微RNA在心肌梗死中的研究进展

段战涛(综述)，钱金桥(审校)

(昆明医科大学第一附属医院麻醉科，昆明 650032)



分子生物医学

微RNA在心肌梗死中的研究进展

段战涛△(综述)，钱金桥※(审校)

(昆明医科大学第一附属医院麻醉科，昆明 650032)

摘要：微RNA(miRNA)是存在于真核生物细胞中的一类内源性的、非编码的、长度约为22个核苷酸的小分子RNA。生物体中，miRNA能够在转录后水平调控基因的表达，广泛参与生物发育、细胞分化、细胞凋亡等多种生命进程和心肌肥厚、心室重构、心力衰竭、心律失常等多种病理生理过程。miRNA在心血管方面的生理和病理意义越来越被关注，很有希望为心血管疾病的治疗提供新的手段。

关键词：心肌梗死；微RNA；再灌注损伤；生物学标记

非编码RNA(non-coding RNA)家族新成员之一的微RNA (microRNA，miRNA)是一类长度约为22个核苷酸的调控小分子RNA，其序列高度保守，通过3′非编码区与靶mRNA结合，以抑制或降解靶基因转录，发挥调节蛋白质合成的作用。研究发现，miRNA在进化上高度保守，表达上均有严格的组织特异性和时序性，并已被证实参与和调控发育、增殖、细胞分化、脂类代谢和细胞凋亡等多种生理功能[1]。随着对miRNA研究的深入，miRNA在心血管领域的重要作用越来越突出，特别是近几十年来心肌梗死的发病率和病死率日益升高，miRNA在心肌梗死中所发挥的作用已成为国际上研究的热点。研究发现，miRNA表达模式的改变与心肌梗死病理性变化相关[2]。Zhu和Fan[3]对 缺血-再灌注和梗死心肌细胞不同的miRNA表达谱分析发现，miRNA表达改变是动态的和条件依赖的，并推测，在缺血-再灌注早期，miRNA异常调节与细胞死亡和氧化应激相关；缺血再灌注晚期miRNA表达变化是由于梗死后重构和功能代偿机制造成的。因此，对于缺血预处理心脏，miRNA的表达变化对抗缺血-再灌注损伤的心脏起保护作用。为更好地了解心肌梗死的分子机制，需要对心肌梗死相关的miRNA在不同的心肌细胞类型、体内和体外进行功能分析。该文就miRNA参与心肌梗死的病理变化和可能作为心肌梗死诊断或治疗手段的研究进展进行综述。

1心肌梗死与miRNA异常表达

心肌梗死引起心脏组织结构和组成发生改变。梗死的缺血区域启动细胞置换和心室重构程序，引起细胞构成和基因表达时序性变化为特征的动态过程。下面讨论研究最为广泛的miRNA在心肌梗死中的作用。

1.1miR-1和miR-133研究已经表明，miR-1、miR-133a和miR-133b在骨骼肌和心脏中高表达，分别受转录因子血清反应因子和肌细胞增强因子2的调控[4]，这些miRNA在小鼠和人类胚胎干细胞的心肌分化中发挥了关键作用。研究发现，在大鼠心脏急性缺血-再灌注损伤中，miR-1是表达上调最强烈的miRNA，而miR-133a是表达下调的miRNA之一[5]。在心肌梗死患者中，miR-1和miR-133的表达均下调[4]。在最近的应激诱导心肌细胞的存活实验中发现，miR-1与miR-133具有相反的调节效应：miR-1促凋亡，miR-133抗凋亡；在大鼠胚胎心室细胞(H9C2)或离体大鼠心肌细胞中的miR-1水平增加，引起应激诱导的凋亡；相反，过表达miR-133引起保护效应以对抗H2O2诱导的细胞凋亡；miR-1和miR-133之间相反的作用可能很大程度上归功于它们调控不同的靶基因；miR-1上调的原因是下调了多个抗凋亡基因，如热激蛋白60、热激蛋白70、类胰岛素生长因子1和B细胞淋巴瘤2基因，而miR-133负调控促凋亡基因(caspsae-9蛋白)[4,6]。此外，miR-133过表达表现出类似于在野生型大鼠心脏主动脉缩窄术后引起心肌肥厚中的保护作用，心肌纤维化显著减少，在某种程度上意味着miR-133过表达在缺血-再灌注损伤所引起的心肌重构中具有保护作用[6]。这些数据表明，在缺血性心肌损伤中，降低miR-1的水平和(或)增加miR-133的水平可能会有利于减轻由缺血-再灌注所导致的心肌损伤。

1.2miR-21miR-21抑制心脏细胞凋亡，调控蛋白质的程序性细胞死亡因子4和几个公认的心脏保护因子，包括激活蛋白1、内皮型一氧化氮合酶、热激蛋白70和热休克转录因子1[7]，磷酸酶及张力蛋白同源体是在小鼠缺血-再灌注诱导的心脏重构的心脏成纤维细胞上的miR-21的靶基因，它能够降低3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，通过上调miR-21抑制磷酸酶及张力蛋白同源体，减小了心肌缺血面积进而促进心肌细胞增殖(存活)。Roy等[8]证实抑制miR-21将会增加磷酸酶及张力蛋白同源体的表达，而miR-21的寡核苷酸模拟物可抑制磷酸酶及张力蛋白同源体在心脏成纤维细胞中的表达，值得注意的是，miR-21通过PTEN调控基质金属蛋白酶2的表达，提示miR-21在治疗心力衰竭和减轻炎症中具有一定作用。

在小鼠心肌缺血-再灌注模型中，梗死区域的miR-21表达水平增高，抑制了下游效应物磷酸酶和磷酸酶及张力蛋白同源体，其直接后果是造成成纤维细胞基质金属蛋白酶2 的表达增加，激活成纤维细胞并引起梗死灶纤维化重构[8]。最近的研究报道miR-21对大鼠心肌梗死后的心脏起保护调节作用，与心脏过表达Rac1转基因小鼠(随年龄增长而自发心房颤动和心肌纤维化)比较，上调miR-21可降低其下游靶基因Spry1表达，说明miR-21可抑制心房纤维化和维持心脏功能[9]。成纤维细胞能特异性地保护缺血心肌细胞已得到验证，提高miR-21的表达水平将减少由于成纤维细胞的增殖而导致的整个心肌纤维化。这也首次为反义寡核苷酸miR-21对肺脏、骨骼肌、肾脏的抗纤维化干预治疗铺平了道路[10-11]。有学者使用反义寡核苷酸miR-21化学修饰与锁定核苷酸化学修饰相比较，证实了反义寡核苷酸介导的miR-21敲除在治疗纤维化疾病中的价值，这些成果如能在更大的动物模型中(小型猪)得到验证并有相应的毒理学实验支持，将有助于将miRNA治疗方法运用于临床研究[12]。

1.3miR-24miR-24在心脏内皮细胞中富集并在心肌梗死后显著上调。Fiedler等[13]证实抑制小鼠内皮细胞miR-24的表达，可通过抑制内皮细胞凋亡和增加血供，减小心肌缺血面积来实现，这有利于保护心肌功能和心肌细胞的存活。然而，在心肌梗死和缺血-再灌注动物模型左心室的缺血区和缺血边缘区miR-24的表达是下调的，这是由于直接抑制有保守同源域的B细胞淋巴瘤2基因家族蛋白，包括蛋白Bim——凋亡激活剂，同样有利于心肌细胞的存活[14]。最近运用病毒载体过表达miR-24，通过抑制成纤维细胞标记基因Ⅰ型胶原α2、Ⅲ型胶原、纤维连接蛋白、平滑肌肌动蛋白来抑制心力衰竭细胞纤维化[15]。同样Qian等[14]也发现慢病毒载体转染的miR-24可减少心肌细胞凋亡，miR-24在心肌细胞中的持续表达可抗细胞凋亡和减少心肌细胞丢失。miR-24在成纤维细胞、心肌细胞、内皮细胞中的生物学特征研究成果突出了其在心脏中的多功能特征。

1.4miR-499研究表明，在小鼠梗死心脏，无论是在梗死区还是边缘区，miR-499的表达均下调[15-16]。miR-499通过间隙连接蛋白从心肌细胞转运至心脏干细胞，并通过抑制其靶基因SOX6和ROD1的表达，在心脏干细胞的分化中起着重要的作用。此外，在小鼠和人类心肌梗死后的血液循环中，miR-499均增加，可能是miR-499在心肌间质中显着增加，通过间隙连接蛋白转移，在心脏干细胞的分化和心肌修复中发挥作用[17]。miR-499的靶基因是磷酸酶催化亚基α异构体和β异构体，通过抑制磷酸酶介导的线粒体丝裂蛋白1脱磷酸化作用和其在线粒体中的积累来抑制心肌细胞的凋亡[18]。

1.5miR-126miR-126具有维护血管完整性和促进血管生成作用。miR-126的促血管生成效应部分是由于抑制Spred-1(一种细胞内血管生成抑制剂)，并增强血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子介导的血管生成。此外，miR-126在血管内皮细胞衍生的凋亡小体中富集，并下调G蛋白调节子16的表达。值得注意的是，miR-126突变小鼠胚胎发育表现出血管生成受限和心肌梗死后存活率下降[3]。miR-126的特异性内皮细胞功能，在心肌梗死后保持血管内皮完整性和血管内皮功能上发挥着重要的作用。在体内，内皮细胞miR-126的缺失将会导致血管生成信号级联的减少，心肌梗死后，虽然miR-126仍然存在，但新生血管主要的趋化因子——血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子不能发挥作用，由此得出，miR-126具有增强血管新生和维持血管内皮特性的能力。总的来说，内源性miR-126的突出作用是促进血管发育以及缺血引起的血管新生。miR-126除了决定内皮细胞功能，同时还具有在动脉粥样硬化的凋亡小体中介导趋化因子配体产生和参与细胞间新的信号转导机制的功能[18]。

2miRNA与治疗策略

反义寡核苷酸沉默技术现已成为miRNA基础研究的必要工具。反义寡聚核苷酸通过设计单链寡核苷酸，以直接互补结合特定的miRNA达到干扰的目的，以降低其生物利用度。通过外周静脉注射人工合成的、能与miR-122特异性互补并将其降解的寡核苷酸，在I期动物实验研究中，成功地抑制了灵长类动物血浆中丙型肝炎病毒的浓度[19]。这为今后反义寡聚核苷酸技术运用于临床奠定了基础。

目前，有效干预miRNA的技术有miRNA海绵、Antagomir和锁核酸。Ebert等[20]研发的“miRNA海绵”技术，将完全或不完全配对的特定miRNA结合位点的序列克隆到靶基因的3′非翻译区。这种人工合成基因如同竞争性抑制剂，形成RNA诱导的沉默复合物。Antagomir用于抑制内源性miRNA；锁核酸是一种特殊的双环状核苷酸衍生物，与DNA、RNA在结构上有相同的磷酸盐骨架，对DNA、RNA有很好的识别能力和强大的亲和能力。上述物质均能有效抑制靶miRNA的表达，然而必须指出的是，使用寡核苷酸治疗所产生的免疫反应的不良事件，有可能会限制该技术的广泛应用[21]。

3展望

miRAN作为生物标志物有望用于心脏疾病的早期诊断和判断预后。Olivieri等[22]比较了急性非ST段抬高型心肌梗死老年患者的梗死区和边缘区与无心肌梗死的心力衰竭的老年患者的肌钙蛋白T和血浆miRNA水平，发现miR-499-5p诊断的准确性优于肌钙蛋白T。未来的研究方向将倾向于研究体循环中的miRNA或miRNA诊断工具的灵敏度是否优于肌钙蛋白和高敏肌钙蛋白检测，尤其是对于心肌梗死症状不明显、边缘区肌钙蛋白增加和具有无法解释的疑似心肌梗死心电图的患者来说。这为心肌梗死相关的miRNA研究提供了新的思路，也为其诊断和治疗提供了全新的手段。目前，miRNA与心肌梗死的相关研究还比较局限，尚有诸多问题需要解决，如miRNA调控心肌梗死通路及其表型的变化、在体内转染反义寡核苷酸应用的局限性等。如能深入地研究miRNA与心肌梗死相关性，将有利于充分认识心肌疾病，也为其预防和治疗提供潜在的新靶点和新途径。

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Research Progress of MicroRNAs in Myocardial Infarction

DUANZhan-tao,QIANJin-qiao.

(DepartmentofAnesthesiology,FirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650032,China)

Abstract：MicroRNAs(MiRNAs) are endogenously encoded small non-coding RNAs, about 22 nucleotides in length in eukaryotic cell. In many organisms,miRNAs can regulate gene expression at post-transcriptional level,and extensively participate in biological development,cell differentiation,apoptosis, other cellular processes and cardiac hypertrophy,ventricular remodeling heart failure,arrhythmia,and other many physiological and pathological processes. Pathophysiological implications of miRNA in the cardiovascular system have been increasingly concerned, which may provide new means for cardiovascular diseases treatment in the future.

Key words：Myocardial infarction; MicroRNAs; Reperfusion injury; Biological markers

收稿日期：2013-12-19修回日期：2014-06-09编辑：孙洪芳

基金项目：国家自然科学基金(81160035)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.001

中图分类号：R542.22

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)01-0001-03