miRNA与老龄相关心血管系统改变的关系

王国余 王晔玲

(吉林大学第一医院心血管内科,吉林 长春 130021)

老龄是众多心血管系统疾病的独立危险因素之一。老龄时心血管系统的形态及功能均会发生相应改变，具体表现为左心室壁肥厚,心脏窦房结功能减低，大动脉管腔增大，血管壁增厚，血管壁僵硬度增加，内皮功能紊乱〔1,2〕。而且多种复杂的调控机制参与到了上述老化过程。miRNA是一类内源性、高度进化保守的非编码小分子RNA，在转录后水平对靶基因进行负向调控。新近的一些研究表明miRNAs参与了心血管系统老化过程中基因表达的调控过程。本文就与心血管系统老化过程中参与调节作用的相关miRNAs及其功能做一总结。

1 miRNA

miRNA是一类内源性非编码小分子RNA，在转录后水平抑制靶基因表达。miRNA基因多位于内含子区域,但也可位于间隔区。在细胞核内编码miRNA的基因首先在RNA聚合酶Ⅱ的作用下转录生成具有帽子结构和多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA。后者在RNA内切酶Ⅲ(DROSHA)和DGCR8蛋白的作用下生成含有约70个核苷酸并带有茎环结构的pre-miRNA。随后pre-miRNA在转运蛋白Exportin-5的作用下转运至细胞质。在细胞质中，另一种RNA内切酶Ⅲ，DICER将pre-miRNA进一步处理加工成含有19～25个核苷酸的双链miRNA。双链中的一条链与RNA诱导的基因沉默复合物(RISC)中的Ago2相结合，进而与靶miRNA中的效应元件(MREs),即mRNAs 3′端非编码区(UTR)内可与miRNA互补的序列相结合。miRNA与MRE的完全互补结合则靶mRNA被降解，而多数miRNA与靶mRNA中MRE部分互补结合而阻断mRNA翻译过程〔3〕。

作为一类具有调控作用的小分子，miRNAs有着广泛的调节功能，参与细胞分化、增殖、凋亡及多种疾病的发生发展过程。近些年miRNAs在调节衰老方面的作用正逐步被研究者们所认识。众多研究发现，在老化过程中许多miRNAs的表达发生变化，其中一些miRNAs已被证实在衰老过程中执行调控作用。miRNAs在心血管系统老化过程中的调控作用也正被人们所熟知。

2 老龄化血管中miRNAs的改变

老龄时血管系统发生重构，多种miRNAs参与了其调控过程。将人类脐静脉内皮细胞持续性传代培养，然后通过基因芯片技术对miRNAs的表达谱进行检测，发现miR-21,miR-216,miR-217,miR-181b,miR-31b,miR-34a的表达上调〔4〕,然而miR-17-92家族成员的表达下调〔5〕。在老龄鼠的主动脉内，与炎症反应及造血作用相关的miRNAs,miR-146,miR-142-3p和miR-223及调控基质生成相关的miRNA，miR-29家族的表达明显上调,然而在凋亡内皮细胞中高度表达的miRNAs，如miR-181c/d和miR-31的表达却下调〔6〕。体外培养的内皮细胞与血管组织中miRNAs表达量的差异可能是因为血管组织含有除内皮细胞外的多种成分所致。说明同一种miRNA在血管老化过程中参与多种成分的调控过程。当然，在这些老龄时表达改变的miRNAs中，部分特定的miRNAs已经有了深入的研究。

2.1miR-29在老龄相关的血管重构中的作用 Boon等〔6〕通过基因芯片的方法对比老龄和年轻小鼠主动脉中miRNAs的表达谱发现miR-29家族中miR-29a、miR-29b和miR-29c的表达明显上调。此外，在通过传代培养的衰老内皮细胞中，miR-29a的表达明显上调〔4〕。miR-29家族已被证实，可以抑制心脏和肝脏中基质蛋白的合成。老龄小鼠主动脉中miR-29家族表达上调参与胶原蛋白及弹性蛋白这些细胞外基质蛋白的合成降低的调控过程〔6〕。细胞外基质的减少可以引起动脉瘤的形成，而动脉瘤是与老龄密切相关的血管疾病。在血管紧张素-Ⅱ诱导老龄小鼠的动脉瘤模型中miR-29族，尤其是miR-29b的表达明显增加；而且通过anti-miRs抑制miR-29的表达，主动脉中基质蛋白的表达增加〔6,7〕。然而，需要注意的是，抑制全身miR-29的表达可能导致纤维增生及肿瘤的增殖，因此,通过抑制miR-29的表达而干预主动脉瘤形成要确保局限于局部组织中。

2.2miR-34a在动脉老化中的作用 众多研究说明miR-34a参与内皮细胞的衰老过程。Ito等〔8〕在通过传代培养的衰老内皮细胞及老龄鼠的心脏中发现MiR-34a的表达均增加。老龄冠心病患者冠状动脉分离出的内皮祖细胞中miR-34a的表达也上调〔9〕，这说明这种miRNA参与调节心血管系统老化过程。miR-34a的过度表达可以诱导内皮细胞及骨髓来源内皮祖细胞的衰老，抑制内皮细胞增殖、抑制骨髓来源内皮祖细胞的新生血管作用〔8,10,11〕。在活体内抑制miR-34a的表达可以减少骨髓来源的促血管生成细胞的死亡，同时抑制miR-34a的表达可以通过提高心肌细胞的功能而改善急性心肌梗死后的心功能〔11〕。在内皮细胞及内皮祖细胞中，miR-34a主要通过对SIRT1进行靶向调节而发挥其作用〔8～10〕。SIRT1是一个与细胞分化、衰老、凋亡和能量代谢密切相关的NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶。SIRT1对维持内皮细胞正常功能及缺血后新血管生成是必不可少的，而且可以减少细胞凋亡及延长寿命〔12〕。此外，抑制miR-34a的表达可以增加抗凋亡Bcl-2及一些细胞周期调控因子如Cdk4及Cyclin D2的表达〔11〕。

老龄时miR-34a表达上调的机制尚未明了。研究〔13〕发现p53可以促进编码miR-34家族成员的表达，并促进miR-34a的形成。但是没有p53干预，miR-34的表达也可以增加〔11〕。已知p53参与调节衰老相关的调控通路,故推测p53可能通过上调miR-34a而参与衰老过程。

2.3miR-146在内皮细胞凋亡中的作用 miR-146是一类与炎症反应相关的miRNA。在衰老的纤维细胞中miR-146的含量增加，在传代培养的衰老的脐静脉来源及主动脉的内皮细胞中miR-146的表达明显增加。IRAK参与调控炎症反应，细胞凋亡增加时IRAK含量减低,然而抑制miR-146增加IRAK的表达〔14〕。已经证实在心脏中miR-146靶向抑制IRAK1的生成而避免心脏在心肌缺血/再灌注时免疫高反应性损伤〔15〕。另外研究〔16〕表明，在衰老的脐静脉内皮细胞中miR-146的表达无变化，甚至表达下调。此研究表明在内皮细胞衰老过程中，miR-146a表达减低可能增加活性氧类的产生。研究结果的这种差异表明在内皮细胞衰老过程中miR-146a表达上调还是下调仍然不是很明确。

2.4miR-217在内皮细胞衰老及动脉粥样硬化中的表达 Menghini等〔4〕通过基因芯片技术研究表明，在衰老的人脐静脉来源内皮细胞中miR-217的表达明显增加。miR-217的过度表达可抑制SIRT1的表达，而且在体外实验中可以增加eNOS乙酰化而减少eNOS的合成。通过抑制老化的内皮细胞中miR-217的表达可以减少内皮细胞的衰老，增加SirT1表达量。此外，在人类动脉粥样硬化斑块中miR-217的表达水平与SIRT1及eNOS的含量也呈负性关系。这表明miR-217可能通过对SIRT1及eNOS的调控而参与动脉粥样硬化过程。

2.5其他参与血管衰老的miRNAs miR-17-92基因簇中的一些成员，如miR-17、miR-20a及miR-106a在衰老的人脐静脉内皮细胞中表达明显下调〔5〕，而miR-17-5p的表达增加〔4〕。由于miR-17-92a家族中各成员在内皮细胞中的有各自的调控作用,包括miR-17/miR-20促进增殖作用以及miR-17,miR-20和miR-92a的抗血管生成作用,要阐明各个家族成员在血管衰老过程中的调控作用还仍然需要对血压进一步的研究。此外，氧化应激可以诱导生成miR-200c且在体外试验中miR-200c的过多表达可以诱导内皮细胞衰老〔17〕。

3 参与心脏老化的MiRNAs

与血管系统相比,关于参与心脏老化的miRNAs的研究发现尚少。通过对比老龄小鼠与年轻小鼠心脏miRNA的表达谱发现多种miRNAs和miRNA簇有明显改变,但是在这项研究中只有miR-21表达上调得到确认〔18〕,研究发现miR-21参与纤维化过程。这恰好与心脏老化过程纤维化过程相互吻合，但是其在心脏老化过程中的确切调节作用仍然有待研究。

Boon等〔19〕研究发现在老龄心脏中miR-34a的表达量增加，而且在敲除miR-34a基因的活体内与老龄相关的心肌细胞死亡减少。此外，通过抑制miR-34a 可以减少急性心肌梗死后心肌坏死及纤维化，心功能也能有所改善。miR-34a在心脏中的这些作用可能与由于其作用于PNUTS(或者称为PPP1R10)有关。PNUTS可以减少端粒酶的缩短，降低DNA的损伤，抑制心肌细胞的凋亡以及促进心肌梗死后心功能的恢复。

另外一个对老龄健康小鼠miRNAs表达谱的分析发现miR-22和miR-24的表达量随着年龄增长而增加〔20〕。miR-22功能已经被深入研究，miR-22可以诱导心脏纤维细胞凋亡，促进心脏纤维细胞迁移。这些研究结果与另外一些有关miR-22可以诱导肿瘤细胞凋亡的结果一致〔11〕。miR-22在心脏纤维细胞中的调节作用一定程度上与其作用于骨甘氨酸(OGN)有关。OGN是一种分泌蛋白，可调节骨的形成，也可在心脏纤维细胞及平滑肌细胞中表达〔20〕。此外,miR-22还可以诱导心肌肥厚，其机制可能是通过靶向作用于其他的一些靶基因，如SIRT1。

此外，van Almen等〔21〕研究发现在老龄时心脏纤维化及功能失调的的小鼠中miR-17-92a家族,特别是miR-18a、miR-19a和miR-19b的表达下调。而且通过进一步研究证实这些miRNAs通过作用于血小板反应素-1和结缔组织生长因子而抑制心肌细胞中胶原纤维的表达。这些发现说明miR-18/miR-19表达下调与老龄时心脏的纤维化过程有关。

4 总结与展望

总之，老龄时心血管系统形态及功能明显改变，进而导致相关心血管疾病的发病率明显增加。虽然在老化过程中很多外源性因素对心血管系统相关退行性改变有促进作用，但是老龄本身即可导致心血管系统退行性改变的发生。在心血管系统老化过程中众多调控机制参与其中。miRNA作为一类小分子RNA，参与了心血管系统老化过程中基因表达的调控过程。大量的证据表明在心血管系统老龄过程中很多miRNAs的表达量出现异常，而且一些miRNAs与老龄相关导致的心血管系统功能下降有关。对心血管系统特定miRNA的靶向调控可能会成为干预心血管系统老化，进而降低老年人心血管系统疾病的发病率的有效治疗方法。基于上述认识,以miRNAs作为靶点的治疗手段已经在疾病模型上开始实施了，特别需要指出的是在老鼠疾病模型通过“anti-miRs”抑制靶miRNA的治疗手段可以改善疾病的状态〔22，23〕。此外,通过锁核酸抑制剂直接抑制miR-122的表达治疗肝炎已经成功在非人灵长类动物身上开始二期临床试验了〔24〕。因此，对心血管系统老化过程中特定miRNAs表达量及其调控作用的深入研究显得非常重要。目前，这方面的研究刚刚起步，还需要更多更深入的研究以解释miRNAs在心血管系统老化过程中的具体调控作用。将来通过干预miRNAs的表达而对心血管系统老化过程进行调控有可能成为预防老龄相关心血管系统疾病的新的治疗途径。

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