急性心肌梗死后新發心房顫動危險因素及相關miRNA的變化

曾青燚 李偉

(1貴州醫科大學附屬醫院,貴州 貴陽 550000;2貴州醫科大學)

在急性冠狀動脈綜合征(ACS)中心房顫動的發病率為2%～23%〔1,2〕,而在急性心肌梗死(AMI)患者中發生新發房顫的風險增加了60%～77%〔3〕。相關研究表明心肌梗死后合并心房顫動相較于竇性心律患者死亡率增加40%〔4〕,對于高危人群行預防性治療有助于改善此類患者的預后,具有較大臨床價值。心房顫動的相關機制涉及心房細胞的電信號重塑;心房細胞的結構重塑;血流動力學改變等,相關研究已經明確在房顫發生過程中涉及信號轉導相關的微小RNA(miRNA)。本文主要對AMI到心房顫動過程中相關的miRNA與相關臨床指標進行論述。

1 miRNA在AMI到新發心房顫動過程中的作用

1.1miRNA的介紹 miRNAs是一種小的非編碼RNA分子〔5,6〕,分子長度為18～24個核苷酸。在真核細胞中的miRNAs主要有兩種來源,一種是由自身的基因編碼、RNA聚合酶Ⅱ的加工形成;另外一種是由相應的RNA分子轉錄后,通過特定的加工機制產生〔7〕。miRNAs調控各種生物過程,包括但不限于組織發育、內環境穩態和組織細胞間的信號轉導〔8〕。miRNAs可以通過細胞外分泌于體液中,如血漿、尿液和唾液〔9〕。miRNAs細胞外分泌的方式可分為細胞旁分泌及遠距離分泌,相關研究表明,miRNAs細胞外分泌可以通過外泌體的方式轉運完成信號傳導〔10〕,外泌體miRNAs進入受體細胞后,通過靶向結合受體細胞中的mRNA和阿爾戈納特(AGO)2蛋白形成RNA誘導靶向基因沉默復合物(RISC),降解靶基因的mRNA或抑制mRNA轉錄〔7〕。同時因為外泌體miRNAs具有結構穩定性,提示該物質可以成為疾病診斷的標志物〔11〕。據相關報告miRNAs做為信號分子參與心房顫動的發生過程,涉及心房氧化應激反應和纖維化通路的激活〔12,13〕。

1.2miRNAs在AMI中的作用 ACS是一組臨床綜合征,其病理基礎為冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂或侵犯,隨后發生完全或不完全閉塞性血栓形成,包括ST段抬高型心肌梗死(STEMI)、急性非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)、不穩定型心絞痛(UA)。ACS是一種常見而嚴重的冠心病,常導致心律失常、心力衰竭甚至猝死。

miRNAs作為AMI早期的生物標記物可能比心肌肌鈣蛋白(cTn)I更具優勢,相關研究表明,在癥狀出現后4 h內,所有患者的血漿中都可以檢測到循環心臟特異性miRNAs,而cTnI在該早期僅在85%的患者中檢測到〔14〕,這為miRNA作為新的標志物提供了可能性。在相關研究中〔15〕發現AMI患者血漿中miRNA-17-5p、miRNA-126-5p和miRNA-145-3p的表達水平顯著升高,并且這3種miRNA的結合能夠提供更準確地診斷疾病。此外,另有研究〔16〕表明患者血清中miRNA-122-5p水平可作為AMI和UA的診斷標志物,并且miRNA-122水平升高可用于預測冠狀動脈病變動脈狹窄的程度。也有研究發現,在AMI后損傷的心肌細胞可以通過釋放外泌體miRNA-1,從而增加血液中單核細胞的數量〔17〕進一步促進炎癥反應發生。相關研究〔18〕表明在AMI發生的短時間(3 h)內,miRNA-1水平上調可與傳統心肌梗死標志物上升水平一致。

1.3miRNA在心肌細胞缺血再灌注損傷中的作用 心肌缺血再灌注損傷(MIRI)是指心肌組織血供斷中斷一段時間后恢復,并使心肌組織損傷加重的現象。心肌缺血后再次開通罪犯血管可引起心肌細胞缺血再灌注損傷。MIRI的發病機制還未闡明,主要學說〔13〕有氧自由基損傷、細胞內鈣超載和炎癥損傷。

在關于調控MIRI機制中可能與長鏈非編碼RNA調控基因轉錄的HOX轉錄起始子RNA(HOTAIR)/miRNA-1/縫隙連接蛋白(Cx)43軸相關〔19〕。Cx43是主要的心室間隙通道蛋白,Cx43的去磷酸化可以導致心律失常和心肌細胞凋亡〔20〕。miRNA-1可通過抑制Cx43的減少和重新分布來保護心臟免受MIRI的影響〔20〕。有研究〔19〕發現HOTAIR含有miRNA-1的結合點,可直接與miRNA-1結合抑制其表達;在MIRI中,通過HOTAIR抑制miRNA-1表達,從而增加Cx43表達,增加心律失常及心肌細胞的凋亡。

在氧自由基損傷的學說中〔21〕活性氧自由基(ROS)源于膜聯蛋白(ANX)A2 基因的環狀RNA(CircANXA2)表達增強。CircANXA2可與miRNA133結合,抑制心肌細胞生成,從而促進心肌細胞凋亡,導致MIRI〔21〕。miRNA133也可以通過抑制凋亡蛋白9起到保護作用〔22〕。以上研究表明miRNA133在缺血再灌注中起到保護作用。

miRNA-1與miRNA133的表達在缺血再灌注損傷中均被抑制,這為AMI新發心房顫動提供一定的預測作用。

1.4miRNA在心肌結構重塑的作用 心PGCF重構通常被認為是經過各種內源性和外源性因素的作用,對心肌的結構、代謝和電傳導的不斷調節,最終導致心臟結構和生物學效應的改變〔23〕。根據心室重構過程中產生心功能障礙的機制,將心室重構分為機械重構和電重構〔24〕。心房的機械重構主要涉及心肌纖維化。

1.4.1miRNA與心肌細胞纖維化 房顫中分子與細胞機制涉及間質纖維化,這種改變可加速傳導,同時原間質鏈存在與房顫患者的持續性房顫和電信號縱向傳導有關。心房組織纖維化是心房顫動的主要病理生理特征,在心臟纖維化的幾個典型信號通路為轉化生長因子(TGF)-β/Smad通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)通路〔25〕。而心肌細胞纖維化涉及的信號分子有結締組織生長因子(CTGF)、血管緊張素(Ang)Ⅱ、成纖維細胞生長因子(FGF)1、組織生長因子(TGF)、血清反應因子(SRF)。

CTGF是一種富含半胱氨酸的蛋白,由TGF-β通過結締組織細胞中需要Smad和蛋白激酶C(PKC)的信號級聯誘導其表達,作為心臟纖維化的關鍵調控因子,可導致膠原合成〔25〕。TGF-β/Smad通路可調節內皮間充質轉化(EndMT),同時肌節蛋白突變(α-肌球蛋白重鏈,α-肌球蛋白重鏈R9W)激活〔26〕。在病理條件下,EndMT在膠原蛋白的生產中發揮著關鍵作用,主要受細胞因子(TGF-β等)介導的信號通路調控。TGF-β1在轉錄水平上可直接阻斷心肌成纖維細胞中內源性增殖物激活受體(PPAR)γ表達,提示TGF-β調控PPARγ的表達可能是心肌纖維化的機制〔27〕。miRNA-29b-3p可以通過靶向調節血小板源性生長因子(PDGF)-β,降低PDGF-β的表達從而降低心房纖維化的程度,降低膠原-Ⅰ和α-平滑肌肌動蛋白(SMA)等纖維化標志物的表達,減少心房結構重構和電重構〔28〕。

AngⅡ水平升高促使細胞外基質纖維化引起部分區域傳導減慢導致心房顫動〔29〕。AngⅡ可由MIAT/miRNA-485-5p/C-X-C基序趨化因子(CXCL)10軸調控,MIAT與miRNA-485-5p結合后促進CXCL10表達,CXCL10是一種炎性趨化因子,CXCL10過表達增加AngⅡ水平促進心房纖維化;相對應的是MIAT下調可增加心房有效不應期,同時減少房顫的持續時間和心肌細胞凋亡〔30〕。

在TGF-β/Smad通路中,miRNA133與CTGF的3′非翻譯區(UTR)結合可以降低CTGF的表達,減少心肌細胞纖維化〔25〕,減少心房顫動的發生。TGF-β1在心肌細胞纖維化表達中起重要作用,而miRNA133顯著降低TGF-β1的表達,誘導外顯子調節激酶(ERK)1/2磷酸化,抑制膠原α1(Ⅰ)鏈的表達減少心肌細胞纖維化〔31〕;在心房成纖維細胞中,吸煙/尼古丁暴露激活了α7尼古丁乙酰膽堿受體(α7-nachr),降低了miRNA 133的表達,從而增加了TGF-β1的表達,導致膠原的產生和纖維化的生成〔32〕。

血清反應因子(SRF)是心肌細胞特異性生長和分化因子,可與調節區域的C類基因調控序列(CArG)盒子結合〔33〕促進心肌細胞增殖。SRF可被miRNA-133a表達下調而激活,使心肌細胞異常增殖,促進心房顫動發生,低水平的SRF促進了miRNA 133對心肌纖維化的保護作用〔34〕。此外miRNA 133可以調節β-腎上腺素能受體(AR)信號轉導級聯的多種組分,阻斷膠原纖維的合成以保護心臟纖維化,miR133表達升高可抑制心肌纖維化〔35〕。已有相關研究表明與匯絲氨酸/蘇氨酸激酶(Akt)和Akt相關的絲氨酸蘇氨酸激酶在心臟纖維化發病機制中發揮重要作用,miRNA133可以通過抑制Akt,顯著降低心肌纖維化〔36〕。

1.4.2miRNA在電重構中的作用 心房電重構是指心房動作電位時程及不應期縮短,心房傳導速度降低。電重構根據發生的重構水平分為四類:離子通道重構、心肌細胞電重構、心肌電重構和心臟傳導系統電重構〔37,38〕。心房顫動中關于電信號改變已有相關研究表明:L型Ca2+(ICaL)電流降低、Ca2+過載、K+電流的變化(IKACh、IK1)、Na+電流(INa)和瞬態向外電流(Ito)改變與房顫發生相關〔39〕。其中特別是Ca2+內流及其隨后的離子改變發揮了重要作用。L型Ca2+電流(ICa,L)密度的降低是心房顫動電重塑的一個標志,其中電壓依賴性L型鈣通道亞單位α1c(Cav1.2;由CACNA1C編碼)較為重要〔40〕。房顫發生的過程中,快速的心房速度增加了Ca2+向內電流,從而增加了每個動作電位的細胞內部Ca2+負荷,這種改變減少了Ca2+自身保護機制。由于ICaL的減少和外向K+電流的增強,電重塑的特點是心房動作電位持續時間(APD)和折返性的明顯縮短〔29〕。同時Ca2+處理的改變增加異位活性,舒張期Ca2+通過Ryanodine受體(RyRs)從肌漿網(SR)滲漏到細胞質中,RyRs自身也通過RyRs磷酸化進行重構,從而增加鈣的釋放,進一步誘發心房顫動的發生〔35,41〕。這些相關離子轉運通道改變增加了房顫發生的概率和房顫持續的時間。電信號重塑后,這些底物在房顫終止后是可逆的(反向重構),但是隨著心房疾病進展為不可逆的結構變化,房顫成為永久性的〔26〕。其中miRNA與上述離子通道的改變起了重要作用。在非瓣膜性房顫患者中,鈣通道的α1c亞基(CACNA1C)的miRNA和蛋白表達減少。miRNA 155與CACNA1C的3,UTR區域結合,其表達在陣發性房顫患者的心房心肌細胞(aCMs)中上調〔42〕。相關研究表明,miRNA與IK1有關,下調miRNA-1后可以引起上調鉀向內整流通道亞家族J成員(KCNJ)2的表達來調節心律失常前的IK1,與之相對應的是miRNA-1的上調通過靶向鉀電壓門控通道亞家族E調節亞基(KCNE)1和鉀電壓門控通道亞家族B成員(KCNB)2,加速了心房有效不應期(AERP)的縮短,從而引發心房顫動。環磷酸腺苷(cAMP)早期抑制因子的表達增強,可抑制miRNA-1和miRNA 133a的表達,通過抑制這兩種相關物質分別導致細胞肥大和電重構。通過在體內傳遞miRNA 1和miRNA 133a,可誘導的cAMP早期抑制因子的表達被阻斷,從而減輕了肥大和電重構〔26〕。基于對瓣膜性房顫或竇性心律患者的心肌細胞進行的miRNA表達分析,研究指出miRNAs(miRNA-1、miRNA-21和miRNA-328與CACNA1C的3,UTR結合并降低ICaL)參與了L型ICaL的下調〔43～45〕。miRNA-155的上調在人類誘導多能干細胞衍生的心房心肌細胞中通過下調CACNA1C來誘導ICaL的減少,從而誘發心房顫動〔42〕。

2 AMI后新發顫動臨床相關危險因素

AMI后新發心房顫動的臨床相關因素中,主要涉及年齡、基礎疾病、入院時的相關生化指標、影像學等指標密切相關,而相關因素中與上文描述的miRNA相關,具有較大的臨床觀察價值,可作為患者AMI后新發心房顫動的預測因素。

2.1高齡 研究證明,高齡是心肌梗死后新發心房顫動(NOAF)的危險因素。在相關研究〔26,46〕表明在房顫患者的右心耳中,相關超極化激活的非特異性陽離子通道(HCNs):HCN2和HCN4通道水平顯著升高,同時隨著年齡的增長,miRNA133和miRNA1水平下降,在高齡狀態下NOAF發生的機制可能是miRNA133和miRNA1對HCN2和HCN4抑制減弱,HCNs存在混合的K+/Na+去極化電流,該電流被cAMP和超極化激活。一旦在心肌舒張期被激活,膜立即去極化〔26,46〕,而高齡狀態下HCN2和HCN4通道水平升高,增強去極化電流,增加房性心動過速〔39〕,進一步誘導房顫發生。國內也有相關研究證實高齡是新發心房顫動的危險因素〔47〕。這需要大量的數據進一步證明其相關性。

2.2糖尿病 合并糖尿病也是新發心房顫動的危險因素,由于機體長期處于高血糖水平,容易通過激活循環組織中相關生長因子刺激心肌細胞重塑,從而誘發心房顫動發生。在該系統中涉及胰島素樣生長因子(IGF)-1,該因子主要促進心肌細胞增殖、分化和存活,該因子主要通過PI3K依賴的途徑介導生理性心肌肥厚〔48〕。在IGF-1受體刺激下激活PI3K/Akt信號通路〔49〕,該通路在調節細胞增殖方面發揮著重要作用〔50〕,如前文中提及的miRNA133,通過該通路促進心肌纖維化,導致心房結構重塑,引起急性的心房擴張而增加房顫產生。在相關臨床研究中表明合并糖尿病是新發心房顫動的危險因素〔47〕,而在羅曉穎等〔51〕的研究中發現是否合并糖尿病的差異無統計學意義(P>0.05)。關于兩者不同的觀點提示這仍需要大量的數據進一步證明其相關性,需進一步考慮種族、地域等個體差異。

2.3生化相關指標

2.3.1NT-前端B型鈉尿肽(NT-proBNP) NT-proBNP是B型鈉尿肽激素原分裂后形成的沒有活性的末端片段,具有利尿、擴張血管等生理作用〔52〕。NT-proBNP越高,提示患者心功能越差,導致心房壓力增加,心房牽拉導致心房有效不應期縮短,從而促進心房顫動的發生。在相關研究中發現NT-proBNP無論在術前還是術后幾天中均高于非房顫病人,證明NT-proBNP在AMI新發心房顫動中起到重要作用〔51〕。相關研究提示:腦鈉肽最佳臨界值為513 pg/ml〔53〕,而在羅曉穎等〔51〕的研究中發現最佳臨界值為1 403.6 ng/L〔51〕,對于該值的臨界值需要進一步討論。

2.3.2尿酸(UA) 相關研究表明在AMI患者中機體可以通過催化黃嘌呤氧化酶生成大量UA釋放入血〔54〕,相關研究表明在尿酸產生過程中產生大量ROS引起氧化應激反應,導致心房肌細胞損傷,促進心房肌細胞的重構,從而導致AMI患者新發心房顫動〔55〕。相關臨床研究數據表明血清NT-proBNP、UA水平對AMI患者新發心房顫動的發生具有一定預測價值,且兩者聯合應用的預測價值更高〔47〕。

2.3.3入院時血鉀水平 相關研究表明在疑似ACS的患者中,入院時的低鉀血癥(血漿鉀<3.0 mmol/L)與住院期間的新發房顫相關〔56〕。在動物模型中顯示低鉀血癥改變竇房結和肺靜脈電特性,誘發心房顫動的發生〔57〕,而在國內的一項研究中發現入院時的血鉀的差異無統計學意義〔58〕。故需要臨床上大量數據進一步證明其相關性。

2.4影像學指標

2.4.1冠狀動脈根新尼(Gensini)評分 冠狀動脈 Gensini 評分可以評估冠狀動脈病變程度,冠狀動脈病變越嚴重,Gensini 評分越高〔59〕。相關研究表明在AMI患者中冠狀動脈Gensini 評分高是新發心房顫動的危險因素〔58〕;冠狀動脈病變越嚴重,代表竇房結缺血的可能性越高,在相關研究中竇房結缺血與AMI患者早期并發心房顫動相關〔60〕。以上相關研究提示NOAF發生機制與心肌缺血程度相關,心肌缺血越嚴重心功能越易受損,可能導致心房顫動的發生。

2.4.2心臟超聲 心房顫動的發生與心房的結構重塑相關,心房重塑在超聲心電圖上表現為心房體積的變化,研究表明心房顫動與心房體積密切相關,國內一項研究中多因素Cox回歸分析顯示,左心房內徑>43.8 mm是首次AMI患者新發房顫的獨立預測因素(P<0.05)〔51〕。國內相關研也表明左房增大是新發心房顫動的危險因素〔47〕;為了減少個體差異相關研究采用左心房體積指數(LAVI),在國外關于ST段抬高性心肌梗死患者的研究中,LAVI是STEMI患者新發房顫的預測因子〔61〕,需要在更大的人群中進行前瞻性研究來證實。

綜上,在AMI后新發心房顫動的發生發展過程中,機制尚未明確。關于miRNA1及miRNA133在AMI及心房顫動的過程中存在著不同的變化趨勢,需要從臨床中觀察其變化情況,這有助于揭示AMI后新發心房顫動新的發病機制。關于臨床相關資料中,存在著不同的觀點,需要大量的臨床數據證實,進一步探究其發生機制。