR-134和miR-186等均有表達變化。在冠狀動脈疾病中，miR-451、miR-21、miR-133a和miR-155等也有表達變化，且表達變化不盡相同。由此可見，miRNA在心血管疾病中可能發揮重要作用。它為心血管疾病的治療策略提供了一個新的思路，尤其是miRNA在冠心病、高血壓、心肌缺血、心肌肥大及心力衰竭等方面的作用。

transcription：翻譯；miRNA gene(intergenic,intronic,or polycistronic)：miRNA基因(基因間，固有的，多順反子)；pri-miRNA：初級miRNA；NUCLEUS：細胞核；pre-miRNA：miRNA前體；CYTOPLASM：細胞質；Exportin-5：輸出蛋白5；translation repression：翻譯抑制；mRNA degradation：mRNA降解；miRNA duplex：雙鏈miRNA；mature miRNA incorporate-dinto RISC：成熟的miRNA整合到RISC中；RISC：RNA誘導的沉默復合體

圖1miRNA的作用機制[10]

2.1miR-124 心血管疾病發展最終將會導致患者的心力衰竭。研究顯示，減少心臟血管的生成有助于減緩心肌肥大到心力衰竭的進展，但其分子機制仍不清楚[11]。有研究發現，miR-124在心力衰竭患者和小鼠中表達增加[12]。miR-124過度表達可增強血管緊張素Ⅱ在小鼠心臟中的促纖維化作用以及在心臟血管中的異常增生作用。體外培養內皮細胞實驗中，miR-124過表達可顯著促進細胞凋亡，并降低內皮細胞的活力、遷移、管腔形成以及CO的釋放。此外，miR-124的過度表達，可通過直接靶向CD151導致其沉默，進而引起內皮細胞損傷[13]。在心肌細胞中，miR-124是心臟血管生成和心臟功能的一個重要負調控因子，可能靶向抑制CD151的表達。因此，針對miR-124的靶向治療將為治療心力衰竭提供新的策略。

表1 心血管疾病相關miRNA

miRNA：微RNA；PCR：聚合酶鏈反應

2.2miR-17-92基因簇 對于miR-17-92家族的個體成員的研究顯示miR-17、miR-18、miR-19和miR-20是具有抗血管生成功能的miRNA分子。體內和體外的實驗均表明，抑制miR-17/20對心血管形成的影響最為顯著[14]。miR-92a通過靶向ITGA5來緩解心肌缺血癥狀和抑制血管生成。使用miR-17-92基因簇拮抗劑對小鼠心臟進行治療可以改善其血管生成能力[15]。在缺血再灌注的豬模型中沉默miR-92a，可以減少心肌梗死面積，增加毛細血管的形成，從而恢復大動物模型中缺血再灌注損傷的心臟功能[16]。

2.3miR-126 miR-126增強了內皮細胞和內皮祖細胞在維持血管完整性、內皮細胞增殖、遷移以及在心臟對損傷反應中的作用[17]。血管損傷或缺氧時，miR-126上調可激活內皮祖細胞和內皮細胞，有助于血管愈合和血管新生[18]。對小鼠的實驗研究表明，miR-126在患者心肌血管形成和心肌梗死后生存中起關鍵作用。Jakob等[19]報道，miR-126通過抑制血管生成過程中的重要抑制劑，包括抑制胞外信號調節激酶的激活和促進血管生成的Sprouty相關的酪氨酸激酶結合蛋白來促進血管生成。

2.4miR-208家族 miR-208家族簇是由α主要組織相容復合體和β人系膜細胞的內含子區編碼而成的，由miR-208a、miR-208b和miR-499組成。miR-208a的心臟過表達引起小鼠心肌細胞的增生性生長和心律失常[20]。有研究顯示，心肌肥厚患者外周血中miR-208表達水平升高[21]。事實上，抑制達爾高血壓大鼠miR-208a水平不僅可預防病理性肌凝蛋白交換和心臟重塑，還能改善患者心臟功能和生存狀態[22]。miR-208a和miR-208b的過表達抑制腫瘤壞死因子受體相關蛋白1和肌抑制蛋白以及轉錄因子Gata4的轉錄，表明miR-208家族參與心肌肌凝蛋白的形成和含有血清響應因子相關的啟動子區域的基因轉錄激活等過程。Huang等[20]認為，miR-208對轉錄因子SRY-Box6(SOX6)起負調控作用，其表達水平與心肌肥厚相關。

2.5miR-133 miR-133在健康心臟中高度表達，與心肌肥厚相關。miR-133缺失誘導小鼠心肌肥厚，在動物和人類模型中，認為miR-133是心肌肥厚和低水平心力衰竭的重要調控因子[23-27]。分子研究發現，miR-133靶向鳥苷三磷酸鳥苷二磷酸交換蛋白、信號轉導激酶細胞分裂控制蛋白42、核因子、負延長因子復合體A等多個抗增殖基因[28]。Diniz等[28]對Ⅱ型血管緊張素受體甲狀腺激素誘導的心肌肥厚模型的研究發現，miR-133表達增加，且miR-133模擬物可以在體外阻止心肌肥厚對三碘甲腺原氨酸的反應，抑制miR-133a的表達可導致糖尿病患者的心肌肥厚，而miR-133a的過度表達會減弱糖尿病患者的心肌纖維化[29-30]。

2.6miR-378 miR-378可以調控心臟的過度興奮。miR-378在心血管系統中的過表達將會減輕心肌細胞損傷和凋亡[31]。miR-378通過靶向促分裂原活化的蛋白激酶信號、胰島素樣生長因子受體1、生長因子受體結合蛋白2和Ras1的激酶抑制素，抑制促分裂原活化的蛋白激酶信號，控制主動脈弓縮窄模型中的心肌肥厚。在慢性壓力負荷導致的小鼠心肌肥厚模型中，miR-378表達水平的恢復可減緩病理重塑和心臟功能障礙的進程，這可能是心肌疾病治療的一種有效策略[32]。此外，Nagalingam等[33]發現，miR-378是心肌肥大的內源性負調控因子。miR-378可阻斷去氧腎上腺素激活Ras，也可阻止Ras的下游磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和癌基因Raf效應因子-促分裂原活化的蛋白激酶1-細胞外信號調節激酶的激活的兩種促生長信號通路。

2.7miR-33 miR-33在衰老心臟中表達增加。研究發現，miR-33在心肌纖維化進程中表達增加。miR-33通過抑制基質金屬蛋白酶16和刺激p38促分裂原活化的蛋白激酶信號通路促進心肌纖維化[34]。miR-33過表達將抑制轉化生長因子-Smad蛋白通路相關蛋白Smad-2和Smad-3的表達[35]。此外，有研究表明，miR-33通過靶向抑制ATP結合轉運子1改善動脈粥樣硬化[36]。miR-33-/-小鼠巨噬細胞中高密度脂蛋白膽固醇的表達下調，血管平滑肌細胞中的單核細胞趨化蛋白1亦表達減少，表明miR-33可能成為治療心血管疾病的靶標，長期使用miR-33拮抗劑可導致miR-33-/-小鼠對肥胖和代謝功能障礙易感[37]。

3 問題與展望

近年來，關于miRNA在心血管疾病調控方面的研究取得了很大進展，人們對于miRNA在心血管疾病方面的作用越來越重視。心血管疾病的發生發展是一個復雜的過程，深入全面地闡明miRNA在心血管系統中的作用有助于提升對其發生發展進程的認知，并為疾病的治療提供新的靶點和策略[38]。但目前人們對心血管疾病的發生發展進程的調控機制尚未明確，心血管疾病發生發展進程的每一階段都有多種不同因素參與，因此可能需要同時針對多個因素對患者進行干預治療，以期達到理想的治療效果[39]。此外，關于miRNA的分子調控機制的研究仍處于初級階段，RNA提取和聚合酶鏈反應過程中所需要的精細的、高要求的操作方法決定了還需要很多miRNA在心血管疾病調控方面的研究。miRNA具有調控細胞增殖、凋亡和分化的功能，這些功能在心血管系統中的作用必不可少，也是腫瘤發生發展的必要條件，因此，可通過對miRNA的研究尋找到更合適的治療心血管疾病和腫瘤的方法。

心血管疾病的發生發展過程復雜，盡管目前對心血管疾病的治療策略和病理認識均有所改善，但其仍是全球患病率和病死率最高的疾病之一。miRNA在心血管系統中表達豐富，且心肌組織中許多miRNA的表達在心血管疾病的發生發展進程中發生了改變，可見，miRNA在心血管疾病的發展進程中起重要作用，深入全面地闡明miRNA在心血管系統中的作用有助于提升對心血管疾病發生發展進程的認知，并為疾病的治療提供新的靶點和策略。但對miRNA的分子調控機制的研究仍處于初級階段，期待取得更多的研究進展。