MicroRNA 21与冠心病相关性的研究进展

张倩 综述 宋林声 赵新湘 审校

(1.昆明医科大学研究生院，云南 昆明 650000； 2.昆明医科大学第二附属医院放射科，云南 昆明 650101)

冠心病已成为人类致死率最高的疾病之一，且发病率呈逐年上升的趋势。因此，如何有效加强冠心病的预防，提高早期诊断、早期治疗、早期干预的成功率是目前国内外研究的热点之一。

MicroRNAs(miRNAs)是近年来发现的一大类长度约为22个单核苷酸组成的内源性小分子非编码单链RNA[1]，在诸多细胞进程中执行重要的调控功能。过去miRNAs的研究主要集中在人类肿瘤疾病的生物功能调控方面，近期研究发现miRNAs表达水平的变化与心血管疾病的发生发展也密切相关，包括参与心肌缺血后再灌注损伤、心室重构的演变及终末期心力衰竭等进程，其中以血浆miRNA 21与冠心病相关性的研究居多，其靶基因也已逐步被证实，并有望成为未来冠心病诊疗的新靶点[2]。现就miRNA 21及其靶基因与冠心病研究的相关进展进行综述。

1 MicroRNA 21的概述

从1993年Lee等[3]在秀丽隐杆线虫中首次发现非编码RNA(基因Lin-4)至今，人类基因组中已发现1 000多种miRNAs，其中人类30%～50%的基因受到miRNAs的调控。MiRNA 21作为miRNAs家族中的一员，最初因其在多种癌组织中表达，且与致癌作用密切相关，被形容为致癌miRNA；但近年来的研究发现，miRNA 21参与了多种心血管疾病的发生和发展[4-6]，其在心血管领域的作用已引起了研究人员的关注。

MiRNA 21由单基因编码，在进化过程中高度保守，人类miRNA 21基因位于17号染色体短臂23区2带(17q23.2)区域，该区域也是编码跨膜蛋白49(TMEM49)基因的内含子区域。MiRNA 21拥有自己的启动子区域，且不受其他编码基因区域启动子的影响，只受转录和转录后的调控。成熟miRNA 21的转录首先是在细胞核内由RNA聚合酶Ⅱ转录生成pri-miRNA 21，然后经核酸内切酶Drosha酶加工成pre-miRNA 21，最后被转运到细胞质经Dicer酶剪切为成熟的miRNA 21。成熟的miRNA 21再与Argonatite家族蛋白形成RNA诱导沉默复合体能特异性识别靶基因mRNA 3’ UTR，通过抑制靶基因mRNA的翻译或促进其降解起到转录后水平的负调节作用[7]。MiRNA 21在哺乳动物的各种组织器官中广泛存在[8]，在几乎所有的心血管细胞(包括心肌细胞、心脏成纤维细胞、血管内皮细胞及血管平滑肌细胞)中均有表达。当发生动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)、急性冠脉综合征、心肌肥厚等心血管疾病时，miRNA 21常出现异常表达，并通过其介导的潜在靶基因干预相关心血管疾病的病理生理过程[9]。

2 MicroRNA 21与AS

AS是导致冠心病发生的病理基础，在此基础上进一步加重引起心肌缺血、心肌梗死、心室重构等一系列病理生理改变。近年来临床研究发现，在AS的血管及血浆中miRNA 21表达均升高[10-11]，但有部分学者发现在稳定型冠心病患者血浆中miRNA 21水平较正常对照组低，造成这种差异的原因目前尚不清楚。

有研究指出转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β及其受体[12]作为miRNA 21的直接靶基因在AS中扮演着极其重要的作用。TGF-β是一类多功能多肽类的细胞因子，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型受体是存在于细胞表面的跨膜糖蛋白，在体内，活化的 TGF-β必须要通过其受体介导才能发挥作用。目前的观点认为 TGF-βⅡ型受体(TGF-β receptorⅡ，TGF-βRⅡ)是配体结合特异性的主要决定者，也是AS进程中信号转导的必需受体。尽管直到今天，在心血管领域，关于 TGF-β在 AS 当中到底是起促进作用还是抑制作用的争论仍然存在，但不可否认的是其广泛参与了 AS 的几乎所有方面，所以其一直是AS进程中最重要的调控者之一。在血管内皮方面，TGF-β一方面可以抑制其增殖和迁移，另一方面又可以通过抑制促炎黏附分子的表达来达到抑制炎症细胞在病变处募集的目的；在平滑肌方面，TGF-β被认为通过刺激动脉血管平滑肌细胞分泌蛋白聚糖而加速脂蛋白在血管内膜的沉积进而促进 AS 的进展；而在培养的巨噬细胞当中则发现了其还可以抑制泡沫细胞的形成；关于T淋巴细胞，TGF-β不仅可以通过在转录水平抑制白介素-2、c-myc基因等阻止 T 细胞的增殖，而且可以抑制 Th1细胞和Th2 细胞的分化及产生促 AS 因子γ干扰素；不仅如此，Lutgens等[13-14]就发现 TGF-β通过促进血管平滑肌细胞分泌细胞外基质在维持斑块稳定性方面一样具有重要作用。总之，在 AS 发生发展的整个过程当中，TGF-β都始终扮演着一个极为重要的角色，但不管如何，其要发挥相应的生物学作用都离不开TGF-βRⅡ。所以，结合前文提到 TGF-βRⅡ是 miRNA 21 直接靶基因的观点，认为TGF-βRⅡ有可能也是miRNA 21在AS当中发挥其独特功能的作用对象。

3 MicroRNA 21与急性冠脉综合征

急性冠脉综合征是一组由急性心肌缺血引起的临床综合征，主要包括不稳定型心绞痛、非ST段抬高型心肌梗死、ST段抬高型心肌梗死。急性冠脉综合征的主要病理机制是AS斑块、血小板破裂聚集和血栓形成。其中，不稳定的粥样硬化斑块破裂、糜烂可以导致稳定性冠心病进展为不稳定的急性冠脉综合征。

研究表明，miRNA 21在AS斑块中上调，可能在斑块不稳定中起作用。Wang等[15]的研究表明，可以使用循环miRNA作为预测急性心肌梗死的标志物。Cheng等[16]针对小鼠早期心肌梗死模型进行研究发现，小鼠心肌梗死后6～24 h，梗死区域心肌中miRNA 21显著下调，而梗死交界区域呈明显上调状态。van Rooij等[17]研究了miRNA 21在心肌梗死晚期的表达特点，发现在梗死边缘区miRNA 21也呈高表达，并且进一步通过腺病毒转染的方式发现，miRNA 21过表达可降低心肌梗死面积，由此可见miRNA 21在一定程度上可以抵抗缺血引起的心肌死亡，对心肌梗死有一定的保护作用。Buller等[18-19]通过实验也证实了miRNA 21的这一作用。此外，有研究证实[6]，过表达miRNA 21可以通过调节肿瘤坏死因子-α减少心肌细胞的凋亡及梗死心肌周围胶原沉积，更重要的是miRNA 21还可通过TGF-βRⅡ来极大的激活纤维母细胞增殖分化，促进心肌梗死后心肌组织修复，有效地起到了保护心脏的作用[20]，但目前就miRNA 21如何减少心肌梗死的具体机制还尚未明确。

与心肌缺血梗死一致性结果不同，在缺血再灌注损伤方面， miRNA 21的表达尚有争议。一部分研究认为小鼠在接受缺血再灌注损伤后，在缺血区心肌中miRNA 21表达升高，而另一些研究得到的结果则认为miRNA 21表达是降低的，造成这些差异的原因目前尚不清楚，可能与缺血灌注损伤造模时的方法或miRNA 21收集的时间不同有关。此外miRNA 21还介导了心脏缺血预适应，过表达的miRNA 21可通过PDCD4过程起到预适应心肌保护作用，若在预适应前使用miRNA 21抑制剂，该保护作用可部分取消。

此外，释放基质蛋白酶如来自巨噬细胞的基质金属蛋白酶(MMPs)可能会降解AS斑块的纤维帽导致斑块破裂和不稳定，MMPs是具有降解细胞外基质所有组分能力的内肽酶家族[21]。AS斑块纤维帽中胶原蛋白和其他细胞外基质成分降解的MMP可能导致斑块破裂[22]。细胞外基质体内平衡受MMP的内源性抑制剂的影响[23]。MMP中的一种MMP-9(明胶酶-B)参与胶原基质的降解和重组。MMP-9有两种形式：酶原形式(相对分子质量9.2×104,pro-MMP-9)和活性形式(相对分子质量8.5×104,active-MMP-9)。活化的MMP-9可引起纤维帽变薄和斑块破裂。根据Fan等[24]的研究，miRNA 21可通过抑制靶基因卡马尔基序(RECK)，来促进巨噬细胞中MMP-9的表达和分泌，从而导致斑块不稳定。反向诱导富含半胱氨酸的蛋白质与RECK是膜锚定的MMP抑制剂，已被报道为miRNA 21的直接靶基因[25]。Darabi等[26]研究结果也表明，血清miRNA 21和MMP-9可能是急性冠脉综合征的生物标志物。

4 MicroRNA 21与心肌梗死后心室重构

心室重构是指心肌细胞肥大、凋亡、细胞外基质胶原沉积和纤维化导致心肌细胞和细胞外基质比例失调的过程，因此心肌肥厚和纤维化是心室重构的两个重要病理特征。miRNA 21 可通过影响心肌肥厚、心肌纤维化及心肌细胞凋亡来影响心室重构。

目前对于miRNA 21与心肌肥厚的研究相对较多，无论是在长期给予异丙肾上腺素的大鼠模型[27]，还是在体外的正常小鼠心肌细胞经造模处理后，细胞内miRNA 21的表达水平均升高，并在下调miRNA 21水平后，发现上述刺激引起的心肌肥厚得到缓解。目前大量研究认为miRNA 21是通过下调靶基因Spry1和Spry2来介导心肌肥厚的，但也有实验得出与此相互矛盾的结果，Patrick等[28]研究显示，在敲除miRNA 21后，也不能抑制多种模型所致的心肌肥厚，尽管miRNA 21在心肌肥厚中的调节作用已得到许多证实，然而其内在作用机制仍存在许多争议[29]，还需进一步深入研究阐述。

心肌肥厚的进行性加重除了导致心力衰竭的发生，还会引起心肌纤维化。心脏成纤维细胞主导了心肌纤维化的发生发展，而此过程的主要发起者是TGF-β，miRNA 21可通过调控TGF-β通路诱导成纤维细胞增殖和细胞外基质的合成与沉积，从而促进心肌纤维化的发生，Kumarswamy等[30]通过体内外实验证实了这一过程。此外，最早由Thum研究团队发现，miRNA 21通过抑制靶基因Spry1表达来调控ERK-MAP激酶活性，促进成纤维细胞增殖，并调节心肌胶原蛋白分泌，进而导致心肌纤维化。与Thum团队研究结果不同的是，Roy等发现miRNA 21可以通过调控磷酸酶基因(phosphatase and tensin homolog，PTEN)使MMP-2表达上调，促进梗死区域胶原蛋白代谢，从而诱导心肌纤维化的发生。与此同时，He 等[31]在兔的实验研究中发现miRNA 21还可以通过特定下调Smad7，降低对TGF-β1/Smad信号通路的抑制反馈调节，从而促进心房纤维化和心房颤动的发生。但关于针对心肌梗死后心肌纤维化miRNA 21表达的具体研究尚缺乏，近期有miRNA 21联合miRNA 146a可调节心肌梗死后左室重构的报道[32]，可仍未进一步探讨miRNA 21水平与心肌瘢痕及纤维化程度的关系。

5 结语

大量的临床和基础研究均揭示miRNA 21参与了心血管疾病病理生理过程的多个方面，尤其是在冠心病的病程演变中，有望成为心血管疾病诊断和治疗的新靶点。但是目前关于miRNA 21的研究主要还是集中在其对下游靶基因如TGF-β、MMPs、Smad等基因的调控，而上游对于miRNA 21的表达调控原理和其基因结构仍还需进一步探明。另外，目前关于miRNA 21的研究都是侧重于左心系统，对于右心系统研究相对缺乏。尽管miRNA 21在心血管系统中的作用机制纷繁复杂，目前对于其功能和调控机制尚存在许多争议和问题，但随着研究的不断深入，miRNA 21必将为心血管疾病认知、治疗和干预提供切实的帮助。