microRNA在心血管疾病中的研究進展

李文慧 張洪亮 王 越 董 建 李丹陽 金鑫馨

佳木斯大學附屬第一醫院心內科，黑龍江佳木斯 154003

隨著生命科學進入后基因組時代，人們已經不滿足于對編碼蛋白質基因的研究，而是開始著眼于探尋非編碼基因的相關功能。微小RNA（microRNA，miRNA）的發現為人類基因調控的研究提供了新的方向。1993年Lee等[1]從秀麗隱桿線蟲中發現lin-4通過與表達lin-14蛋白的信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）結合并抑制其表達以調節線蟲的發育。這一發現被視作線蟲獨有的生物學現象而未引起科學家們的重視。直到2000年，研究人員發現let-7[2]，這種在真核生物體內廣泛存在且高度保守的非編碼小RNA才被大家所關注。目前已知的人類miRNA有3000個以上，最初的分析推測其可調控人類至少三分之一的編碼基因[3-4]。也就是說miRNA為多種疾病的診斷、治療及預后提供了潛在靶點。本文將重點敘述miRNA與心血管疾病的關系與相關研究進展。

1 miRNA的形成及作用機制

1.1 miRNA的形成

miRNA是一類長度為18～25個核苷酸組成的一類非編碼小RNA。其中有大約35%～52%經生物信息學分析表明存在于編碼蛋白質基因的內含子中[5]。miRNA的生物發生是一個復雜的過程，需要細胞核和細胞質兩個階段[6]。首先大多數miRNA由RNA聚合酶Ⅱ從miRNA相關的DNA或內含子中加工成為具有5’帽狀結構的多聚腺苷酸RNA鏈，稱為初級miRNA（pri-miRNA）。PrimiRNA隨后被由DGCR8和核糖核酸酶Drosha組成的復合物微處理器切割成為長度為70nt左右的發夾樣雙鏈RNA，稱為前體miRNA（pre-miRNA）[7]。之后pre-miRNA被Exportin-5從細胞核導出至細胞質中，在胞質中被Dicer進一步切割成長約22nt的雙鏈miRNA。miRNA雙鏈與miRNA誘導的沉默復合物（RISC）結合，隨后miRNA雙鏈被Argonaute蛋白解開，成熟鏈留在RISC中與靶mRNA結合發揮基因調控作用，而另一條乘客鏈則被水解[8]。

1.2 miRNA的作用機制

miRNA通過與靶mRNA的3’非翻譯區（3’UTR）相結合在轉錄后水平調控基因表達。其中miRNA的5’端2～8位核苷酸被認為決定了與靶mRNA 3’UTR的配對特異性而被稱為種子序列[9-10]。miRNA與靶mRNA的結合方式有完全互補配對和不完全互補配對兩種。若miRNA與靶基因完全互補配對則靶mRNA被降解；若兩者不完全互補配對，則靶mRNA的翻譯被抑制而不影響mRNA水平。越來越多的證據顯示miRNA廣泛參與了生物發育以及疾病發生、進展的各個環節。miRNA已經可以從血液、唾液、尿液等體液中被分離出來用以作為疾病的新型生物標志物[11]。目前用于檢測miRNA的方法有定量聚合酶鏈式反應（PCR）、微陣列分析以及RNA測序等[12]。

2 miRNA在心血管疾病中的作用

根據美國心臟病協會（American Heart Association on Heart Disease and Stroke）的數據統計。全球范圍內每年大約有1730萬人死于心血管疾病及相關并發癥[13]，并且這個數字還在逐年增加。miRNA的發現和研究為診斷和治療心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）提供了新的思路。

2.1 miRNA與心力衰竭

心力衰竭是大多數心血管疾病的終末表現及死亡原因。損傷因子使心肌細胞肥大、壞死、凋亡出現心肌重構現象從而引發心肌損傷、心力衰竭[14]。研究表明多種miRNA分子參與了心肌重構的過程。miR-1作為心肌細胞中特異性表達的miRNA在心力衰竭心臟中表達下調。在主動脈縮窄的大鼠模型中，miR-1的表達水平與心肌肥厚程度成反比，說明miR-1具有抑制心肌肥厚的作用[15]。此外，miR-21在心臟纖維化過程中表達上調，針對miR-21的膽固醇修飾拮抗劑的應用可預防纖維化和心肌肥大[16]。此外在糖尿病心肌病中，miR-133a和miR-373都參與了心肌細胞增強因子2C（MEF2C）信號轉導，MEF2C通過激活p300基因介導心肌纖維化[17]。miR-155作為一種多功能miRNA也在心衰患者血清中上調并與患者的預后指標左心室質量指數呈正相關[18]。除此之外研究還發現衰竭心臟與正常心臟相比尚有miR-25、miR-30等表達下調，以及miR-195、miR-199a/b等表達上調[19]。

2.2 miRNA與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一種血管壁的慢性炎癥性疾病，主要涉及血管內皮細胞功能障礙以及脂類物質在血管壁的異常沉積。目前主流的治療方法為經皮冠狀動脈介入術或冠狀動脈旁路移植術[20]。然而這兩種方法均有造成血管損傷的風險，有很大一部分患者需要二次干預。miRNA的出現為動脈粥樣硬化提供了潛在的治療靶點。miR-145是維持血管平滑肌收縮性與分化水平的關鍵因子。研究表明在載脂蛋白E缺失的小鼠體內，過表達miR-145可減小動脈粥樣硬化斑塊的大小并誘導斑塊向更穩定的表性轉化[21]。此外miR-222也通過靶向p27來抑制血管平滑肌的增殖來穩定斑塊[22]。同時miR-21、miR-34a等miRNA也在動脈粥樣硬化模型中大量表達并檢測到它們的靶基因相應下調[23]，說明它們可能也參與動脈粥樣硬化的進程。還有研究表明在剪切應力的影響下血管內皮細胞會釋放一系列穩態因子并表達相應miRNA以對抗動脈粥樣硬化進程，但兩者之間的對應關系尚不完全清楚[24]。

2.3 miRNA與心肌梗死

心肌梗死是由于心肌的急性缺血導致的心肌組織的損傷，是人類心血管疾病的主要死亡原因。miR-126在內皮細胞特異表達，心肌梗死后miR-126表達升高對缺血后心肌內血管新生有重要作用，它主要通過抑制Spred-1的表達，減弱其對血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，FGF）激活的信號通路的抑制作用從而促進血管新生[10]。此外miR-1和miR-208也在心肌梗死大鼠模型中表達增加，且miR-1水平與梗死面積呈正相關[25]。有趣的是在急性心肌梗死患者的尿液中miR-1水平同樣增高，可達健康人的60倍，而miR-208卻水平很低不易檢出[26]。急性心肌梗死后循環中增高的還有miR-21、miR-499等[27]。在所有這些增高的miRNA中miR-499的特異性和敏感性較高，因其在心肌梗死后的4 h內即可被檢測到，檢測時間早于臨床通用的肌鈣蛋白[28]，因此有望取代肌鈣蛋白成為新的心肌損傷標志物。

3 miRNA在心血管疾病診斷及治療中的挑戰與展望

當然科研工作者在研究miRNA的過程中同樣遇到了一些挑戰，例如未經修飾的寡核苷酸會被血液中的核酸酶降解，要如何選用正確的化學修飾以保證其在循環中的穩定性；以及一些核苷酸序列在經過化學修飾后出現需求功能之外的分子毒性，要如何避免這種毒性給機體帶來的額外傷害[29]；還有如何選用正確的給藥方式以確保目的基因能順利傳遞到靶基因。這些都是亟待解決的問題。

miRNA作為基因表達調控網絡的關鍵環節在心血管疾病中的作用已經日漸受到國內外研究人員的關注。其在心血管系統的特異性表達為心血管疾病的診斷治療及預后提供了新的思路。miRNA作為新的生物標志物及治療靶點在不久的將來必會為患者帶來福音。