硫化氢与microRNA在心力衰竭中的作用

张涛 综述 姚亚丽 审校

(1.兰州大学，甘肃 兰州 730000； 2.兰州大学第一医院心内科，甘肃 兰州 730000)

心力衰竭(心衰)是心血管疾病的终末阶段，被认为是心血管疾病领域尚未攻克的堡垒，作为各种心脏疾病的结局和主要死亡原因，尽管这些年来，在治疗方面取得了很大进展，但患病率和死亡人数仍居高不下。国外近10年主要心血管病如冠心病死亡率呈下降趋势，与此同时心衰的发生率反呈上升趋势，国内近些年各地资料也显示中国心衰的患病率显著增加，目前5年病死率仍达60%～80%[1]。因此，需要更多的研究途径和诊治靶点，而硫化氢(H2S)和microRNA(miRNA)是近些年心衰领域研究的新方向，对两者的相关研究有望为心衰的临床诊治提供新的手段。

1 H2S

H2S以往被认为是一种有毒气体，但研究发现生理量的H2S具有广泛的生物学效应，是被发现的体内第三种气体信号分子，内源性H2S主要由半胱氨酸和同型半胱氨酸在胱硫醚-β-合成酶、胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)及3-巯基丙酮酸硫转移酶三种关键酶的催化作用下生成[2]。研究发现，哺乳动物体内产生的内源性H2S具有抗细胞坏死、抗凋亡、抗氧化应激、抗炎症反应、抗心肌纤维化、抑制心肌肥大等诸多作用，可以促进血管再生，保护缺血再灌注损伤中线粒体的功能，对离子通道、血管内皮细胞、平滑肌细胞等均有调节作用，而提供外源性的H2S，在动物模型中表现出了治疗心衰的潜在作用[3-7]。一些临床试验也发现，心衰患者存在血浆中H2S水平的变化，这些患者血浆中H2S水平明显低于正常人，且与心功能分级、N末端脑钠肽以及N末端脑钠肽前体等呈负相关[8-10]。

2 miRNA

miRNA是一类长度约为21个核苷酸的非编码单链RNA分子，在体内通过与蛋白质编码基因的miRNA的3’UTR区域部分互补结合控制翻译、降解、定位等过程，实现在转录后水平精密调控基因的表达[11-12]。miRNA参与多种细胞过程，包括细胞增殖的调节、应激反应、炎症反应和细胞凋亡等，而氧化应激、细胞凋亡以及炎症反应均是心衰发生和发展的重要环节[13]，在心血管疾病领域，已有许多miRNA被发现参与了心衰的发生和发展[14-17]。Tijsen等[18]发现miR423-5p在心衰患者中呈高表达，并且比其他心肌标志物具有更好的灵敏度和特异度。Qiang等[19]发现，多种miRNA在心衰患者体内的表达水平各不相同，其中miRNA-126低表达以及miRNA-508-5p高表达对患者的预后不利。Greco等[20]研究糖尿病心衰和非糖尿病心衰患者之间miRNA表达谱时，发现两组患者之间miRNA的表达水平不同，其中miRNA-216a在两组中均明显升高，而在糖尿病心衰患者心肌细胞中，miRNA-34b、miRNA-34c、miRNA-199b、miRNA-210、miR-650以及miRNA-223的表达水平高于对照组。这些研究说明，心衰患者心肌细胞中不仅存在miRNA含量的变化，并且在伴随不同疾病时，各miRNA的表达水平也不尽相同。

3 H2S和miRNA在心衰发生发展中的作用

研究发现，H2S可降低高血压大鼠的血浆肾素活性，通过抑制肾素释放和血管紧张素转化酶活性使血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)生成减少，对肾素-血管紧张素-醛固酮系统这一心衰过程中重要的神经体液机制进行调节，达到抑制心肌肥厚的作用[21-22]，而Cheng等[23]以及Tatsuguchi等[24]发现，在AngⅡ或去氧肾上腺素诱导下发生肥大的心肌细胞中，可见miRNA-21水平显著上调，并显示出抑制心肌细胞肥大的作用。H2S与miRNA-21最终都是通过抑制心肌肥厚这一心衰的重要病理生理改变，来达到改善心衰的作用，那么，H2S是否通过上调miRNA-21水平，起到改善心肌肥厚的作用就值得进一步研究。

心衰过程常伴有心肌细胞的凋亡。B细胞淋巴瘤/白血病-2基因(Bcl-2)是一种癌基因，它具有抑制凋亡的作用，Zhou 等[25]发现，H2S通过上调心肌细胞中Bcl-2基因的表达，发挥抗心肌细胞凋亡的作用。而另一研究发现，在缺血再灌注损伤时Bcl-2的表达下调，而上调miRNA-1的表达，miRNA-1则通过上调H2S的含量，促进Bcl-2表达上调，miR-1很可能是H2S的重要调节器[26]。

心衰的另一重要病理生理改变是心肌纤维化，在应用AngⅡ诱导心肌纤维化建立的心衰模型中， 给予H2S供体硫氢化钠(NaHS)后，显示出抑制 AngⅡ诱导的α-平滑肌肌动蛋白、结缔组织生长因子(CTGF)和Ⅰ型胶原蛋白表达的作用[27]，而CTGF是促纤维化的重要调控因子。另一研究显示，在动物心脏病和人左心室肥大模型中，miRNA-133和miRNA-30 的表达下调，对CTGF的翻译抑制减弱，促进胶原合成，导致心脏纤维化的发生，两者的表达水平直接影响心肌纤维化的程度[28]。这提示H2S可能是通过上调miRNA-133和miRNA-30的水平，来达到抑制CTGF的表达的作用，从而发挥延缓心肌纤维化的功能。

上述研究提示H2S与miRNA之间可能存在着相互调节关系，它们的这种关系可能在心衰的病理生理学中发挥重要作用，为进一步研究H2S和miRNA在心衰中的作用机制提供一条新的路径，是一个比较新的研究领域。

3.1 miRNA对H2S生物合成的调节

新近的一些研究发现，miRNA对H2S的生物合成起调节作用，miRNA可以通过调控CSE的基因表达来控制H2S的合成。实验证实，在小鼠心肌梗死的周边区域，miRNA-30家族成员水平上调抑制了CSE的表达，而抑制miRNA-30家族的过度表达可增加CSE的含量，从而增加H2S的生成，达到保护小鼠心肌细胞的作用[29]。Wang 等[30]发现，雌激素通过与雌激素受体α的结合来调控特异性蛋白-1的转录，特异性蛋白-1直接结合到CSE的启动子区，从而上调 CSE转录和H2S的生物合成，实验去除大鼠卵巢后，miRNA-22的表达上调，而miRNA-22可同时作用于雌激素受体α及特异性蛋白-1，抑制CSE和H2S的生物合成。以上研究表明，miRNA通过控制内源性H2S的生成发挥抗心衰的作用。

3.2 H2S对miRNA的调节

进一步研究发现，H2S也可以对miRNA的表达进行调控。使用NaHS(100 μmol/L)对新生大鼠进行治疗发现，它可以上调新生大鼠心肌细胞中心肌保护性miRNA-133a的表达水平，从而抑制苯肾上腺素诱导的心肌细胞肥大，使用miR-133a抑制剂可以部分减弱NaHS的抗心肌肥厚作用，实验表明H2S上调miRNA-133a水平和抑制细胞内活性氧的增加，可能是H2S抑制心肌肥厚的机制[31]。此外，Kesherwani等[7]发现，用外源性H2S供体硫化钠(30 μmol/L)对小鼠进行治疗，可升高其miRNA-133a水平，从而抑制同型半胱氨酸血症诱导的心肌肥大。Kang等[32]发现，给予40 μmol/L的 NaHS预处理原代培养新生大鼠心肌细胞，发现H2S可降低大鼠心肌细胞缺血再灌注损伤后miRNA-455的表达水平，miRNA-455增加内质网应激介导的心肌细胞凋亡，高表达的miRNA-455降低了H2S的心肌保护作用，下调miRNA-455可减少内质网应激介导的心肌细胞凋亡，提示miRNA-455可能参与内质网应激介导心肌细胞凋亡信号通路的调节，以上发现提示，H2S在心衰发生和发展中的作用是通过调控miRNA的表达来实现的。

4 相关临床研究

临床研究需要找到安全、耐受性好以及血药浓度稳定的外源性H2S供体。新近的一项研究发现，给予新型外源性H2S供体药物SG1002后，心衰患者(n=8)及正常组受试者(n=7)中H2S含量均增加，并且安全及耐受性较好，同时显示出稳定的血药浓度，目前I期临床研究已完成，但需要更大规模的临床研究[33]。此外，一些研究发现，H2S供体型非甾体抗炎药，可以通过体内代谢生成H2S来减少传统非甾体类抗炎药的心血管副作用，这些目前仍处于临床前研究阶段。而miRNA-208、miRNA-499和miRNA-195在心血管疾病中的作用也已进入临床前研究阶段，miRNA和miRNA抑制剂相关疗法还需进一步研究[34]。

5 展望

心衰的诊治较以前有了长足的发展，但现状和预后仍不容乐观。对H2S与miRNA之间这种调节关系的进一步研究，有望从转录后水平这一新角度，对H2S和miRNA在心衰中的变化及作用机制进行解释，使两者成为新的生物学标志物以及治疗靶点。目前这一领域存在很多空白，比如miRNA是否参与胱硫醚-β-合成酶和3-巯基丙酮酸硫转移酶表达还不明确，未来还需要更多研究来阐明H2S与miRNA之间这一复杂的关系网络，通过基础研究带动临床研究，为H2S及miRNA相关药物的研发，以及真正应用到临床治疗心衰打下坚实的基础，以期改善心衰的预后和减轻这种疾病带来的社会负担。