MicroRNA影响房颤电生理重构的研究进展

张 根 综述，于风旭 审校

（西南医科大学附属医院胸心外科，四川泸州 646000）

MicroRNA影响房颤电生理重构的研究进展

张 根 综述，于风旭 审校

（西南医科大学附属医院胸心外科，四川泸州 646000）

心房颤动；电重构；离子通道；MicroRNA

心房颤动在心脏病发病率、致死率以及延长住院时间、加重社会经济负担等方面的影响比其它心律失常更严重。本文从心房颤动基本电生理改变、电重构以及MicroRNA影响电重构研究进展等方面进行回顾，证明MicroRNA在房颤发生过程中的重要作用，希望能使MicroRNA作为潜在的心房颤动的检测指标及治疗靶点成为可能。

1 心房颤动

心房颤动，简称房颤，是常见的一系列由心脏疾病引起心房重构的终点事件，其本身也能引起心房重构,从而促进心律失常的发展。随着技术的进步，众多学者在分子层面进行了大量研究来了解房颤发生的原因及机制。导致房颤发生的四个重要病理生理改变包括：结构重构、电重构、自主神经调节改变和Ca2+处理异常。回顾长期以来的研究，发现心脏疾病引起的心房基质的改变以及存在作为触发“扳机”的异位起搏点是心房颤动发生的两个必要条件[1-2]。改变的心房基质是形成折返环和诱发及维持房颤的基础。房颤形成后，快速心房率会促进心房重构，增加心脏对房颤的易感性，并且有利于房颤的维持。房颤这种自我增强的特性即为“房颤引起房颤”。电重构包括离子通道、离子泵及离子交换功能的改变。上述改变导致心肌细胞动作电位异常。 但是心房基质改变可使电重构过程加速，有利于异常电位的产生及维持，并且基质成分及分布的变化有利于折返环的形成，这是阵发性房颤转变为持续性房颤的物质基础[3]。

2 心房颤动的电生理及电重构

2.1 电生理

房颤的电生理改变主要包括异位起搏点的形成、心房内折返通路的存在以及离子通道的改变。大量的研究证实，快速释放的异位激动灶和心房内折返通路的存在是构成心房颤动的电生理基础[4]。在心房壁内存在单个或者多个同时发放冲动的异位激动源，不论是短暂性的，还是持续性的激动，都可以引起快速心房率[5]。在快速心房率的作用下，心肌细胞的自律性、去极化以及后除极化等电活动均发生延长或者缩短变化[6]。在这些改变中，心肌细胞膜上主要离子通道的改变起着重要作用。内向电流（包括INa+和ICa2+）的减少以及外向电流（IK+）的增加缩短心房肌细胞动作电位的时程，并且加速复极化过程，缩短了心房肌细胞的相对不应期，这些改变不仅是电重构的基础，同时也促进结构重构的发生。

2.2 电重构

电重构概念于1987年由Wijffels等[7]提出。它的重要特征是离子通道蛋白表达及功能的改变。它的组成部分包括上调的整流K+电流 （IK+）和依赖乙酰胆碱调节的结构性K+电流（Ikach）、下调的L型Ca2+电流（ICa2+），小电导Ca2+-活化K+通道的上调，以及心肌细胞间缝隙连接蛋白半通道的表达与分布的改变等。

2.2.1 Ik1通道的上调和结构性乙酰胆碱调节的K+电流

Ik1是心脏重要的内向整流电流，决定膜静息电位和终末3期复极，主要是由Kir2亚基组成。Ik1的增加延迟峰电位的出现，以及缩短复极化的时程，使心肌不应期缩短，有利于房颤的发生。另一个重要的内向整流电流Ikach，可调节乙酰胆碱的作用，加强迷走神经激活，通过空间异源性增加内向整流电流，缩短动作电位时程，促进房颤的发作和维持。Ik1激活是通过改变蛋白激酶C对IK+功能的调节，由房颤诱导的心房心动过速和Ca2+负荷所致[8]。

2.2.2 Ical通道的下调

心房颤动时心房肌细胞CaMKⅡ活性增加，雷诺定变体2（RyR2）过磷酸化，导致舒张期的SR Ca2+泄漏.同时NCX的表达增加，从而增加了延迟后除极（DAD）发生的机率，触发活动增加，易于心房颤动的发生。研究表明维持RyR2稳定性的FKBP12.6亚基基因突变鼠出现舒张期Ca2+泄漏，心房触发活动增加，发展成为自发性心房颤动[9]。此外，近期研究发现cAMP反应元件调节器（CREM）表达小鼠心房触发活动增加，出现自发性心房颤动，RyR2介导的舒张期Ca2+泄漏则是其中的中心环节[10]。房颤时快速心房率导致细胞内Ca2+的积聚，可激活细胞内稳定机制对抗这种病理性的Ca2+超载[11]。Ca2+依赖磷酸酶/活化的T细胞核因子（NFAT）系统紧接着被激活。NFAT转位进入核内，抑制基因编码LTCCs（CACNAlC）的转录[12]，减少Ical，从而降低内向Ca2+电流，缩短了动作电位平台期及峰电位时限，易于促进折返。

2.2.3 小电导Ca2+-活化K+通道的上调

小电导Ca2+-活化K+通道由基因KCNNl/KCNN2/KCNN3编码，可被增加的细胞内Ca2+水平激活。最近研究表明，心房颤动导致的快速心房率可以上调小电导Ca2+-活化K+通道的表达[13]，有利于房颤的维持。 另有研究实验表明[14]，房颤患者心房基质改变过程中增生的肌纤维细胞、平滑肌细胞以及神经元上的小电导Ca2+-活化K+通道结构及功能的改变缩短后除极化时限，促进房颤的发生。

2.2.4 缝隙连接重构

缝隙连接离子通道如连接蛋白40和连接蛋白43，可介导心肌细胞和心肌细胞间的电耦合。结构蛋白编码基因的变异可导致特发性房颤的发生。而缝隙连接离子通道的改变可导致局部的传导障碍，从而有利于折返通路的形成及维持。

其它引起心房颤动的重要重构机制还包括自主神经系统调控重构，Ca2+处理异常等。

3 MicroRNA参与调控心房电重构

MicroRNA是一系列在转录后水平通过结合3’端非编码区以调控靶基因的微小非编码RNA。大部分miRNA基因定位于基因间隔区，少数位于蛋白编码基因或其它转录元件的内含子上。miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下，转录产生pri-miRNA。Pri-miRNA在核酸内切酶Drosha及其协同因子DGCR8作用下被切割，产生长约60～70个核苷酸的茎环状前体,即pre-miRNA。pre-miRNA经Ran-GTP依赖的核质/细胞质转运蛋白Exportin-5从核内转运至胞浆，在胞浆中经核酸内切酶Dicer剪切形成长约22个核苷酸的双链成熟miRNA分子[15]。其中一条与核蛋白复合体结合形成RNA诱导的沉默复合体 （RNA induced silencing complex,RISC）并与靶mRNA结合发挥基因沉默效应，参与基因转录后水平的调控，而另一条则被降解。

本文通过回顾近年的大量研究发现，通过基因芯片技术检测，发现在房颤患者心脏组织中有多种MicroRNA表达异常，这些异常表达可能对房颤产生有重要调节作用。比如，Boye等[16]证实MicroRNA-21表达上调可通过

Ras/ERK通路调控Inhibit spry基因表达，激活纤维蛋白生长因子LOX及CTGF,促进心肌纤维细胞生长及细胞基质增生，增加房颤易感性及维持性；Fiedler等[17]通过研究发现，MicroRNA-101的靶基因为KCNJ2，KCNJ2可以调控表达Kir2蛋白，该蛋白是内向钾离子电流通道重要组成部分。并且Harada等[18]发现MicroRNA-26可与MicroRNA-101共同调控该基因表达，但是二者对KCNJ2的调控呈现负相关性，从而正/负调节Ik1通道，缩短或者延长心肌动作电位时限，促进或者抑制房颤的发生。Dawson等[19]MicroRNA-29可正性靶向调节Col1A1、Col3A1及TGF-β基因，促进细胞基质（ECM）生长，形成房颤基质增生，有利于折返的形成及房颤发生。Ling等[20]最近发现MicroRNA-499可调控KCNN系列基因，控制小电导Ca2+-活化K+通道表达，增加心肌与心肌纤维细胞及平滑肌细胞之间传导性，并且缩短动作电位，促进房颤发生。由此可见，MicroRNA在多方面参与调控房颤相关心房结构重构及电重构。近年来心房电重构，包括间质细胞如心肌成纤维电重构越来越引起研究者们的关注。目前为止，已经证实 MicroRNA-328、MicroRNA-26、Micro RNA-1、MicroRNA-499、MicroRNA-155均通过调节离子通道相关蛋白的表达而参与电重构的调控[21-24]。其中Micro RNA-499不但调控心肌细胞离子通道表达，还对心肌成纤维细胞、平滑肌细胞表面离子通道进行调控，引起越来越多研究人员的重视。下文将就此展开论述。

3.1 MicroRNA-328

钙离子通道尤其是L型钙离子通道（LTCC）在心肌的兴奋收缩耦联中对维持心房肌细胞动作电位平台期和介导心率依赖的动作电位变化起着重要作用。Yuan等[25]在犬快速起搏诱导房颤模型及风心病合并房颤患者的心房标本中检测发现MicroRNA-328明显升高，以及Ical电流明显减弱。在后续的研究中他们发现CACNA1C和CACNB1基因可以通过调控LTCC的α1和β1亚单位，减小Ca2+介导的内向电流（Ical），从而缩短动作电位时限，促进房颤的发生。同时证实了CACNA1C和CACNB1为MicroRNA-328的靶基因，并且在实验中他们观察到MicroRNA-328表达水平与LTCC通道蛋白的表达水平呈负相关。这一发现证明MicroRNA-328表达上调促进房颤的发生。Karnabi等[26]发现在单独敲除LTCCα1亚单位情况下，MicroRNA-328表达上调并未增加房颤易感性，也反向证明MicroRNA-328可通过调控LTCC通道蛋白的表达参与房颤的发生。

3.2 MicroRNA-26

Ik1通道被认为是房颤相关电重构的重要组成部分之一。 Ik1通道主要分布在心房肌，其电流是心房肌APD复极末期的重要离子流，也被称为背景电流。 Gaborit等[27]证明Kir 2.1是Ik1通道蛋白重要组成成分，该蛋白受KCNJ2基因表达调控。Luo等[28]在动物模型及风心病合并房颤患者右心耳组织的研究中，发现MicroRNA-26表达下调时KCNJ2表达方向性的升高；运用反义MicroRNA-26抑制MicroRNA-26的表达后KCNJ2表达明显降低。证明MicroRNA-26通过调节KCNJ2影响Ik1通道的重构，从而参与调控房颤的发生。

3.3 MicroRNA-1

Girmatsion等[29]发现心房颤动患者左心房miRNA-1表达较窦性心律者下降接近86%，同时Kir 2.1表达增加，IK1增加，他们推测miRNA-1通过调控Kir 2.1调节IK1强度，引起APD变化而参与心房颤动的发生。但是，近期Jia等[30]发现快速心房起搏的兔右心房miRNA-1表达上调，通过下调KCNE1和KCNB2的表达，增加IKs，缩短心房APD而诱发心房颤动。以上两个研究中miRNA-1表达呈现相反的趋势，是否miRNA-1在左右心房表达存在差异造成这种现象，有待于进一步研究来证实。除此之外，编码缝隙连接蛋白43的CJA1基因也被证实为MicroRNA-1的调控靶基因[31]。Chen等[32]证明MicroRNA-1还可以通过抑制热休克蛋白-60及-70的表达，促进快速心律失常的发生。

3.4 MicroRNA-499

近年来小电导Ca2+-活化K+通道（SK3）受到房颤研究人员的重视，它的调节基因KCNN3被认为与房颤的发生密切相关[33]。小电导Ca2+-活化K+通道由基因KCNNl/KCNN2/ KCNN3编码，可被增加的细胞内Ca2+水平激活[34]。心房颤动导致的快速心房率可以上调小电导Ca2+-活化K+通道的表达，有利于房颤的维持[35]。并且该调控机制可以通过缩短APD，促进房颤的发生。Ling等[20]证实SK3是MicroRNA-499的靶基因，并发现在房颤患者组织中，MicroRNA-499表达上调伴随着SK3的表达下降。抑制MicroRNA-499的表达后，SK3表达明显上升。这一发现证明MicroRNA-499参与调控电重构。

3.5 MicroRNA-155

Wang等[36]研究非瓣膜性心房颤动相关的miRNAs，在房颤患者左心耳组织中发现10个差异表达的miRNA，其中miR-155表达差异最大，为健康人组织的5.78倍。体外构建报告载体实验发现，miR-155可以结合到编码LTCC的α1亚单位的CACNAIC基因的3’-UTR区，下调LTCC的α1表达。表明在非瓣膜性房颤中的miR-155调控LTCC的α1亚单位表达，进而影响了心房的电重构，导致了房颤的发生和发展。

4 展望

随着对MicroRNA研究的积累，MicroRNA在房颤重构中的重要作用得到越来越多的重视，使MicroRNA作为心房颤动的检测指标及治疗靶点成为可能。但要达到这一目标还有很长的路需要我们继续探索。因为目前明确的MicroRNA数量还不足人体中总量的百分之一，而基因之间的调控并非是“一对一”的关系，一个MicroRNA可以调控多个靶基因，而一个编码基因又可以受多个MicroRNA调控，这种网络式的调控关系，以及单个MicroRNA在其中发挥的作用并未明确。另外多疾病之间调控基因的重叠使单个基因的作用界限被淡化。但是，我们可以展望随着对MicroRNA的不断研究，这些难题终将会被科学工作者攻克，从基因水平来治疗房颤成为可能。

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（2015-11-04收稿）

R541.7+5

A

10.3969/j.issn.1000-2669.2016.02.020

张 根（1986-），男，硕士研究生。E-mail：314755948@qq.com