MicroRNA-1与心律失常的关系研究进展

吴美霞 综述 钟江华 审校

(中南大学湘雅医学院附属海口医院心血管内科，海南海口570208)

微小RNA(miRNA)是一类非编码的小RNA分子，在多种生物中对调节基因的表达有重要作用。他们通常与多种靶信使 RNA(messenger RNA,mRNA)的3’非翻译区以碱基互补配对的方式结合，抑制靶信使的降解或翻译，从而在基因表达中起负性调节作用[1]。因此一个miRNA可调控多种靶基因的表达，影响细胞信号传导途径中关键成分，从而影响细胞的生长及发育。MicroRNA-1(miR-1)是miRNA众多亚基中的一员。miR-1在全身都有表达，但其主要在心肌细胞中特异表达，目前发现其与心力衰竭、心肌梗死、恶性心律失常息息相关，而恶性心律失常往往是造成心脏猝死的重要原因。有研究证明，miR-1在早期心肌分化中发挥作用，它可以通过抑制心肌细胞上的缝隙连接蛋白43(connexin 43,Cx43)的表达，而促发心律失常。 同时miR-1过度表达还可以导致钙离子超载，引发心律失常[2-5]。

1 miR-1与室性心律失常的关系及机制

室性心律失常是心血管常见疾病，心力衰竭、心肌梗死等疾病都会发生室性心律失常，而其终末期更加严重，因其死亡率高，该病一直是临床研究的重点。近年来 Ozaydin等[6]在333例诊断为特发性室性心律失常的患者随访中发现，有17例患者死亡，167例患者出现了室性心律失常的复发。 同时在20项研究中(10项前瞻性和10项回顾性)报告了室性心律失常复发的数据： 在平均5.3年的随访中，有167例患者(31%)在诊断为特发性室性心律失常后出现室性心律失常复发。

室性心律失常有很高的发病率及死亡率,尽管如此，其机制尚不是十分清楚。SERCA2a蛋白是心脏中钙通道信号的调节因子[7]。Karakikes 等[8]研究证明miR-1与室性心律失常存在相关性。将miR-1注入小鼠心力衰竭模型观察7周后，miR-1可以逆转心肌肥厚，从而减少心律失常的发生。与对照组比较，实验组测得的心室壁厚度及心室腔尺寸大小均减少，且其收缩性、舒张参数也逐渐正常化。 同时在实验组中 SERCA2a蛋白水平比对照组下降50%，这可能是 miR-1通过改变SERCA2a蛋白表达水平及活性来影响钙循环,从而造成室性心律失常。

Cx43蛋白主要存在于心室肌细胞中，是心肌的缝隙连接通道，促进相邻细胞之间动作电位快速传输从而兴奋心肌，其表达异常会影响各种室性心律失常的发生[9-10]。有动物实验证明miR-1通过调节Cx43蛋白来参与室性心律失常。Yang等[11]将miR-1导入正常或心肌梗死大鼠心肌后，发现miR-1通过抑制连接蛋白Cx43蛋白和钾离子通道蛋白的表达从而加快传导时间和去极化膜电位，造成QRS波群增宽和长QT间期，而其阻滞剂可以逆转这种现象。 Bian等[12]在小鼠缺血再灌注模型中发现miR-1的表达水平在缺血后处理(Ipost)组最低，其再灌注心律失常评分、发生室性快速心律失常概率及持续时间也最低，而缺血再灌注组与Ipost组相反。应用miR-1模拟剂后能改善缺血再灌注组上述现象。由此可见miR-1过度表达可能造成室性快速心律失常的发生。另外在该实验中发现Cx43蛋白的表达水平最低，其次为对照组，最高为Ipost组。而加入miR-1模拟剂后能使Cx43蛋白表达增加，但并不能达到Ipost组的表达水平。由此可得，miR-1可能通过调节Cx43蛋白的表达来参与室性心律失常的发生[12-13]。Curcio等[14]在建立小鼠心脏肥厚模型12周后，发现在大鼠高血压左室肥厚组,miR-1表达水平显著减少且Cx43蛋白的表达水平和丝裂原活化蛋白激酶1/2(ERK1/2)磷酸化水平增加。而在心肌肥厚中ERK1/2的活性增加，会反过来过度磷酸化Cx43蛋白。在加入异丙肾上腺素后，通过心肌内注射腺病毒载体使miR-1在体内过度表达，减少了Cx43蛋白的表达和磷酸化。在肥厚组加入血管紧张素Ⅱ1型受体(AT1R)阻滞剂后，通过上调miR-1的表达和抑制肥大性心肌细胞中ERK1/2表达水平，从而减少了Cx43蛋白。随着高血压左室肥厚的发展，出现室性心律失常及心功能不全等现象，这些可被AT1R阻滞剂逆转。由此可见AT1R阻滞剂能抑制miR-1的下调以及维持Cx43蛋白在缝隙链接的稳定性,这暗示在小鼠高血压肥厚性心脏中,miR-1通过抑制ERK1/2的活性而使Cx43蛋白增加，从而发生心律失常，但AT1R阻滞剂似乎可以阻止这一现象的发生,这为临床治疗提供了新的方向。

Terentyev等[4]利用腺病毒介导 miR-1导入小鼠心肌细胞中培养36～48 h后,发现了一种新的潜在的miR-1靶基因，即蛋白磷酸酶2A调节亚基 B56α。miR-1通过抑制该靶mRNA的翻译，导致钙调素依赖性蛋白激酶(CaMKⅡ)依赖的兰尼碱受体(RyR2)磷酸化，增强 RyR2的活性,刺激钙电流以及肌质网钙离子释放从而发生心律失常。在与异丙肾上腺素组相比较,miR-1与异丙肾上腺素通过相同的信号途径导致靶蛋白包括 L型钙通道和RyR2磷酸化。

STX6为可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体家族的成员，STX6已被发现参与细胞内胆固醇输出的过程[15]。 MiR-1过高的表达导致STX6减少，敲除内源性miR-1导致STX6表达水平增加，提示miR-1负性调控STX6的表达。Su等[5]在研究小鼠心肌梗死模型中发现，STX6是miR-1的靶基因。 miR-1表达的增高会导致细胞内Ca2+失衡，在敲除STX6后同样会损伤心肌细胞内钙系统，而将STX6输注到心肌细胞中，逆转了miR-1的过高表达，并降低了缺氧造成的心律失常等不良影响。这可能暗示miR-1是通过直接调节STX6来调节 Cav1.2，然后参与小鼠心律失常的发生。

2 miR-1与心房颤动

随着心房颤动不断被重视,近年来发现心房颤动的发生与miR-1密切相关。 Lu等[16]将心房颤动患者的miRNA血清注入小鼠心脏后，发现 miR-1表达降低,并且加入miR-1特异性反义寡聚核苷酸(anti-miR NA-1 oligonucleotides,AMO-1)后使钙离子门控通道蛋白升高。由此得出miR-1可能是通过抑制钙离子门控通道蛋白来预防心房颤动。 另外Li等[17]在建立犬心房起搏模型10周后，发现超极化激活环核苷酸门控通道(HCN)4在肺静脉处通过产生电流而使心房持续快速起搏，这也可能是心房颤动的机制之一。 而Li等[18]在临床试验中发现，HCN4在老年心房颤动组中最高，其次为老年组，最低为青年组，而miR-1在老年心房颤动组最低，老年组较高，青年组最高。miR-1和 HCN4之间的这种负相关关系表明,随着年龄的增加,miR-1的表达下调导致 HCN4表达的上调。由此可见miR-1可能通过减少HCN4在肺静脉处产生的电流，来减少心房颤动的发生。

3 miR-1与室上性心动过速

室上性心律失常发生率越来越高，无论在成年人还是小儿。目前有研究发现miR-1可作为评价室上性心动过速的一个特异性参数。Sun等[19]在采用聚合酶链式反应技术检测小儿心动过速患者循环血中 miR-1的表达水平时，发现miR-1表达水平在室上性心动过速患者中降低。 最近Jia等[20]在研究家兔心房快速起搏模型1周后发现，miR-1表达水平比原来增加了1.6倍，并且作用于钾电压门控通道亚族E成员1(KCNE1)和 钾电压门控通道亚族B成员2(KCNB2)，二者之间呈负相关关系。随着靶基因表达水平的下降，心房有效不应期显著缩短以及延迟整流钾通道(IKs)大大增强。而加入了miR-1模拟剂后，KCNE1和KCNB2表达下降更为明显。将AMO-1导入后能逆转 miR-1上调的49%,并且能分别恢复 KCNE1和 KCNB2的表达水平1.2倍和1.7倍。此外，AMO-1同样能恢复心房有效不应期及IKs。综上所述，miR-1通过调节KCNE1和KCNB2的表达来缩短心房有效不应期及增强IKs来参与室上性心律失常的发生，这可能是其机制之一。

4 miR-1与房室传导阻滞

房室传导阻滞(AVB)也是临床上常见的心律失常，尤其在心肌梗死等疾病中发病率较高。AVB患者往往伴随着较高的住院并发症及死亡率。 在心肌梗死中，不同部位的冠状动脉闭塞会影响心脏传导系统，从而导致各种传导阻滞。传导阻滞通常反映心肌的广泛损伤，在345例心肌梗死患者中发生在房室结以上的AVB有28例(8.1%),主要发生在下壁心肌梗死。 束支传导阻滞有32例(9.2%)，多数位于前壁心肌梗死[21]。有数据发现AVB的发生率在小鼠的转miR-1基因模型中显著高于野生型小鼠，而钙离子电流峰值、钾离子电流密度、Cx43蛋白的表达均比野生型小鼠低。LNA基因修饰后的miR-1抑制剂能逆转上述变化。miR-1可能通过调节几个重要的离子通道引起AVB并抑制Cx43蛋白的表达，随后减小钙离子I/L通道密度,影响细胞内钙的稳定性，这可能是造成AVB的机制之一[22]。也有研究证明，miR-1通过调节CaMKⅡ来影响心脏传导。在小鼠心肌细胞中 miR-1的过表达增加了CaMKⅡ依赖的RyR2磷酸化，而在家兔心肌缺血模型中用 KN93试剂封锁 CaMKⅡ通道后，右心室流出道传导减慢，并且这种作用具有浓度依赖性[4，23]。综上所述，miR-1可能参与了AVB的发生发展，而调节miR-1的表达可能是预防或治疗AVB的靶目标。

5 miR-1与病毒性心肌炎相关心律失常

病毒性心肌炎的主要特点是心肌的炎性浸润和细胞坏死，随着病毒的侵染，心肌损害加重。 它是心血管疾病中最具挑战性的问题之一，它可导致心力衰竭或心律失常，并导致青年健康人突然意外死亡。 据2009年数据统计，日本地区患者诊断为病毒性心肌炎后可能有50%死亡[24]。Xu等[25]研究证实：在病毒性心肌炎小鼠模型中,miR-1的表达水平明显比对照组高，而 Cx43蛋白的表达水平明显减少，这说明在病毒性心肌炎小鼠模型中二者存在负相关关系。 这暗示了miR-1 通过抑制Cx43蛋白的表达参与病毒性心肌炎的过程，并可能为本病治疗提供一个新方法。进一步的研究发现在心肌炎组的小鼠模型中，miR-1、心肌组织钾离子通道基因 Kcnd2、 Kcnj2的mRNA表达水平比正常对照组降低且Cav1.2表达水平比正常对照组增高,而加入 miR-1类似物后可以逆转上述表达，由此可见 miR-1可能通过调控心肌炎心肌细胞钾离子和钙离子亚单位基因和Cx43蛋白的表达来参与心律失常的发生[26]。

6 miR-1 与 长QT综合征

长QT综合征(LQTS)是一种遗传性心脏病，主要是心室复极延长，这是心脏离子通道紊乱的结果，其特点是 QT间期延长、T波异常、晕厥发作、尖端扭转型室性心动过速和猝死的危险性增加。Pérez-Riera等[27-28]研究发现敲除单个miR-1/133a集群后，小鼠心脏无论是胚胎期还是成年期，其发育并无缺陷，心脏的室壁和室间隔厚度也明显变化。而在敲除单一基因后，在低心率组中小鼠出现短暂的QT间期延长，且不会发生致死性的尖端扭转型心律失常。此外利用β肾上腺素的刺激敲除miR-1/133a基因小鼠后，可以诱发更强的钙离子电流。由此也证明增强的钙离子通道延长了心脏的复极，从而造成QT间期延长。由此可见，miR-1/133a基因可通过β肾上腺素刺激钙离子电流，延长心脏复极，从而造成QT间期延长。也有相关研究结果表明，在miR-1及miR-133a集群中基因序列变异并未造成LQTS[29]。所以目前关于miR-1对LQTS的影响还不是很清楚，还有待进一步研究，但也为探讨LQTS的机制提供了一个视角。

7 药物与miR-1及心律失常

目前对抗心律失常的研究越来越多，其研究领域也不再单一研究传统的抗心律失常药物。有研究发现丹皮酚能显著改善缺血性心律失常，且能下调miR-1在心脏内的表达[30]。并且通过研究螺内酯对心肌梗死后缺血性心肌的影响，发现螺内酯会影响心肌中 miR-1的表达,而上调的 miR-1在转录后水平部分抑制了HCN蛋白的表达[31]。 此外，通过对稳心颗粒的研究，发现在心肌缺血的病理状态下，心肌的 miR-1表达上调，而上调的 miR-1通过抑制 Cx43蛋白的表达而造成心律失常的发生[32]。Liu等[33]证实了可溶性环氧化物水解酶抑制剂可能通过下调 miR-1的表达，进而使小鼠心肌细胞中 Cx43蛋白的表达升高，从而改善缺血性心律失常。 还有研究结果表明六溴环十二烷能抑制 miR-1的表达，并调控其靶基因,从而影响心肌肥厚，另一方面六溴环十二烷也通过其靶基因负性调节 miR-1，影响钾离子通道及导致内质网内 Ca2+超载,从而造成心律失常[34]。 目前研究可以发现，上述药物对心律失常起到了重大作用，为心律失常的临床治疗提供了一个新的方向。

8 小结与展望

miR-1作为miRNA中的一种表型，在心脏中发挥着重要作用。 目前其在心律失常方面的研究已有初步了解，它与心律失常存在直接或间接关系，并通过多种信号途径来发挥作用。 目前对心律失常的治疗引起了越来越多的重视，大量的研究表明使用转染miR-1技术及miR-1模拟剂导入技术来调节miR-1表达量而调控其靶蛋白的表达，最终改善心律失常。此类技术的应用提示miR-1可作为抗心律失常的直接靶点，但如何高效靶向导入载体尚需进一步研究。