miRNA對心肌細胞肥大的調控作用及在心肌肥厚發病中的分子生物學作用機制研究進展

朱賁賁，白在先，楊鵬杰

內蒙古醫科大學附屬人民醫院，呼和浩特 010020

心肌肥厚是由多種因素引起的心肌組織超負荷的適應性反應，可分為生理性和病理性。生理性心肌肥厚常見于兒童、運動員以及妊娠期婦女，疾病進展緩慢且具有可逆性。病理性心肌肥厚多是由高血壓、心肌梗死等引起的，是心腦血管事件的獨立危險因素。持續的病理性心肌肥厚最終可導致擴張性心肌病、心力衰竭和猝死。微小RNA(miRNA)是真核生物中發現的一類內源性的具有調控功能的非編碼RNA，長度為19～25個核苷酸。miRNA存在多種形式，最原始的Pri-miRNA，長度為300～1 000個堿基。Pri-miRNA經過一次加工后，成為Pre-miRNA即microRNA前體，長度為70～90個堿基。miRNA在調控發育過程中具有抑制靶mRNA轉錄、翻譯或者通過剪切靶mRNA促進其降解等重要作用。近年來，因miRNA在生物過程中的調節作用及其在各類疾病(視網膜病癥、神經退行性疾病、心血管疾病和癌癥等)發生發展中的作用而被廣泛研究[1]。在心血管系統中，miRNA控制各種細胞(如心肌細胞、內皮細胞、平滑肌細胞和成纖維細胞等)的功能，并在肌肥厚、心肌梗死、心肌纖維化、心力衰竭、心律失常、炎癥反應和動脈粥樣硬化等疾病中起至關重要的作用。近年大量研究表明，miRNA可通過調節細胞代謝、增殖、免疫反應等參與調節心肌肥厚的發生發展[2]。現就miRNA對心肌細胞肥大的調控作用及在心肌肥厚發病中的分子生物學作用機制研究進展情況綜述如下。

1 miRNA對心肌細胞肥大的調控作用

miRNA作為基因轉錄后的調節劑在心肌細胞的功能中具有重要作用，它們可通過在心肌細胞中的特異性表達，正向或負向調節心肌細胞分化、肥大、增殖和凋亡，短期內加重實驗動物心肌肥厚，從而影響疾病的進展。

1.1 miRNA對心肌細胞肥大的正向調控作用 miR-22是心肌細胞肥大和心臟重塑的關鍵調節因子，其過表達足以誘導心肌細胞肥大[3]。在新生大鼠心肌細胞中miR-22的過表達引起心肌細胞肥大，同時誘導心肌細胞肥大標志物如利鈉肽A A(Nppa)基因的表達；而miR-22的低表達可減弱了苯腎上腺素、異丙腎上腺素或血管緊張素Ⅱ(Ang-Ⅱ)引起的心肌細胞肥大[4]。miR-206在體內和體外過度表達均導致心肌細胞肥大，而抑制miR-206的表達則加劇缺血/再灌注損傷并阻礙了心肌細胞肥大[5]。還有一些報道同樣支持miRNA的促心肌肥厚的作用。Sassi等[6]利用miR-29 ab1-/-b2c+/-和ab1+/+b2c-/-兩組小鼠進行主動脈縮窄(TAC)處理，發現兩組小鼠的miR-29較野生型分別減少了60%和40%。進一步研究發現，miR-29 ab1-/-b2c+/-和ab1+/+b2c-/-兩組小鼠較野生型小鼠心臟的重量、心肌肥厚顯著降低，心肌肥厚的標記物利鈉肽A(Nppa)和Myh7/Myh6表達也顯著降低。這證實miR-29的缺失可以保護心臟因負荷過大引起心肌肥厚。Li等[7]發現，miR-328在轉基因小鼠心臟中過表達后，通過對SERCA2的靶向作用促進心肌肥厚。另外miR-155、miR-21等對心肌細胞肥大的發生也起著促進作用[8,9]。

1.2 miRNA對心肌細胞肥大的負向調控作用 不同的miRNA對于心肌細胞肥大的作用也不一致。大量文獻報道，miRNA與心肌細胞肥大的負調控有關。已知miR-1在心力衰竭的代償期可逆轉心肌細胞肥大，通過體內miR-1基因表達的慢性恢復，使肥大的心肌細胞發生退行改變，從而保護因超負荷壓力引起的心臟重塑。在升主動脈狹窄的SD大鼠中，給予腺病毒血清型-9，可恢復miR-1表達，進而使肥大的心肌細胞消退，心肌纖維化和減少凋亡，并使MAPK信號通路失活[10]。在異丙腎上腺素誘導的心力衰竭小鼠中，尾靜脈注射miR-1a-3pagomir(agomir-1)可減少小鼠心肌細胞肥大、心肌纖維化和凋亡。研究者進一步發現，miR-1a-3p通過增強線粒體ND1和COX1的表達減輕異丙腎上腺素誘發的心力衰竭[11]。肌醇1,4,5-三磷酸酯受體(IP3Rs)是在所有組織中普遍表達的鈣通道家族，miR-133是鈣通道拮抗劑。在超負荷壓力或神經激素刺激下的心肌細胞肥大反應中，通過下調miR-133使IP(3)RⅡ水平增加，從而促進心肌細胞肥大鈣信號的傳遞和伴隨的病理改變[12]。在另一項研究[13]中，使用1型血管緊張素Ⅱ受體(AT1R)治療患有甲狀腺功能亢進的大鼠時會導致甲狀腺激素水平降低，進而導致大鼠心肌細胞肥大。此時體內miR-133被下調，其靶標SERCA2a和鈣調磷酸酶被上調。這些結果表明，miR-133通過不同的機制在心肌肥厚中起關鍵作用。另外He等[14]認為，在心肌細胞肥大中下調miR-30b-5p的表達可抑制Ca/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ的表達，表明miR-30b-5p可能是肥大性抑制劑。miR-101、miR-185等對心肌細胞肥大的發生也起到了抑制作用[15,16]。

1.3 miRNA對動物心肌肥厚的作用 Wu等[17]將小鼠進行TAC處理，并給予mir-455治療，2周后對部分小鼠進行超聲心動圖和血流動力學檢查，TAC誘導的心肌肥厚特征顯著加重；4周后，與對照組相比，經miR-455治療的小鼠左心室壁厚度雖降低，但左心室腔尺寸未見明顯增大，同時左心室收縮力也未見明顯降低，仍舊保持心肌肥厚的狀態。實驗結果表明，miR-455在短期內加重了心肌肥厚，但長期卻減輕了病理性心肌細胞的重塑。因此，miR-455基因的替代療法可能是一種潛在的治療策略，可通過在心肌肥厚后的不同時間點調節miR-455來逆轉壓力引起的心肌肥厚并阻止心臟重塑的發生。

2 miRNA在心肌肥厚發病中的分子生物學作用機制

miRNA影響心肌肥厚的分子生物學機制是多途徑的。關于miRNA發揮正調控的作用機制，文獻[6]報道miR-22可能通過抑制Pten來影響心肌肥厚，可能涉及磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)-9蛋白激酶B(AKT)。miR-212/132家族在不同的肥大刺激(例如Ang-Ⅱ，去氧腎上腺素或胰島素樣生長因子)后的心肌細胞中以及在TAC小鼠的心臟組織中上調。兩種miRNA似乎都靶向并負調節抗肥大和自噬的(FoxO3)轉錄因子的表達，并激活肥大型鈣調神經磷酸酶/激活的T細胞(NFAT)信號通路的核因子[18]。

Li等[19]通過TAC建立大鼠心肌肥厚模型，在心肌肥厚組織中，自噬相關蛋白Atg-5表達上調，而miR-181a表達下調，說明miR-181a表達下調可能促進心肌細胞自噬的增強。接著用血管緊張素受體Ⅱ(AngⅡ)刺激大鼠原代心肌細胞，用自噬抑制劑3-MA抑制Atg-5的表達，從而改善Ang Ⅱ誘導的心肌細胞肥大；而Atg-5的過表達，增強心肌細胞自噬相關蛋白和肥大基因的表達。因此miR-181a通過調節Atg-5誘導的心肌自噬，下調Ang Ⅱ誘導的心肌細胞肥大。Wu等[20]發現，miR-365通過調節Skp2的表達抑制自噬，從而加速心肌肥厚。這說明，細胞自噬的失調可以引起心肌肥厚，miRNA是可以控制細胞自噬的機制之一。

除了上述鈣調蛋白/鈣調神經磷酸酶/活化T細胞核因子和自噬相關通路外，Wang等[21]將小鼠進行TAC處理建立小鼠心肌肥厚模型。4周后與對照組相比，miR-10a表達明顯受抑制，TBX5水平顯著升高，這提示miR-10a和TBX5可能參與心肌肥厚的過程。同時miR-10a在心肌細胞的過度表達可顯著抑制TBX5的mRNA和蛋白表達，而miR-10a抑制劑有相反的效果。這表明miR-10a通過對TBX5的靶向作用來抑制心肌肥厚。Liu等[22]發現，miR-26a可能通過抑制GAT4起到抑制心肌肥厚的作用。GATA4是miR-26a的直接靶標，GATA4的過表達消除了miR-26a在心臟肥大中的抑制功能。因此猜測miR-26a可能通過抑制GATA4發揮抗肥大作用。另有研究發現，TAC處理的大鼠和經苯腎上腺素治療的新生大鼠心肌細胞中均發現miR-1的降低。用miR-1激動劑或CDK6 siRNA處理均可減少心肌細胞的大小，ANF的表達和β-MHC和磷酸化的pRb。因此，我們認為CDK6-Rb通路的激活有助于心肌肥厚的過程中miR-1的減弱[23]。

以上研究成果雖然在一定水平上論證了miRNA正調控或負調控心肌肥厚，但其參與的調控都是多方面、多靶點的，因此miRNA影響心肌肥厚的機制有待進一步研究。

通過miRNA對心肌細胞的調控作用及其在心肌肥厚發病中的分子生物機制的學習，我們知道，目前關于miRNA療法可歸為兩類，即miRNA再表達療法和miRNA抑制療法。Zhang等[24]則證實了葛根素可通過增加miR-15b/195表達和抑制TGF-β信號通路減慢心肌肥厚的進展。研究[25]發現通過調節miR-27和EHMT1/2的表達可以防止H3K9甲基化損失從而緩解心肌肥厚的進展。Ren等[26]認為，阿伐他汀可通過下調miR-31的表達來緩解由于慢性間斷性缺氧導致的心肌肥厚。Fan等[27]發現白藜蘆醇可以通過模擬BRCA1進一步促進miR-155的基因缺失，從而防止因壓力過載或體內agomiR-155轉染引起的心肌肥厚，這些研究都可能是治療心肌肥厚的新策略。此外，由于 miRNA具有在血漿、血清中穩定、易檢測的特點，因此可被用作生物標記物。Li等[7]認為，循環miR-133a可以作為預測慢性血液病患者的心肌肥厚的生物標志物。Zhang等[28]研究，miR-29a和miR-29因其在不同類型心肌肥厚中顯示出不同的特征，可以作為臨床上區分梗阻型和非梗阻型心肌病的生物標記物。雖然這些實驗為miRNA治療心肌肥厚打開了的門，但是想要將其直接應用到臨床，仍舊需要進一步的實驗來確保臨床效果。

綜上所述，miRNA作為基因轉錄后的調節劑在心肌細胞的功能中具有重要作用，它們可通過在心肌細胞中的特異性表達，正向或負向調節心肌細胞分化、肥大、增殖和凋亡，短期內加重實驗動物心肌肥厚，從而影響疾病的進展；miRNA影響心肌肥厚的分子生物學機制是多途徑的。miRNA調節心血管疾病的詳細分子機制仍需進一步研究。在以miRNA為基礎的臨床治療的道路上，最大的未知數是如何有效地將miRNA模擬及其抑制劑傳遞給靶器官，只有經過嚴格的基礎和臨床研究，我們才會對這些問題有進一步的答案。