MicroRNAs 與急性心肌梗死關系的研究進展

薛婷勻，閆貞蓉，李廣妹，趙佳葉，孫啟玉

（承德醫學院附屬醫院南院區檢驗科，河北承德 067000）

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是冠狀動脈疾病最嚴重的表現，其引起的心肌組織損傷可促進心力衰竭的發展。盡管近些年由于生活方式的改變、治療方式（如經皮冠狀動脈介入治療）的發展使AMI的預后得到了改善，但是AMI依舊每年危害著全球700多萬人的身心健康，AMI 仍然是世界范圍內高發病率和高死亡率的主要疾病之一[1]。微小RNA(microRNAs, miRNAs)是在20世紀90年代被發現的，miRNAs 的研究已經迅速發展成為一個成熟而廣闊的領域。miRNAs存在于幾乎所有類型的細胞和細胞的病理生理活動中，包括與心血管系統相關的細胞。本文將miRNAs 對AMI 病理生理進程的影響進行綜述，希望為臨床治療提供新思路。

1 miRNAs 的生物學特性

miRNAs 在1993年被Lee 等[2]在秀麗隱桿線蟲中發現，它是一組保守的非編碼RNA，其長度通常為18～25個核苷酸。miRNAs 調控基因表達的方式主要由阻斷mRNA 的翻譯或誘導mRNA 的降解來完成。目前研究表明，一個miRNA 分子可以對多個mRNA 進行調控，因此，miRNAs對蛋白質的調控過程十分復雜。miRNAs 可通過調控細胞的纖維化、增殖與凋亡等對疾病進展造成影響[3]。

2 miRNAs 與AMI 的關系

miRNAs 可以阻斷mRNA 的翻譯或誘導mRNA 的降解，從而控制基因表達模式。AMI 是一種常見的心血管事件，可導致心臟重構，從而導致慢性心力衰竭的發展，一些miRNA 已被證明可以控制導致AMI 病理生理后果的重要過程。miRNAs 可以促進或抑制心肌細胞死亡，也可以調節缺血后的新生血管，心臟再生也可以通過控制心肌細胞增殖或干擾干細胞或祖細胞介導的心臟保護作用的miRNAs 來調節，miRNAs 也可用于將心臟成纖維細胞直接重編程為心肌細胞[3]。miRNAs 參與了AMI 發展的多個病理過程，現從下列幾個方面進行探討。

2.1 miRNAs 參與心肌細胞凋亡

大量的實驗和臨床研究表明，心肌細胞凋亡發生在心肌梗死區附近的邊界區。它通常由氧化應激、缺血、缺氧損傷和再灌注引起，隨后加重心功能障礙[4]。miRNAs 對心肌細胞凋亡有重要的調控作用。Wu 等[5]通過結扎小鼠的左前降支建造心梗模型、慢病毒轉染等方法驗證出miR-10b-5p 在梗死邊緣區表達明顯降低。在小鼠心肌梗死模型中過表達miR-10b-5p，可顯著降低心肌梗死面積，改善心功能，抑制細胞凋亡。在體外過表達miR-10b-5p，可拮抗缺氧誘導的心肌細胞凋亡，并特異性抑制凋亡相關基因-磷酸酶和緊張素同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)基因的表達，但過表達PTEN 會減弱這些作用。該研究同時還發現，缺氧誘導的干擾缺氧誘導因子-1α（hypoxiainducible factor-1α，HIF-1α）的積累導致miR-10b-5p 的表達降低，HIF-1α 信號通路的激活可促進Pri-miR-10b 和miR-10b-5p 的表達，抑制PTEN 的表達。 Guo 等[6]的研究發現，miR-155 在心肌梗死小鼠心臟和過氧化氫(H2O2)誘導的新生大鼠心室心肌細胞損傷中動態升高。在H2O2的作用下，使用AMO-155(反義抑制劑寡脫氧核糖核苷酸)沉默miR-155 可顯著提高細胞活力，減少細胞凋亡，并且通過生物信息學分析預測到miR-155 可能是通過QKI 信號通路發揮作用。Song 等[7]通過向心肌梗死小鼠心梗區域注射富含miR-21的細胞外囊泡后發現，可顯著抑制細胞凋亡，顯著改善心功能，且在體外通過細胞實驗驗證了miR-21 顯著降低程序性細胞死亡蛋白4的表達并減弱細胞凋亡。另有研究[8]發現，miR-200a 在小鼠心肌梗死周圍區和H2O2處理心肌細胞中表達上調。同時敲低miR-200a 可減少凋亡細胞數量，改變凋亡相關蛋白的表達。生物信息學分析顯示，miR-200a 可以與融合蛋白（fused in sarcoma，Fus）mRNA 的3’-非翻譯區(3’-UTR)結合。Fus 在AMI 小鼠模型和H2O2處理的心肌細胞中表達下調，miR-200a 的改變負向調控心肌細胞Fus 的表達。Yan 等[9]發現，miR-762 在缺氧處理時顯著上調，內源性miR-762 敲低可顯著減輕缺氧處理引起的心肌細胞內腺嘌呤核苷三磷酸水平下降、活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平升高、線粒體復合體I 酶活性降低和凋亡細胞死亡增加。miR-762 的強制表達顯著降低了內源性NADH 脫氫酶亞基2 (NADH dehydrogenase subunit 2，ND2)的蛋白水平，而內源性ND2 的敲低顯著增加了細胞凋亡。由此可見，miR-762 通過線粒體復合物I 的核心組裝亞基ND2參與了線粒體功能和心肌細胞凋亡的調節。

2.2 miRNAs 參與心臟纖維化

AMI 會導致心臟組織重塑，并且通常會進展為心力衰竭和死亡。重塑過程的一部分是纖維化組織的形成，而miRNAs 是心肌纖維化的重要調節因子[10]。Wang 等[11]發現，AMI 后第28天梗死邊緣區miR-29b 表達明顯降低，此外，心肌組織中miR-29b 過表達可顯著改善心肌功能受損，降低膠原體積分數，下調Ⅰ 型膠原α1（collagen type I alpha 1,COL1A1）和平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α–SMA)的表達。隨后的熒光素酶報告基因檢測證實了miR-29b 與SH2B 銜接蛋白3(SH2B Adaptor Protein 3, SH2B3)的結合關系。此外，SH2B3 還能負調控COL1A1 和α-SMA 的表達。卵泡抑素樣1 (follistatin like protein 1, Fstl1)保護心肌細胞免受廣泛的病理性損傷，包括AMI。Fstl1 是miR-9-5p 的直接靶點，在缺氧大鼠心肌細胞(H9C2)細胞中轉染miR-9-5p 模擬物會加劇心肌細胞死亡、乳酸脫氫酶釋放、ROS 積累和丙二醛濃度。這些發現確定了miR-9-5p 是心肌細胞缺氧損傷的介質，miR-9-5p 抑制可阻止心臟重塑[12]。Zhou 等[13]發現，miR-221 通過降低α-SMA 表達、凝膠收縮和膠原合成抑制肌成纖維細胞的激活，它可以提高大鼠心肌成纖維細胞的存活率，同時抑制它們的激活，從而減少不良的心臟纖維化。miR-143-3p 也被發現與AMI 后心肌纖維化密切相關[14]。人們在尸檢中獲取心肌標本，在人類心肌梗死樣本的梗死區檢測到miR-143-3p 水平的升高，且進一步實驗表明，miR-143-3p 通過側支發芽因子同源物3降解及其下游P38、ERK 和JNK 通路的激活促進纖維化。沉默miR-143-3p 的表達可以緩解心肌梗死模型小鼠的纖維化瘢痕，miR-143-3p 過表達促進人心肌成纖維細胞系增殖、遷移、轉化和細胞外基質過度積累。Yuan 等[15]發現，miR‐590‐3p顯著抑制人心臟成纖維細胞的細胞增殖和遷移，顯著降低了α‐SMA、Col1A1、Col3A 的mRNA 和蛋白表達水平。此外，miR‐590‐3p 還被發現直接靶向E 盒結合鋅指蛋白1(Zinc Finger E-Box-Binding Homeobox 1, ZEB1)的3'UTR，重新壓制ZEB1 的翻譯，而干擾ZEB1 的表達可顯著降低細胞增殖、遷移活性，以及α‐SMA、Col1A1、Col3A mRNA 和蛋白的表達，從而抑制心臟成纖維細胞的細胞增殖、分化、遷移和膠原合成。在新生小鼠中，心臟特異性的miR-128 過表達會損害心肌細胞的增殖和心功能，而miR-128 缺失則通過增強染色質修飾劑ZESTE12 同源物抑制因子(suppressor of zeste 12, SUZ12)的表達來延長出生后心肌細胞的增殖，SUZ12 抑制p27(細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑)的表達并激活細胞周期調節因子-細胞周期蛋白E 和細胞周期蛋白依賴性激酶2。此外，miR-128 的缺失還促進了成年心肌細胞的細胞周期再進入，從而降低了纖維化水平，減輕了AMI 的心功能障礙[16]。

2.3 miRNAs 參與新生血管生成

AMI 對冠狀動脈微循環造成巨大損傷，導致梗死區血管解體和毛細血管稀疏。AMI 后的組織修復涉及一個強大的血管生成反應，從梗死邊界區開始，延伸到壞死的梗死核心[17]。血管生成對于AMI 后存活心肌的血液供應重建至關重要。Li 等[18]發現，miR-185-5p 在AMI 患者血漿中含量下降，miR-185-5p 模擬物在缺氧條件下靶向組織蛋白酶K 抑制細胞增殖、遷移和管狀形成，而miR-185-5p 抑制劑則相反。抑制miR-185-5p 的表達可以促進新血管生成，促進心功能的恢復。外泌體作為治療細胞的功能旁分泌單位，可以部分復制親本細胞的修復特性。有研究比較了來自健康供體心臟的外泌體(正常外泌體，NEXO)和來自衰竭心臟的外泌體(衰竭外泌體，FEXO)的治療效果[19]，發現NEXO 可減輕AMI 后左室重構，而FEXO 可加重AMI。出現這種差別的主要原因是兩種外泌體中miR-21-5p 的失調，miR-21-5p 通過PTEN/Akt 通路促進血管生成和心肌細胞存活，從而促進外泌體介導的心臟修復。FEXO中miR-21-5p 含量下降，加重AMI。miR-322 在AMI 的外泌體治療中也有著重要角色。Youn 等[20]發現，miR-322 的一個重要靶點是CULLIN2(CUL2)，它負向調控HIF-1α 的表達，而CUL2 的表達降低會增加HIF-1α 的表達，從而促進血管生成。向心梗小鼠的心臟注射過表達miR-322 的心臟祖細胞來源外泌體可對心臟起到保護作用。損傷后心臟再生的一種創新方法是誘導內源性心肌細胞（endogenous cardiomyocyte,CM）細胞周期重新進入。研究表明[21]，miR-210 的過表達會通過促進CMs 增殖、細胞存活和血管生成來挽救成年小鼠心臟損傷后的心臟功能。有研究人員發現[22]，Wnt家族成員1(proto-oncogene int-1 homolog, Wnt1) 是miR-326-5p 的直接靶標，且內皮祖細胞（endothelial progenitor cells, EPCs）中Wnt1 的表達水平與miR-326-5p 的表達呈負相關，miR-326-5p 過表達可抑制Wnt1 對修復的抑制作用，且顯著增強EPCs 的血管生成能力。

2.4 miRNAs 參與炎癥反應

AMI 會激活機體的免疫反應，導致炎癥細胞如中性粒細胞、單核/巨噬細胞、淋巴細胞等改變自身的數量或分泌炎癥因子等方式促進心室重構，給心臟造成不可逆轉的損傷[23]。研究表明[24]，凋亡誘導因子線粒體相關1（apoptosisinducing factor 1, AIFM1）過表達，促進細胞因子細胞白介素1β、腫瘤壞死因子-α和細胞白介素6釋放的作用，而miR-145-5p 被確定為AIFM1 的靶標，miR-154-5p 的升高可以抑制AIFM1 的表達，從而減輕AMI 時心肌細胞的炎癥反應。miR-26b 可通過抑制前列腺獨立過氧化物合酶2激活MAPK 通路，從而減輕心肌梗死小鼠的炎癥反應，改善心肌重塑[25]。另有研究發現[26]，miR-1278 通過靶向白介素22和cxc 趨化因子配體-14調節心肌缺血時心肌細胞的炎癥，過表達miR-1287可以減輕心肌細胞的凋亡和炎癥反應。Chu 等[27]發現，過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPAR-γ)可通過抑制NF-κB 介導的炎癥和轉移生長因子–β1 介導的纖維化對心臟起到保護作用，心肌缺氧時其表達量顯著降低，而miR-130下調可顯著降低缺氧誘導的H9C2 炎癥和纖維化相關蛋白的表達，逆轉缺氧誘導的PPAR-γ 表達下降對心肌細胞造成損傷的現象。有研究表明，gasdermin D(GSDMD)在缺氧的心肌細胞中有強表達，GSDMD 上調可促進缺氧誘導的心肌細胞焦亡和活力降低，相應的乳酸脫氫酶釋放增加、ROS 產生增加和焦亡。Yue 等[28]通過熒光素酶測定表明，GSDMD 是miR-182-5p 的靶標。此外，外泌體來源的miR-182-5p 被發現減少GSDMD 依賴性細胞焦亡和缺氧誘導的炎癥，且攜帶miR-182-5p 的間充質干細胞衍生外泌體改善了心功能，減少了心肌梗死，并伴有體內炎癥和細胞焦亡的減少。

3 展望

以上這些數據表明，miRNAs 在AMI 的各種生理和病理過程中發揮著重要作用。miRNAs 不僅是極佳的生物標志物[29]，它還在抑制心肌細胞死亡、控制炎癥、促進血管生成和重塑 AMI 后心臟等方面發揮著核心作用，因此，它是潛在的臨床治療靶點和預后指標[30]。但毋庸置疑的是，其特異性仍需要大量的臨床試驗去驗證，并且miRNAs 在臨床實踐中的應用在短期內仍面臨重大挑戰。例如：(1)許多miRNAs 可能具有協同作用，通過聯合使用多種抗miRNAs 和 miRNAs 模擬藥物可達到最佳療效，但是這種聯合方法可能會增加治療副作用或者對身體其他系統造成不可逆轉的損傷，并且會使臨床開發問題和治療監管問題復雜化。 (2) miRNAs 的表達對外界環境變化和組織分化發育十分敏感，應考慮到對其他細胞和組織的不利影響，因此，miRNAs 對 AMI 相關疾病的影響應通過更多樣化的研究方法進行驗證與探討。(3)若想利用miRNAs 對AMI 進行治療，如何將miRNAs 快速、準確、安全、高效地運送至靶細胞是目前亟待解決的關鍵問題。通過目前對于miRNAs 治療問題的研究程度來看，外泌體[31]及復合物納米微粒[32]都對成為AMI 治療手段具有非常大的潛力，但是其安全性以及療效還要經過大量的實驗去進行驗證。