microRNA在心房颤动发生中的作用

李彬 宋祖军

心房颤动(简称房颤)主要的发病原因包括遗传(通道蛋白的突变)、炎症、纤维化、心房重构和氧化应激等。近年来microRNA(miRNA)在房颤中的作用越来越受到人们关注。笔者就miRNA的结构功能，在房颤中的表达变化及其对房颤的作用进行简要综述。

1 miRNA的结构功能研究概述

miRNA是约为22个核苷酸的高度保守的小RNA，在真核生物转录后水平调控生理和病理过程，是目前最广泛研究的非编码RNA亚组。1993年，Lee等[1]在秀丽隐杆线虫中发现了第一个miRNA。目前，发现约有2 500多种被人类基因组编码的miRNA参与至少60%基因的调节。

1.1 miRNA的产生和作用机制

miRNA内部的2～8个核苷酸是连续高度保守的“种子序列”[2]。miRNA产生的经典方式如下:在细胞核内经RNA聚合酶Ⅱ作用，产生pri-miRNA，经加工形成pre-miRNA，之后出细胞核生成成熟的miRNA。成熟miRNA被RISC(Dicer和AGO2的沉默复合物)识别，形成miRNA诱导沉默复合体(miRISC)。miRNA能够识别靶mRNA的3′非翻译区的互补序列(3′UTR)，降解或阻遏其翻译，从而在转录后水平上调控基因的表达[3]。

1.2 miRNA在心血管方面的生理功能

miRNAs参与真核生物中一系列重要活动，通过抑制翻译和/或通过m RNA降解来沉默靶基因。在心血管方面，miRNA有重要的调控作用，与心脏发育和再生，房颤，缺血性心脏病和心脏肥大都有关系。

miRNA能调控心脏发育[3]。miR-1和miR-133都能够促进胚胎干细胞分化[4]。miR-208a，miR-208b和 miR-499能调控肌球蛋白基因，维持正常的心脏结构[5]。miR-195(miR-15家族的成员之一)能控制细胞周期基因，能使心肌细胞增殖停止，造成心室发育不全[6]。miR-17～92簇能通过下调Isl1和Tbx1，促进心脏流出道的发育，还能促进第二心脏区域(SHF)祖细胞分化成右室肌细胞[7]。

此外，miRNA在心脏再生方面也有重要的调控作用，其调控心脏再生的方式包括调节心肌细胞增殖；调节干细胞或祖细胞分化；直接重编程成纤维细胞[3]。已经证实miR-195过表达会损害心肌再生[8]。抑制miR-15家族促进心肌细胞再生。miR-199和miR-590能诱导细胞循环再进入心肌细胞，以此促进心肌再生[9]。在梗死模型中，移植过表达miR-1的干细胞，能促进心肌细胞分化，有利于再生和心功能[10]。miR-499也有相似作用[11]。此外，miRNA还能诱导心脏非心肌细胞重编程为心肌细胞[12]。慢病毒介导的miR-1，miR-133，miR-208和miR-499进入梗塞边界区能够直接诱导成纤维细胞原位重编程为心肌细胞[13]。

2 miRNA与房颤

多个研究表明miRNA在房颤患者的血浆和组织中有所改变，miRNA可以导致心房结构重构和电重构，但重构的机制尚未明确。研究表明miRNA介导心脏兴奋性和心律失常发生[14]，与心房重构有密切关系[15]。

2.1 房颤患者血浆和心房组织中miRNA改变

多项研究用微阵列技术(microarray)和实时定量PCR技术(qPCR)研究了阵发性和持续性房颤患者血浆中的miRNA，发现上调的miRNA种类约为14种，下调的miRNA种类约有54种，经qPCR证实的有miR-150，miR-328，miR-409-3p，miR-432，既上调又下调的 miRNA种类约为6种[16]。在房颤患者左房和右房组织中发现，上调的miRNA种类约为169种，上调明显的包括 miR-146b-5p，miR-30d，miR-21，miR-155和miR-208b，下调的miRNA种类约为82种，下调明显的为 miR-490-3p，既上调又下调的 miRNA种类约为40种[16]。

2.2 房颤重构相关miRNA

多种离子通道参与房颤电重构。钾通道相关miRNA包括miR-1，miR-26a/b，miR-30d和 miR-499，它们使心房慢延迟整流钾电流(Iks)增强，动作电位时程(APD)和心房有效不应期(AERP)缩短，增加房颤易感性，或是通过增强内向整流钾电流(Ik1)从而增强房颤易感性[17]；钙通道和钙处理相关miRNA包括 miR-328，miR-208a/b，miR-21和 miR-106b-25簇，它们能引起L型钙电流(LTCC)减弱，使APD缩短，或是通过肌浆网RyR2过度磷酸化，舒张期Ca2＋泄漏，从而增加了房颤的易感性[18]；miR-192-5p是唯一发现的与钠通道重构相关的miRNA[19]。

已经证实的与房颤结构重构相关的miRNA包括miR-21，miR-26a，miR-29b，miR-30a，miR-133，miR-590，miR-146b，miR-208a，miR-208b和 miR-1，通过促进细胞外基质(ECM)沉积或增加胶原Ⅰ/Ⅲ来促进房颤的发生[20]。

2.3 与房颤重构关联密切的miRNA

2.3.1 miR-1 研究表明miR-1通过调节钾离子通道Iks促进房颤的发生。心房快速起搏的兔模型中，miR-1表达明显上升，而KCNE1和KCNB2的mRNA和蛋白表达下降，Iks明显增强，APD和AERP缩短，促进房颤发生[21]。慢病毒过表达miR-1再次证实上述结论，而抗miR-1抑制了KCNE1和KCNB2减少，从而减少房颤敏感性[22]。进一步通过荧光素酶实验发现KCNE1和KCNB2为miR-1的直接靶标[21]。但是，关于miR-1在房颤中表达变化有矛盾结果，有学者在房颤患者心房组织中发现miR-1降低，Ik1上调[23]。朱瓦力等[24]研究也发现，房颤患者心肌组织中miR-1表达减少，而Kir2.1蛋白表达增加，说明miR-1可能负性调节Ik1电流，引起APD变化而促进房颤的发生。由此发现miR-1的上调和下调都可导致房颤发生，这可能表明一个单独miRNA可能有不同的调节方式，体现了miRNA调控作用的复杂性。

miR-1与钙处理异常也相关。Terentyev等[25]发现房颤中miR-1过表达，一方面LTCC开放，Ca2＋向胞内内流增加，另一方面由于Ca MKII对肌浆网Ry R2过度磷酸化，肌浆网Ca2＋通道RyR2激活开放，钙释放增加，促进房颤的发生。Shan等[26]也发现miR-1过表达时，心房肌细胞Ca2＋内流增加，导致房颤的发生。但是，另有研究发现，miR-1在房颤患者中表达下调，且发现其可抑制L型钙通道的CACNB2亚基(Cavβ2)的表达，细胞内Ca2＋浓度降低，从而抑制房颤发生[27]。吴杨等[28]通过心肌肥大模型进一步验证了miR-1的靶标是L型钙通道的亚基Cavβ2。

Feng等[29]研究表明miR-1上调时，编码connexin 43蛋白的GJA1基因下调，下调肌原纤维的表达，细胞间电传导减慢，增加房颤易感性。

miR-1不仅参与心房电重构，还参与结构重构而导致房颤。Xu等[30]研究发现，老龄犬心房miR-1表达水平下降，胶原沉积增加。Karakikes等[31]研究表明，外源性miR-1干预能逆转压力负荷导致的心脏肥大和纤维化，miR-1过表达后，通过降解Fbln-2的m RNA，抑制细胞外基质的增加，抑制心肌纤维化。

2.3.2 miR-21 miR-21在纤维化中进行了最广泛的研究。已有几种机制提出miR-21对纤维化的潜在作用，包括促进ECM沉积和上调胶原蛋白Ⅰ和Ⅲ。最受关注的是miR-21抑制SPRY1(Sprouty 1，RTK信号拮抗剂1)，Sprouty-1抑制细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)信号传导途径，结缔组织生长因子(CTGF)高表达，活化成纤维细胞，促进纤维化。体内实验证实敲除miR-21能够抑制纤维化和房颤[32]。

miR-21也可能促进炎症相关的心房纤维化，在心包炎和房颤的大鼠抑制miR-21能够抑制转录激活因子3(STAT3)磷酸化，抑制纤维化相关基因表达和降低房颤易感性[33]。

另一种miR-21在房颤中的信号通路涉及Smad7的下调，而Smad7的下调能够上调胶原蛋白Ⅰ和Ⅲ。体内实验发现，抑制miR-21能抑制Smad7的降低和抑制胶原I/III增加[34]。

还有研究发现miR-21能调控磷酸酶基因(phosphatase and tensin homolog，PTEN)，PTEN能上调基质金属蛋白酶2(MMP-2)的表达，促进纤维化和房颤[35]。

2.3.3 miR-26a/b 房颤患者心房中miR-26的下调与KCNJ2和Kir2.1的增加有关。在小鼠体内抑制miR-26a使得Ik1增加并促进房颤，而miR-26a的体内腺病毒过表达降低了Ik1并使房颤易感性下降[17]。Qi等[36]在犬成纤维细胞用基于LNA的药物体外敲除miR-26a诱导Ik1增加，超极化静息膜电位和成纤维细胞增殖增加，再次证实了上述结论。另外，Wei等[37]房颤患者和房颤犬模型中研究发现，miR-26作用于KCNJ2，活化T细胞核因子，使K＋内流增加，从而使APD缩短，导致房颤发生。也再次证实上述结论。

除了调节钾通道外，miR-26可能也通过ECM形成促进结构重构。Harada等[20]在房颤犬模型和大鼠中发现miR-26a被下调，瞬时感受器电位通道3(TRPC3)蛋白增加，增加的TRPC3表达与ERK磷酸化和几种ECM相关的基因表达呈正相关，刺激成纤维细胞增殖，分化和激活。

2.3.4 miR-328 Lu等[18]研究表明，miR-328在房颤犬和房颤患者中均升高，其靶基因是CACNA1C和CACNB1，二者分别编码心脏LTCC亚单位Cav1.2和Cavβ1，miR-328升高时ICa，L降低，缩短APD和ERP，从而增强房颤敏感性。反之，通过antagomir-328和基因敲除使miR-328降低则能够降低房颤敏感性。Yuan等[38]在房颤犬和房颤患者中的发现也证实了上述结论。Karnabi等[39]发现单独敲除LTCC的α1亚单位，同时miR-328过表达，房颤并未增加，也证明了miR-328通过调节LTCC参与房颤的发生。更进一步，Guo等[40]研究表明miR-328的作用靶点LTCCα1序列区的3’非编码区，以此对LTCC发挥负性调节作用参与房颤发生。

miR-328除了调节LTCC，还有学者[41]研究表明，miR-328过表达时肌浆网SERCA2a水平降低，胞内Ca2＋增加，提示miR-328还能通过肌浆网来调节细胞内钙活动，促进房颤发生。

3 问题及前景展望

miRNA具有作为新型生物标志物的潜力，miRNA的鉴定可能有助于评估风险分层和对治疗反应的应用。但miRNA在目前为止还不能作为房颤的生物标志物。问题在于房颤相关的miRNA表达谱在研究之间缺乏整体一致性，可能是由于每个研究中分析的样本量少；而且，RNA分析的大部分是通过微阵列进行的，只有少数miRNA经过了qPCR验证，需要采用更多定量方法(如高通量qPCR和deep sequencing技术)来进行未来工作，获得房颤中精确和详细的miRNA表达谱[16]。

另外，miRNA还可能成为房颤的治疗靶点。一些miRNA疗法已经在进行临床评估。房颤可以通过恢复失调的miRNA的正常表达来控制[18]。因此，体内调节异常的致病miRNA的方法可能具有特殊的治疗价值。但是，大多数基于miRNA的疗法都是系统性地起作用的，所以就无法进行广泛的临床使用，而且虽然动物研究体内miRNA的干扰方法已显示出潜在的治疗价值，但他们的长期疗效，安全性和药代动力学在人类病人还有很大程度上未知。因此，还需要进一步研究临床批准的miRNA治疗[16]。