MicroRNAs与运动心脏研究进展

徐纯 米春娟

摘要：有关运动心脏发生的分子机制是现代运动心脏研究的热门话题。MicroRNAs是一类高度保守的非编码小RNA，它通过降解mRNA或抑制蛋白质翻译而调控基因的表达。在人类，约1/3的基因受microRNAs调控。最新研究表明，microRNAs在心血管病理、生理过程中起了十分重要的调控作用。本文将总结目前miRNAs与运动心脏相关研究的最新进展。探讨其在运动心脏的发生、发展及治疗方面的相关作用机制。

关键词：MicroRNAs；运动性心肌肥大；运动性心律失常

中图分类号：G80-3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0064-02

1993年首次报道MicroRNAs（miRNAs）以来[1]，大量miRNAs在不同物种相继发现。研究表明，miRNAs参与了机体发育、干细胞分化、心血管疾病、肿瘤、病毒感染等生理病理过程。心脏miRNA的研究始于2005年，已明确miRNA在心脏的生成、发育和功能方面均有着重要作用。以下就miRNA的形成、特点及其在运动性心肌肥大形成及逆转机制中的可能作用做一综述。

一、miRNA概述

1.miRNA的形成及特点。miRNA约18～25nt，广泛存在于动植物和人类细胞，甚至病毒体内，在不同物种间有高度保守性[2]，表达具时空特异性。在哺乳动物，初级转录产物在胞核中被核糖核酸酶ⅢDrosha切割成前体miRNA，转运至胞质由另一核糖核酸酶ⅢDicer进一步切割为成熟miRNA，与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体发挥功能[3]。目前记录的人类miRNA近800个，约占人类基因组1%，却调控着约30%的基因[4]，在基因表达调控中有着重要作用。

2.miRNAs的功能及作用机制。miRNA能对基因活动（生长、分化、凋亡、应激反应等）各个层面进行调节，参与生命过程中一系列重要进程。在miRNAs中，依据miRNAs与靶基因互补程度的不同，miRNAs主要通过抑制目标基因的蛋白翻泽或mRNA切割2种方式发挥转录后水平的负性调控作用。然而，亦有研究表明，miRNAs可上调基因的表达水平，其机制可能是染色质重塑的直接作用或抑制转录阻遏物的间接作用。

二、miRNA与运动心脏的相关研究

自从1899年瑞典科学家Henschen提出“运动性心肌肥大”的概念以来，运动心脏的研究就成为运动医学界的热点问题。长期高强度、大负荷运动造成了严重的心肌增厚并伴随心肌收缩功能下降、心力衰竭。诸多研究人员已从运动生理、运动生化层面对运动心脏的成因、发展及后果做了全方位的研究，相关的研究报道已有多篇论文发表，然而，有关运动心脏形成中miRNAs的功能研究开展较为迟缓，有限的报道提示在丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Akt）过表达小鼠及运动训练后的野生型小鼠（两种经典的生理性心肌肥厚模型）的心房肌及心室肌中的miR-1/miR-133均呈现下调趋势，提示无论病理性肥厚还是生理性肥厚，miR-1和miR-133都可能在心肌肥大中发挥了作用，新近研究发现miR-378也表达于心肌细胞内，负性调控心肌肥厚，在多种不同心肌肥大模型中的表达水平是降低的。说明一些特异的miRNAs有着共同的促肥厚通路[5]。

1.miRNA与运动心脏纤维化。研究表明，miRNAS在了心肌纤维化的调控过程中扮演着重要角色。ROOU等发现miR-208缺陷小鼠对主动脉结扎或钙调蛋白过表达所诱发的心肌纤维化产生拮抗。说明在心肌纤维化过程中miR-208可能起着起关键作用。在转化生长因子-8（TGF-8）诱导的心脏成纤维细胞中miR-29的蛋白表达呈下调趋势，表明调控心肌纤维化的重要因子可能也包括miR-29。miR-133和miR-30可直接负向调控心肌细胞和心脏成纤维细胞中结缔组织生长因子（CTGF）表达而抑制心肌纤维化[6]。此外，miR-15可通过抑制转化生长因子信号通路调控心机纤维化，miR-21也可促进成纤维细胞增值。

2.miRNA与运动性心肌肥大相关诱导因子。由诸多研究中可知，miR-1和miR-133主要表达于心脏，调控心肌细胞分化和增殖。miR-1和miR-133在心肌肥厚和心房扩张患者以及多种心衰动物模型中均呈现蛋白水平降低趋势。miRNA-133的表达上调有可能作为预防心肌肥大的治疗靶点。同时，在心肌肥大模型中，有研究人员共分析了186种miRNAs，发现有7个蛋白水平下调，而21个蛋白水平上调。在培养的肥厚性乳鼠心肌细胞中选择性过表达的有miR-23a、miR-23b、miR-24、miR-195、miR-199a、miR-214。目前限于技术或模型的不同，对miRNAs变化的报道各有不同，但有明显表达异常的miRNAS有多种，揭示不同的miRNAS生理或病理性在心脏肥大的中可能扮演着不同的角色，如miR-1、miR-133、miR-29、miR-30、miR-150在心肌肥大时的蛋白水平是下调的，而miR-21、miR-23a、miR-125、miR-195在心肌肥大情况下则是呈上调趋势[7]。

3.miRNA与运动性心律失常。新近研究发现miRNAs与心律失常机制有关。研究发现心律失常情况下miR-1表达呈上调趋势，在异丙肾上腺素诱导下，过表达miR-1可引发心律失常，揭示miR-1可能参与调控了心律失常的发生过程。心率失常的发生机理极为复杂，miRNAs过度上调或下调可引起离子通道蛋白表达紊乱，致离子通道平衡失调，诱发心律失常[8]。在运动性心律失常的产生、发展过程中是否也是同一机制，又是哪些具体的miRNA发挥重要的生理作用，此问题值得深入研究，可进一步揭示运动性心律失常产生的分子机制，对今后的运动性心律失常的预防起到一定影响。

综上所述，心血管miRNAs参与了心肌细胞的生长、凋亡、电传导及血管增生等众多生理病理过程，其病理生理意义越来越受关注[9]。随着miRNAs在心血管领域研究的不断深入，充分利用不断发展的生物生化研究技术，深入研究miRNAs在不同生理病理性心肌肥大、心肌纤维化、心律失常发生、发展及其治疗当中的作用，探索新的运动心脏特异性miRNAs，进一步阐明其内在调控机制有助于我们更清楚地理解运动心脏发生、发展的分子生物学机制。

参考文献：

[1]Lee RC，Feinbaum RL，Ambros V.The C.elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14[J].Cell，1993，75（5）：843-854.

[2]Pasquinelli AE，Reinhart Bj，Slack F，et a1. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA.Nature，2000，（408）：86-88.

[3]Bartel DP.MicroRNAs genomics，biogenesis，mechanism，and function.Cell，2004，（116）：28l-297.

[4]Lewis BP，Burge CB，Bartel DP，et al.Conserved seed pairing，often flanked by adenosines，indicates that thousands of human genes are microRNA targets.Cell，2005，（120）：15-20.

[5]Catalucci D，Latronico MV，Ellingsen O，et a1.Physiological myocardial hypertrophy：how and why？[J]Front Biosci，2008，（13）：312-324.

[6]DUISTERS RF，TUSEN AJ，SCHROEN B，et a1.miR一133 and miR-30 regulate connective tissue growth factor：implications for a role of microRNAs in myocardial matrix remodeling[J].Circ Res，2009，104（2）：170-178·6p.

[7]Callis TE。Wang DZ.Taking microRNAs to heart[J].Trends Mol Med，2008，14（6）1254-1260.

[8]Terentyev D，Belevych AE，Terentyeva R，et a1.miR-l overexpression enhances Ca2+ release and promotes cardiac arrhythmogenesis by targeting PP2A regulatory subunit B56a and causing CaMKII-dependent hyperphosphorylation of RyR2[J].Circ Res，2009，104（4）：514-521.

[9]Mishra PK.Tyagl N，Kumar M，et al.MicroRNAs as a therapeutic target for cardiovascular diseases[J].Cell Mol Med，2009，13（4）：778-789.