心脏重构中微RNA的作用

李歆跃(综述)，杨　巍(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内六科，哈尔滨 150001)

心脏重构中微RNA的作用

李歆跃△(综述)，杨巍※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内六科，哈尔滨 150001)

摘要：心脏重构是各类心血管疾病的重要进程之一，包括心肌梗死、瓣膜疾病、心肌炎、扩张型心肌病、心房颤动和心力衰竭等。多项研究发现，微RNA(miRNA)与此过程息息相关，并且在体内和体外实验模型中都证实了miRNA广泛地参与此进程。临床上，miRNA已作为潜在的诊断指标和治疗靶点被重视。该文就近年的热点及被重点研究的几种miRNA进行综述。

关键词：心脏重构；微RNA；纤维化；心肌肥大

微RNA(microRNA，miRNA)是一组高度保守、长度约22个核苷酸的内源性非编码RNA。动物细胞核内，编码miRNA的基因首先在RNA聚合酶2的作用下发生转录，形成长度约为几百个核苷酸的初级转录物pri-miRNA，经核糖核酸酶Ⅲ家族的Drosha酶加工成pre-miRNA并转运到核外；在核外经Dicer酶加工为成熟的miRNA并与之形成RNA诱导沉默复合体；RNA诱导沉默复合体与靶基因信使RNA(mRNA)非编码区种子序列结合，使其降解或沉默表达，从而起到调控基因和蛋白的作用[1-3]。现就心脏重构中miRNA的作用进行综述。

1心脏重构的病理过程

心脏重构是心脏在对抗外界因素所致的压力和阻力时为了维持稳态而进行自身调节的适应性过程，该过程存在于离子、基因、细胞和细胞外等多个水平[4]。如果所致压力和阻力作用持续存在，这种过程可发展为不可逆作用[5]，同时在细胞和细胞外水平可发生凋亡、坏死和纤维化等变化。心脏重构过程分为两种形式，即组织重构和电重构[6]。

1.1组织重构心脏成纤维细胞是心脏组织中数量最多的细胞，其在调节心脏细胞外基质代谢方面起重要作用。心脏间质细胞合成的主要物质是胶原，其可被激素、生长因子、激酶、血流动力学因素、调节蛋白(如金属基质蛋白及其抑制物)所控制和调节[7-8]。细胞外基质的稳态被胶原合成和分解的动态平衡所维持着。胶原的生物合成在转录水平被成纤维生长因子所调控，尤其是转化生长因子β(transforming growth factor β,TGF-β)，其通过刺激结缔组织生长因子而强烈地诱导细胞外基质的合成；胶原的分解主要依靠金属基质蛋白超家族[9]。组织纤维化伴随着退化心肌动态的修补和替换。心肌肥大是心脏组织重构的另一特点，它可促进心脏功能障碍、导致充血性心力衰竭甚至猝死等恶性事件[10]。心肌肥大这一过程通过基因被重新激活，继而通过细胞内信号通路影响心肌细胞正常表达蛋白的转录而实现[11]。已证实多条分子通路参与其中，包括肾素-血管紧张素-醛固酮系统、肾上腺素能系统、脑钠肽以及细胞骨架蛋白、白细胞介素6细胞因子家族、细胞外信号调节激酶1/2信号通路、组蛋白乙酰化作用和钙离子介导的调控机制等[12]。

1.2电重构心脏拥有随时调节其功能从而快速适应身体需要的潜能。在面对快速变化的外界环境时，心肌细胞需要有快速增加或减少其离子通道的能力；在心房或者心室，电重构都可发生；最初的代偿期里心脏尚能维持其电行为，一旦失代偿就会引发进一步的泵衰竭或恶性心律失常[13-14]。心脏的电活动由一系列的离子通道活动所协调完成；控制离子跨膜转运的跨膜蛋白和转运蛋白对维持心脏自主节律、电传导以及膜的复极化很重要；通道疾病主要由基因水平异常所致的离子通道功能障碍所引起[15-16]。

2心脏重构中涉及的miRNAs

2.1miR-133miR-133是在人类心脏中最广泛表达的miRs，其家族包括miR-133a-1、miR-133a-2、miR-133b三个成员；在体内过表达miR-133被认为可阻止心脏重构的发生[17]。最新的研究显示，在肌组织的发生和成熟中，miR-133直接调控N端结合多聚嘧啶束蛋白；N端结合多聚嘧啶束蛋白和其同系物参与调节许多肌组织特异的外显子(如肌钙蛋白T和原肌球蛋白)；miR-133还联合miR-1通过调节严格肌源性转录因子血浆应答因子和去乙酰化酶4对骨骼肌原细胞增殖和分化进行调控[10]。在miR-133的双重突变型小鼠中观察到，控制细胞周期的基因异常，且平滑肌基因组被异常激活，这可能可以归因于其靶基因的上调(如血浆应答因子、细胞周期调节蛋白D2)[2]。在大鼠的心肌细胞中发现了miR-133的抗凋亡作用[10]。目前对miR-133的研究存有争议[18]。在两种啮齿类动物的左心室肥大模型以及9例心力衰竭受试者中证实，成熟的miR-133减少；同样，细胞实验中下调的miR-133可以引起心肌肥大相关基因的表达；但有实验显示，在缺失miR-133a的转基因小鼠中心脏表型正常；此外，在主动脉缩窄术后，miR-133a虽下降了50%，但3周后又恢复正常[19]。这提示miR-133a在心肌肥大过程中只起到了短暂和不稳定的作用。还有实验显示，在小鼠体内过表达miR-133没有起到任何作用，而且防止miR-133下调也不能减轻心肌肥大[18]。这些相反的数据使得对miR-133在心肌肥大中真正作用的研究更有必要。

2.2miR-1miR-1虽然被预测靶向调控很多基因，但经确认的目前只有HAND2(heart and neural crest derivatives expressed transcript 2)基因。不像miR-133，miR-1在心脏重构中所调控的mRNAs是一致公认的[20]。在新生大鼠的心肌细胞和未受损的成人心肌中观察到，其阴性调节肌细胞增强因子2a、GATA4(gata binding protein 4)，通过钙神经素-NFAT(calcineurin-NFAT)通路减弱了引起心肌肥大时钙依赖通路参与的必要性；另一个抑制心肌细胞肥大的机制是通过胰岛素生长因子通路实现的，miR-1可以抑制胰岛素生长因子1和胰岛素生长因子1R的转录[21]。在心肌细胞凋亡方面，miR-1被认为起到拮抗miR-133的作用；在大鼠凋亡的心肌细胞中，miR-1显著升高，在热激蛋白60和热激蛋白70的3′非转录区域可能存在单一的被miR靶向调控的序列[22-24]。有实验发现，不论在正常还是心肌梗死后大鼠体内应用miR-1都可引发心律失常，说明miR-1也参与了电重构过程；改变miR-1的水平可能是致心律失常作用的触发器[25]。

2.3miR-21miR-21是在心脏重构中表达水平上调最高的miR，但其确切的机制存在争议且目前尚不明确。在心肌肥大方面，有实验发现，用胆固醇修饰的antagomiRs剔除miR-21后能有效减轻心脏纤维化和心肌肥大[26]；与其相反，在另一个实验中，通过锁基因技术剔除miR-21后引起了心肌细胞的肥大[27]。最近有学者认为，由于心脏对小片段核酸的快速清除作用，缺少锁基因技术的antagomiRs的应用需要进一步被解释[26-28]。miR-21在纤维化方面的作用已经基本明确，PTEN(Phosphatase and tensin homologue)和SPRY1(sprouty1)被认为是miR-21的靶基因；miR-21通过抑制SPRY1增进了胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶通路的作用；在心脏成纤维细胞中，上调miR-21可以通过增强ERK/MAPK通路致成纤维细胞增殖，从而引起心脏重构和纤维化[29]。

2.4miR-208实验观察到，过表达miR-208a可以充分激活钙神经素通道，并通过抑制甲状腺激素相关蛋白1引起心肌肥大[30]。在小鼠中，筒箭毒碱和甲状腺激素相关蛋白1的相继失活与心肌肥大关系密切[31]。在剔除miR-208a基因的小鼠中，抗纤维化的分子在转录水平大量表达[32]。另外一个重要的发现是，在扩张型心肌病中，高水平的miR-208表达多与较差的预后相关[30]。这提示miR-208可以作为疾病预后和心力衰竭进展的预测指标。

2.5miR-29miR-29在心脏成纤维细胞中广泛表达，与miR-133和miR-30一起被认为是与纤维化关联最密切的miRNAs。其可靶向调控许多与细胞外基质相关的mRNAs(包括弹性蛋白、原纤维蛋白1、胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ等)；在体内下调miR-29能显著上调上述蛋白，并能引起大量的胶原沉积[33]。研究发现，心肌梗死后盐酸普萘洛尔给药组瘢痕组织miR-29增多，这可能是β受体阻滞剂能改善心肌梗死预后的可能原因之一[33-35]。

2.6其他高通量实验显示，许多miRNAs在心脏重构进程中发生了变化。其中，在小鼠心脏中过表达miR-195引起了严重的心肌肥大；另外，上调miR-24、miR-214、miR-23a也引起了心肌肥大；miR-328通过靶向调控L型钙通道参与逆转心房电重构的作用；miR-30也被预测参与阻断了L型钙通道；而miR-499和miR-199a在抑制心肌凋亡方面起到重要作用；与之相反，miR-320发挥了刺激心肌细胞凋亡的作用[36-41]。

3小结

miRNAs的生物学研究是一个相对新的研究领域，近几年对miRNAs的研究急速发展。从miRNAs拟似物，到反义核苷酸抑制序列，再到antagomiR和锁基因技术的应用，使得体内miRNAs的研究成为可能[42]。近期在小鼠模型中数目可观的研究显示了miRNAs靶基因治疗的可行性。由于一种miRNAs可调控上百种基因，人们曾担忧其靶基因治疗所带来的不可预知的不良反应，使其前景受限。目前一种miRMask被设计出来，其可准确地结合目标mRNA而防止miRNAs与其他未知靶基因结合[43]。与其相反，同时靶向多种miRNAs的技术—miRNAs海绵技术，也被发明出来[44]。未来的研究应以miRNAs靶基因治疗为目标，更深入地了解miRNAs是如何整合并参与到疾病中去的[45-48]。为了更好地靶向患病器官，针对不同的细胞类型、组织或器官，特异的miRNAs研究也是挑战之一。虽然还有很长的路要走，但理论上miRNAs仍是征服心脏重构的有力武器。

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The Role of MicroRNAs in the Cardiac Remodeling

LIXin-yue,YANGWei.

(DepartmentSixofCardiology,theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:Cardiac remodeling is the key process in cardiovascular diseases including myocardial infarction,valvular disease,myocarditis,dilated cardiomyopathy,atrial fibrillation and heart failure.Both in vitro and vivo models have proved that microRNAs play an important role in a wide range of processes.Clinically,miRNAs have been attached much attention as the potential diagnostic biomarkers and novel therapeutic target recently.Here is to make a review of the focal points and mostly studied miRNA in the recent years.

Key words:Cardiac remodeling; MicroRNAs; Fibrosis; Myocyte hypertrophy

收稿日期：2014-01-15修回日期：2014-07-30编辑：郑雪

基金项目：国家自然科学基金(81271676)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.04.003

中图分类号：R541

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)04-0582-03