microRNAs 對心臟電生理特性影響的研究進展

易菁 高鴻 潘斯斯

貴州醫科大學附屬醫院 1麻醉科，3心臟外科 （貴陽 550004）；2中山大學附屬第一醫院貴州醫院麻醉科 （貴陽 550000）

麻醉藥物、手術操作、電解質紊亂、血流動力學紊亂均可誘發圍術期心律失常［1］。研究表明，非心臟外科圍術期心律失常的發生率4% ～ 20%，心胸外科圍術期心律失常的發生率為10% ～ 30%［2］，其中心臟手術患者圍術期心律失常的發生率高達90%［1］。圍術期心律失常可延長住院時間，增加患者住院期間的發病率和病死率［1］。心臟的泵血功能歸功于電活動產生的心肌協調性收縮和舒張，這與心臟電生理特性密切有關。心臟電生理特性包括興奮性、自律性和傳導性。無論是哪種類型的心律失常都伴有心臟電生理特性改變，了解和分析疾病發生發展過程中心臟電生理特性改變有利于防治圍術期心律失常的發生［3］。

微小RNA（microRNAs， miRNAs）是一類長度約22 個核苷酸的單鏈非編碼RNA，它能在轉錄后水平負性調控基因表達的作用［3］。研究表明，心肌肥厚、心力衰竭以及缺血性心臟病等心血管疾病均存在異常表達的miRNA［4］。miRNAs 可通過調控細胞的離子通道、Ca2+處理蛋白以及細胞間縫隙連接等通道［3，5］，參與心臟興奮性、自律性以及傳導性，從而調節心臟電生理穩態。近年來，miRNAs 在心臟電生理特性中的作用逐漸受到關注，它可能是預防和治療心律失常的關鍵靶點。因此，本文旨在簡述miRNAs 對心臟電生理特性的影響的研究進展，為臨床圍術期心律失常的防治提供一定的參考線索。

1 興奮性與miRNAs

興奮性是指心肌細胞受到刺激后產生動作電位的能力，呈現出膜電位周期性的改變。心肌細胞動作電位是心肌興奮性的標志，它包括5 個時期，分別是0 期去極化期，1 期、2 期、3 期復極化期，4 期靜息期［6］。

1.1 去極化與miRNAs 0 期又稱去極化期，是心室肌除極過程，對應心電圖的R 波。快速內向鈉電流（the fast inward sodium current， INa）形成了動作電位的0 期去極化，是由Nav1.5 鈉通道激活產生［6］。SCN5A 編碼Nav1.5 的α-亞基［6］。缺氧時，激活的HIF-1α 和NF-κB 可誘導miR448 抑制SCN5A表達，減少INa，從而增加了心律失常風險［7］。同時，PETKOVA 等［8］的研究表明，人類竇房結和普通心房肌的miRNA 表達譜具有差異，其中miR-486-3p 通過靶向HCN4 起搏通道在竇房結的起搏器活性中發揮重要作用，可作為竇性心動過速等竇房結疾病治療的潛在靶點。

1.2 復極化與miRNAs 1 期又稱快速復極化初期，對應心電圖的J 點或者是J 波。瞬時外向電流（transient outward current，Ito）形成了動作電位1 期快速復極化，主要由電壓門控鉀通道Kv4.2/Kv4.3產生［3］，該通道受輔助電壓門控鉀通道相互作用蛋白KChIP2（由KCNIP2 編碼）調控［6］。大鼠心肌梗死時，心肌上調的miR233-3p 可抑制Kv4.2 表達，導致Ito 減少［9］。同時，MATKOVICH 等［10］表明，小鼠心肌和骨骼肌中上調的miR-133a 可減少Ito，f，降低KChIP2 表達，從而導致動作電位時長延長和QT 間期增加。

2 期又稱緩慢復極化期，即平臺期，對應心電圖的ST 段。慢鈣內向電流（L-type calcium current，ICa-L）形成了動作電位2 期緩慢復極化，由L-型鈣通道調控［6］。LU 等［11］的研究表明，過表達miR-328 的小鼠通過調控CACNA1C 和 CACNB1（編碼L 型鈣離子通道蛋白）減少L 型Ca2+電流，進而縮短了心房動作電位持續時間，增加了房顫的易感性。同時，CACNB2 是L 型鈣通道的重要亞基，心房中表達上調的miR-499 抑制CACNB2 蛋白表達可能是房顫電重構的機制之一［12］。

此外，2期晚期和3期又稱快速復極末期，對應心電圖的T 波。快速和緩慢延遲整流鉀電流（rapid and slow delayed outward rectifying K+currents， IKr和IKs）形成了動作電位2 期晚期和3 期復極化［6］。KCNE1 編碼延遲整流鉀通道的輔助亞基MinK，KCNE2編碼延遲整流鉀通道的輔助亞基MiRP1［6］。在心動過速的兔心肌細胞中，上調的miR-1可負性調控KCNE1 和KCNE2，從而增加IKs［13］。此外，MATKOVICH 等［10］發現，過表達miR-133 的心肌肥厚轉基因小鼠，ECG 呈現QT 間期延長，同時分離的心室肌細胞動作電位時長也延長了，其機制可能與miR-133 靶向調節IKr 通道有關［14］。

1.3 靜息期與miRNAs 4 期又稱靜息期，對應心電圖的基線。內向整流鉀電流（inward rectifier potassium current， IK1）形成了動作電位4 期，主要負責維持細胞靜息電位，其由內向整流鉀通道激活產生［6］。Kir2.1（inward rectifier potassium Kir2.1 channels，Kir2.1）是延遲整流鉀通道主要亞基［6］。KCNJ2 編碼Kir2.1。心肌過度表達miR-1 的大鼠可抑制kir2.1 和縫隙連接蛋白43 的表達，導致傳導減慢、QRS間期延長以及心律失常的發生［15］。同時，miR-26 直接靶向調節KCNJ2，減少IK1 可增加房顫的易感性［16］。提示miRNAs 可通過調控離子通道的蛋白表達和功能影響心肌的動作電位和興奮性，從而參與調節心律失常。

值得注意的是，最近的研究表明，miRNAs 還可直接與靶蛋白結合，從而快速調節蛋白功能、響應和適應環境［17］。如miR-1 可直接與細胞膜上Kir2.1 通道結合，短時間內快速調節該通道功能，這與短QT 綜合征和心房顫動等心律失常的發生有關［17］。

2 自律性與miRNAs

自律性是指無外界刺激下，心肌細胞能自動發生節律性興奮的特性。心肌細胞中竇房結自律性最強，通常情況下它控制整個心臟的收縮節律和速率［6］。超極化激活內向起搏電流（hyperpolarizationactivated pacemaker current， If），也叫起搏電流，形成了竇房結細胞4 相自動去極化［3］。竇房結的起搏器細胞高度表達超極化激活環核苷酸門控（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated，HCN）通道，尤其是HCN4。If 通道屬于HCN 通道。心房肌增加的miR-487-3p 可直接靶向抑制HCN4表達，從而降低了離體大鼠竇房結的搏動頻率［18］。YANNI 等［19］的研究表明，腹腔注射miR-370-3p 的拮抗劑可恢復竇房結內HCN4 表達和If，從而緩解心力衰竭小鼠的竇性心動過緩。LI 等［20］的研究表明，心力衰竭時人竇房結中存在microRNA 和mRNA 譜的改變，其中27 個miRNA 能調節離子通道改變參與竇房結的自律性和（或）節內傳導，這與竇房結功能障礙和心律失常的發生密切相關。

細胞內Ca2+濃度可影響4 期去極化的速度，從而影響心肌細胞自律性高低［6］。TERENTYEV 等［21］發現，過表達miR-1 可增加肌細胞中Ca2+火花的發生頻率，同時增加肌漿網Ca2+釋放，最終導致了延遲后除極心律失常的發生，其機制可能與過表達的miR-1 直接靶向調控肌漿網上RyR2 通道復合體的B56α 蛋白表達，從而誘導RyR2 通道磷酸化開放有關。CaMKII 是調節鈣循環中的關鍵激酶［22］。CHENG 等［23］的研究表明，ZFHX3 功能缺失與房顫的發生風險密切相關，在HL-1 心肌細胞中，敲低ZFHX3 處理后，過表達miR-133a-3p 和miR-133b-3p可靶向抑制CaMKII、p-JNK 和FGFR1 蛋白的增加，并緩解Cx43表達減少；同時，敲低ZFHX3 的小鼠尾靜脈注射miR-133a-3p 和miR-133b-3p 模擬物的15 d 和18 d 后，心房和心室的異位起搏明顯減少。

3 傳導性與miRNAs

傳導性是指心肌細胞的動作電位能沿著細胞膜擴布到整個細胞和相鄰細胞，因此心臟呈現為功能性合胞體。心臟的電傳導障礙與心律失常的發生密切相關，當電激活不同步、傳導減慢、不應期改變以及復極離散度增加等電傳導特性改變可增加心律失常的易感性［24］。我們的前期研究也證實，大鼠全心低溫缺血再灌注時，再灌注心律失常伴有心肌動作電位時長增加和電傳導速度減慢［25］。ZHAO 等［26］的研究表明，miR-1-2 基因敲除的小鼠心臟發育缺陷，心電圖呈現出心率降低、房室傳導加速、PR 間期縮短、QRS 間期延長和心室傳導減慢的電生理改變，心源性猝死的風險大。mir-208a 基因敲除的小鼠中，心電圖呈現心房顫動（約占80%）和PR 間期延長（約占20%）；而miR-208a 過表達時，心電圖呈現PR 間期延長和偶發Ⅱ度房室傳導阻滯，這些結果表明miR-208a可能調控了心臟傳導系統的重要成分蛋白［27］。WANG 等［28］的研究表明，在伴有胸痛的急性心梗患者和健康患者對照中，循環血液的miR-208 是診斷ST 段抬高型心肌梗死（STEMI）和非ST 段抬高型心肌梗死（NSTEMI）的可靠生物標志物。同時，縫隙連接介導了細胞間的電傳導，縫隙連接蛋白表達的減少直接導致了傳導速度降低、阻滯以及傳導的方位改變，從而導致心律失常［29］。縫隙連接43（connexin43，Cx43）是心肌細胞中表達最豐富的縫隙連接［30］。OSBOURNE 等［31］的研究表明，過表達miR-130a 的轉基因小鼠表現出房性心律失常和持續性的室性心動過速，與其負性調控Cx43 表達有關。此外，絕經后的大鼠心肌表現出miR-23a 表達上調、傳導阻滯、Cx43 減少和縫隙連接重塑，其心律失常機制與心肌中上調的miR-23a 靶向調控Cx43 表達有關［32］。

4 展望

不同病理條件下，異常表達的miRNAs 在調節心肌自律性、興奮性和傳導性的電生理特性改變中發揮著重要作用，miRNAs 可能是預測和治療心律失常的生物靶標，通過檢測患者循環或組織中miRNAs 的變化也許有利于圍術期心律失常的防控和藥物的選用。綜上所述，我們了解到miRNA在臨床心律失常的早期診斷和靶向治療中具有潛在優勢，但仍然面臨著挑戰：首先，小分子miRNA作為治療靶標需要保證其穩定性及其對降解酶的抵抗力，目前存在miRNA 海綿、寡核苷酸和2-O-甲基修飾等策略；其次，考慮miRNA 組織分布差和排泄快，其藥代動力學的缺點需開發適宜的遞送系統作為分子定向載體，如納米顆粒和脂質體等；最后，miRNA 的臨床應用價值和前景除動物實驗外還需要開展大量的臨床試驗和臨床觀察證實效果［33］。

【Author contributions】YI Jing and PAN Sisi performed investigation and wrote the original draft. GAO Hong wrote the review and edited. All authors read and approved the final manuscript as submitted.

【Conflict of interest】The authors declare no conflict of interest.