微小核糖核酸-21与缺血性心脏病关系的研究进展﹡

苏强综述，李浪审校

微小核糖核酸-21与缺血性心脏病关系的研究进展﹡

苏强综述，李浪审校

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）是在真核生物中发现的一类可调控基因表达的内源性非编码单链小分子RNA，长约18～25个核苷酸，参与细胞增殖、分化、免疫调节、凋亡、机体代谢等病理生理过程。近年来研究发现，微小RNA-21在缺血性心脏病中呈现差异性表达，可以通过负调节第10染色体去除的磷酸酶和弹力蛋白同工异构体（PTEN）、程序性细胞死亡因子4（PDCD4）、Sprouty1/2等靶基因在心肌梗死、心肌梗死后纤维化、支架内再狭窄等方面起到重要的作用。本文就微小RNA-21在缺血性心脏病中的作用以及未来应用的前景进行综述。

微小核糖核酸-21；缺血性心脏病

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）是在真核生物中发现的一类可调控基因表达的内源性非编码单链小分子RNA，长约18～25个核苷酸。可特异性识别靶基因的3’非编码区（3’UTR）并与之结合，引起mRNA的降解或翻译受到抑制，从而发挥负性调节作用，参与细胞增殖、分化、免疫调节、凋亡、机体代谢等病理生理过程[1-3]。从1993年Lee等[4]利用遗传分析方法首次在秀丽隐杆线虫发现了第一个miRNA-lin-4以来，到目前，人类已发现的miRNA超过1 000种[5]。近年来研究发现，miRNA-21在缺血性心脏病中呈现差异性表达并且参与其病理生理过程，本文就miRNA-21在心肌梗死(心梗)、心梗后纤维化、支架内再狭窄等方面的作用综述。

1 微小核糖核酸-21的概述

miRNA-21是miRNA家族中的一个亚型，定位于17号染色体，跨膜蛋白49(TMEM49)基因的第10个内含子上，其全长22 nt，由72 nt的茎环节构前体剪切加工成熟，是一种非常典型的基因编码区域内的miRNA，但是miRNA-21不受其他编码基因区域启动子的限制，而有其自身的启动子区域，在多种病理状态下(如肿瘤、心血管疾病等)呈过表达[6-8]。miRNA-21的转录调控机制相当复杂，涉及多种转录因子，可以分为正向调节因子和负向调节因子，而在时间上又可分为转录前调节因子和转录后调节因子，有部分调控miRNA-21的转录因子本身也是miRNA-21的靶基因。miRNA-21转录因子包括核因子I/B(NFI/B)、激活蛋白1(AP-1)、雌激素受体α(ERα)及雄激素受体(AR)等[9,10]。目前miRNA-21证实存在的靶基因有程序性细胞死亡因子4（PDCD4）、弹力蛋白同工异构体（PTEN）、Sprouty1/2、肌球蛋白1（TPM1）、回复引导半胱氨酸丰富蛋白Kazal基元（RECK）、p53、组织金属蛋白酶抑制因子3 (TIMP3)、豆蔻酰化富丙氨酸激酶C底物(MARCKS)、酸性核磷酸蛋白32A（ANP32A）、Smarca 4等[11]。miRNA-21在血管平滑肌、内皮细胞、心肌细胞和心脏成纤维细胞中均有表达，在不同的心脏疾病中呈现出不同的作用[12-15]。

2 微小核糖核酸-21与缺血性心脏病

近年来研究发现，miRNA-21在许多主要心血管细胞类型呈现高表达，并且在许多心血管疾病上呈现差异性表达，尤其见于缺血性心脏病，通过敲除和过表达miRNA-21，发现它可能在缺血性心脏病的发生、发展中发挥重要的作用[16]。

微小核糖核酸-21与心肌梗死：急性心梗以其高发病率及高病死率成为威胁人类健康和生命的主要原因。在过去的几十年里，在对其发病机制及防治认识方面取得了重大进展，关于miRNA-21与心梗关系的研究也日渐增多，Van Rooij等[17]研究发现在急性心梗晚期（心梗发生后3～14天）能够检测到miRNAs差异性表达。研究人员观察到在梗死心脏边缘区miRNA-21、miRNA-214及miR-223表达明显上调。Dong等[18]通过结扎SD大鼠左冠状动脉（冠脉）建立急性心梗模型，在心梗早期（心梗发生后6～24小时）检测miRNAs表达情况，发现miRNA-21在梗死区表达明显降低，在梗死边缘区表达显著提高，并且可以通过缺血预处理阻止这种分布异常。心梗发生后24小时，通过腺病毒介导基因转染技术，在心肌组织中过表达miRNA-21，能够减少心梗面积，结合蛋白质印迹法及荧光素酶分析结果，提示其保护机制主要通过负反馈调控其靶基因PDCD4和其下游分子AP-1实现的。Cheng等[19]在大白鼠缺血再灌模型中也证实了miRNA-21通过抑制PDCD4表达从而发挥抗凋亡作用, 进而改善心肌缺血损伤效应。Cheng等还发现在暴露于H2O2的心肌细胞中miRNA-21明显上调，经miRNA-21预处理后可以明显减少H2O2诱导的心肌细胞凋亡，而抑制miRNA-21表达可直接上调靶基因PDCD4的表达从而减弱miRNA-21的心肌保护效应[20]。miRNA-21参与心肌缺血的保护效应已值得到肯定，除了能作用于PDCD4外，其他的预测靶基因及信号通路还需要进一步证实。

在体外小鼠模型中，Yin等[21]研究也证实了miRNA-21在缺血再灌注心肌损伤中的保护作用。他们发现通过热休克（相当于心肌缺血预处理的一种方式）或是miRNA-21诱导的预处理，可明显减少心肌的梗死面积，miRNA-21介导的心肌保护作用可能与上调热休克蛋白70（HSP70）及诱导内皮细胞合成一氧化氮增加有关[21,22]。此外，Qin等[14]研究发现，在缺血再灌注损伤大鼠模型中，miRNA-21可以通过抗心肌细胞凋亡的作用从而抑制早期的左心室重构。然而，是否能够通过注入成熟的miRNAs来达到治疗的效果，目前还不是很清楚。据一些未发表的数据显示，其他一些成熟的miRNAs不能有效地调控其靶基因。相反，这些miRNAs的前体或是经腺病毒介导转染后能够成功的调控其靶基因。因此，成熟的miRNAs可因个体差异而发生不同的效应，成熟miRNA-21对其靶基因的调控作用尚须进一步研究。此外，与外源性或化学修饰的miRNAs不同，裸露的miRNAs因在血液中不稳定，miRNA-21的治疗作用不可能通过裸露的miR-2l来诱导。为了确定这些miRNAs在体内的治疗作用，需要做更多的研究。使用腺病毒可能成为近期揭示miRNAs的作用机制的有效途径[23]。

微小核糖核酸-21与心肌梗死后纤维化：心肌纤维化是心梗后发生心室重构、心律失常、心功能衰竭等严重并发症的主要原因之一，是缺血性心脏疾病心肌重构的一个重要特征。多项研究表明，miRNA-21涉及心肌纤维化的发生发展过程[24]。Roy等[25]研究发现miRNA-21在小鼠缺血再灌注损伤所致的心脏重构期间心肌纤维化中发挥了主导作用，并且证实心肌纤维细胞中PTEN为miRNA-21直接靶基因，通过作用于PTEN，miRNA-21能够明显调控基质金属蛋白酶-2（MMP-2）的表达，miRNA-21的促心肌纤维化可能是通过上调MMP-2的表达量而实现的。值得注意的是，MMP-2的生物学作用不仅仅局限于纤维化，而且作为一种关键酶，参与了氧化应激的各种病理过程，如心肌缺血再灌注、心力衰竭(心衰)、动脉粥样硬化、动脉瘤的发生及其血管新生[26-30]。此外，Cardin等[31]在心梗后出现心衰的大鼠中发现，左心房重构是心梗后大鼠发生心房颤动（房颤）的主要原因，敲除miRNA-21可以显著抑制左心房纤维化以并减少房颤的发生率。Thum等[32]研究还发现，心衰时miRNA-21在成纤维细胞中通过下调其靶基因Sprouty1的表达，激活ERK-MAP激酶信号传导通路，促进成纤维细胞增殖和心肌纤维化，进而加重心力衰竭的发生发展。有趣的是，Patrick等[33]在2010年的一项研究中发现，在心脏的应激状态下，敲除miRNA-21基因的小鼠并未能减少心肌纤维化的发生，估计该研究结果与其他研究不同的主要原因可能是由于试验技术方法不同所致，有的研究使用的是锁核酸（一种人工合成的反义寡核苷酸，其中核苷酸残基的核糖环的2′-氧和4′-碳通过亚甲基连接。与靶核酸分子具有强的杂交能力，不易被酶降解，应用于抑制靶核酸功能的研究）修饰寡核苷酸抑制miRNA-21表达[33]，有的研究用的是胆固醇修饰寡核苷酸抑制miRNA-21表达[32]，因此关于miRNA-21在心肌纤维化中的作用机制，还需要更多的研究用统一的实验方法进一步论证。

微小核糖核酸-21与冠状动脉血管成形术：经皮冠状动脉脉介入治疗（PCI）能解除冠脉狭窄以及开通闭塞的冠脉，是治疗缺血性心脏病的主要方法之一，在过去的二十多年中，从技术、器械到辅助用药都有了长足进步，随着对不同类型缺血性心脏病病理生理过程认识的深化，PCI的成功率、安全性以及疗效的持续性等方面均获得了很大的提高[34]。然而，目前支架内再狭窄发生率仍然很高，尤其是冠脉复杂病变及合并糖尿病等并发症者更易发生，支架内再狭窄依然是PCI治疗所面临的最大挑战。降低再狭窄率的治疗措施，如球囊成形术、切割球囊技术、冠脉旋磨术及激光冠脉成形术等冠脉内斑块消蚀术、药物涂层支架等预防支架内再狭窄取得了一定的成绩，但支架内再狭窄的发生率仍然能达到10%以上[35,36]。

PTEN为miRNA-21的靶基因之一，可抑制血管平滑肌细胞增殖，减少再狭窄的发生率。Ji等[37]研究了大鼠颈动脉球囊血管成形术后miRNA基因表达谱，发现miRNA-21明显上调，在培养的平滑肌细胞中敲除miRNA-21，细胞增殖减少、细胞凋亡增加。结果表明在平滑肌细胞中miRNA-21具有促增殖和抗凋亡的作用，并且进一步证明在血管成形术后，miRNA-21是通过PTEN、Bcl-2介导细胞增殖和凋亡，从而促进和抑制血管壁新生内膜形成。以上研究表明：miRNA-21可能会在未来成为抗支架内再狭窄的新靶点。

3 微小核糖核酸-21治疗缺血性心脏病的应用现状

由于miRNA-21在缺血性心脏病不同发病阶段中所起的作用不一，因此在心肌缺血尤其是心梗的不同时期应用也不一样。在心梗早期阶段，上调miRNA-21是调控缺血心肌保护机制的主要环节之一，可以起到预防及保护心肌损伤作用。当缺血心肌出现心肌重构以及心功能不全时，下调miRNA-21在心肌组织中的表达，可以减少心肌纤维化，改善心功能。不难发现在缺血性心肌病不同阶段调控miRNA-21在心肌组织中的表达对于改善缺血心肌的预后有着重要的意义。因此，为了达到治疗目的，可以从影响miRNA-21表达、稳定性和功能方面着手。近几年已经出现一些新兴的技术手段，主要包括以下几个方面。①给予外源性的微小核糖核酸-21：近年来研究发现，可以通过人工合成或载体（病毒、脂质体）构建补充外源性的miRNA-21而起到心肌保护的作用。Yin等[21]通过给大鼠左室壁直接注射miRNA-21，能减少24h后缺血/再灌注引起的左室梗死面积。Tatsuguchi等[38]以脂质体为载体，将miRNA-21成功转染至肥大的心肌细胞，可以明显抑制心肌肥厚的趋势，起到心肌保护的作用。有学者想将腺病毒成为miRNAs发挥治疗作用的有效载体[23]，其转染效率较高，但腺病毒具肝毒性、致癌、致畸、致炎性等副作用，安全性较差，限制其广泛使用。②miRNAs模拟技术：miRNAs模拟技术（miRNA mimics techniques）是模拟生物体内源的miRNAs，运用化学合成的方法合成特异性的核苷酸，其能与mRNA单一序列结合，具有基因特异性，可发挥与miRNA相同的转录后水平调控效应。Roy等[25]利用miRNA-21模拟技术，有效地抑制了“PTEN－P13KAkt－MMP-2”通路，明显减少缺血再灌注后心肌的梗死面积。化学合成miRNA mimics是近年来研究的一个新热点，已经成为研究动植物基因家族功能的有用工具，并有望成为缺血性心脏病治疗和临床研究的一种新策略。

4 展望

虽然目前对于miRNA-21在缺血性心脏病中的调控机制的研究取得了一定的结果，以上调miRNA-21为靶点将为缺血性心脏病的早期预防和治疗带来新的希望，但miRNA-21在缺血性心脏病的研究尚处于起步阶段，尤其在心肌缺血后期心肌重构方面的作用还存在争议，对于缺血性心肌病出现心衰时的应用有一定局限性，部分结果还有待临床试验进一步去验证，但相信随着科研领域的快速发展，对miRNA-21了解的不断深入，miRNA-21对于临床防治缺血性心脏病的应用值得期待。

[1]Bartel DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell, 2004, 116: 281-297.

[2]Pushparaj PN, Aarthi JJ, Kumar SD, et al. RNAi and RNAa--the yin and yang of RNAome. Bioinformation, 2008, 2: 235-237.

[3]陆永光, 李浪. 微小核糖核酸与冠心病关系的研究进展. 中国循环杂志 2010, 25: 484-486.

[4]Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14.Cell, 1993, 75: 843-854.

[5]Bentwich I, Avniel A, Karov Y, et al. Identification of hundreds of conserved and nonconserved human microRNAs. Nat Genet, 2005, 37:766-770.

[6]Cai X, Hagedorn CH, Cullen BR. Human microRNAs are processed from capped, polyadenylated transcripts that can also function as mRNAs. RNA, 2004, 10: 1957-1966.

[7]Fujita S, Ito T, Mizutani T, et al. miR-21 Gene expression triggered by AP-1 is sustained through a double-negative feedback mechanism. J Mol Biol, 2008, 378: 492-504.

[8]Lagos-Quintana M, Rauhut R, Yalcin A, et al. Identification of tissuespecific microRNAs from mouse. Curr Biol, 2002;12: 735-739.

[9]Selcuklu SD, Donoghue MT, Spillane C. miR-21 as a key regulator of oncogenic processes. Biochem Soc Trans, 2009, 37: 918-925.

[10]Jazbutyte V, Thum T. MicroRNA-21: from cancer to cardiovascular disease. Curr Drug Targets, 2010, 11: 926-935.

[11]Buscaglia LE, Li Y. Apoptosis and the target genes of microRNA-21.Chin J Cancer, 2011, 30: 371-380.

[12]Song J, Hu B, Qu H, et al. Mechanical stretch modulates microRNA 21 expression, participating in proliferation and apoptosis in cultured human aortic smooth muscle cells. PLoS One, 2012, 7: e47657.

[13]Sabatel C, Malvaux L, Bovy N, et al. MicroRNA-21 exhibits antiangiogenic function by targeting RhoB expression in endothelial cells. PLoS One, 2011, 6: e16979.

[14]Qin Y, Yu Y, Dong H, et al. MicroRNA 21 inhibits left ventricular remodeling in the early phase of rat model with ischemia-reperfusion injury by suppressing cell apoptosis. Int J Med Sci, 2012, 9: 413-423.

[15]Liang H, Zhang C, Ban T, et al. A novel reciprocal loop between microRNA-21 and TGFbetaRIII is involved in cardiac fibrosis. Int J Biochem Cell Biol, 2012, 44: 2152-2160.

[16]Zhang C. MicroRNomics: a newly emerging approach for disease biology. Physiol Genomics, 2008, 33: 139-147.

[17]van Rooij E, Sutherland LB, Thatcher JE, et al. Dysregulation of microRNAs after myocardial infarction reveals a role of miR-29 in cardiac fibrosis. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105: 13027-13032.

[18]Dong S, Cheng Y, Yang J, et al. MicroRNA expression signature and the role of microRNA-21 in the early phase of acute myocardial infarction. J Biol Chem, 2009, 284: 29514-29525.

[19]Cheng Y, Zhu P, Yang J, et al. Ischaemic preconditioning-regulated miR-21 protects heart against ischaemia/reperfusion injury via anti-apoptosis through its target PDCD4. Cardiovasc Res, 2010, 87: 431-439.

[20]Cheng Y, Liu X, Zhang S, et al. MicroRNA-21 protects against the H(2)O(2)-induced injury on cardiac myocytes via its target gene PDCD4. J Mol Cell Cardiol, 2009, 47: 5-14.

[21]Yin C, Salloum FN, Kukreja RC. A novel role of microRNA in late preconditioning: upregulation of endothelial nitric oxide synthase and heat shock protein 70. Circ Res, 2009, 104: 572-575.

[22]Yin C, Wang X, Kukreja RC. Endogenous microRNAs induced by heat-shock reduce myocardial infarction following ischemiareperfusion in mice. FEBS Lett, 2008, 582: 4137-4142.

[23]Kota J, Chivukula RR, O'Donnell KA, et al. Therapeutic microRNA delivery suppresses tumorigenesis in a murine liver cancer model.Cell, 2009, 137: 1005-1017.

[24]Kumarswamy R, Volkmann I, Jazbutyte V, et al. Park DH, Thum T. Transforming growth factor-beta-induced endothelial-tomesenchymal transition is partly mediated by microRNA-21.Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2012, 32: 361-369.

[25]Roy S, Khanna S, Hussain SR, et al. MicroRNA expression in response to murine myocardial infarction: miR-21 regulates fibroblast metalloprotease-2 via phosphatase and tensin homologue. Cardiovasc Res, 2009, 82: 21-29.

[26]Schulz R. Intracellular targets of matrix metalloproteinase-2 in cardiac disease: rationale and therapeutic approaches. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2007, 47: 211-242.

[27]Viappiani S, Nicolescu AC, Holt A, et al. Activation and modulation of 72kDa matrix metalloproteinase-2 by peroxynitrite and glutathione.Biochem Pharmacol, 2009, 77: 826-834.

[28]Guo H, Shi Y, Liu L, et al. Rosuvastatin inhibits MMP-2 expression and limits the progression of atherosclerosis in LDLR-deficient mice.Arch Med Res, 2009, 40: 345-351.

[29]Thompson M, Cockerill G. Matrix metalloproteinase-2: the forgotten enzyme in aneurysm pathogenesis. Ann N Y Acad Sci, 2006, 1085: 170-174.

[30]Pepper MS. Role of the matrix metalloproteinase and plasminogen activator-plasmin systems in angiogenesis. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2001, 21: 1104-1117.

[31]Cardin S, Guasch E, Luo X, et al. Role for MicroRNA-21 in atrial profibrillatory fibrotic remodeling associated with experimental postinfarction heart failure. Circ Arrhythm Electrophysiol, 2012, 5:1027-1035.

[32]Thum T, Gross C, Fiedler J, et al. MicroRNA-21 contributes to myocardial disease by stimulating MAP kinase signalling in fibroblasts.Nature, 2008, 456: 980-984.

[33]Patrick DM, Montgomery RL, Qi X, et al. Stress-dependent cardiac remodeling occurs in the absence of microRNA-21 in mice. J Clin Invest, 2010, 120: 3912-3916.

[34]Silvestri P, Di Russo C, Rigattieri S, et al. MicroRNAs and ischemic heart disease: towards a better comprehension of pathogenesis, new diagnostic tools and new therapeutic targets. Recent Pat Cardiovasc Drug Discov, 2009, 4: 109-118.

[35]Steinberg DH, Gaglia MA, Jr, Pinto Slottow TL, et al. Outcome differences with the use of drug-eluting stents for the treatment of instent restenosis of bare-metal stents versus drug-eluting stents. Am J Cardiol, 2009, 103: 491-495.

[36]李浪. 药物洗脱支架再狭窄后治疗方法的选择. 中国循环杂志2011;26: 166-167.

[37]Ji R, Cheng Y, Yue J, et al. MicroRNA expression signature and antisense-mediated depletion reveal an essential role of MicroRNA in vascular neointimal lesion formation. Circ Res, 2007, 100: 1579-1588.

[38]Tatsuguchi M, Seok HY, Callis TE, et al. Expression of microRNAs is dynamically regulated during cardiomyocyte hypertrophy. J Mol Cell Cardiol, 2007, 42: 1137-1141.

国家自然科学基金资助项目（81260042）

530021 广西壮族自治区南宁市，广西医科大学第一附属医院 心血管内科

苏强 博士研究生 主要研究方向为冠心病介入治疗及其防治 Email：suqiang1983@foxmail.com 通讯作者：李浪 Email：drlilang@163.com

R541

A

1000-3614（2013）05-0390-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2013.05.020

2012-11-23)

(助理编辑：曹洪红)