microRNA-181b对心血管疾病的调控作用及机制的研究进展

祁 缘 荆 黎

(1.首都医科大学基础医学院 2016级临床医学专业，北京 100069；2.首都医科大学公共卫生学院， 北京 100069)

microRNA-181 (miR-181)是典型的具有内含子性质的非编码RNA分子家族，其亚型包括miR-181a、miR-181b、 miR-181c和miR-181d，它们通过靶向作用于mRNA的3′UTR端(从编码区末端的终止密码子延伸至多聚 A 尾巴的末端)，抑制mRNA的翻译，从而调节转录后的基因表达[1]，参与多种生物学过程。其靶基因主要参与调控细胞增生[2]、炎性反应[3]及细胞修复[4]等生物学相关过程。其中miR-181b是miR-181家族在心血管细胞中的主要表达亚型[5]。miR-181b的异常表达可通过调节心血管组织细胞中的细胞因子、蛋白酶以及相关受体的基因表达，进而调控心血管系统的生理状态及炎性反应，参与高血压、主动脉瓣膜病、心肌病、心肌炎等心血管疾病的病理生理过程。

1 miR-181b与高血压

高血压是一种主要的心血管疾病，为众多心血管疾病发病的独立危险因素，是指以体循环动脉血压收缩压≥140 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，舒张压≥90 mmHg为主要特征，可伴有心、脑、肾等器官的功能或器质性损害的临床综合征。可能的发生发展机制包括血管内皮细胞凋亡、血管弹性降低及血管炎性反应[6]。miR-181b可靶向作用于相关基因，参与血管内皮细胞和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)结构与功能改变，负向调节高血压的发生和发展。

妊娠期高血压(hypertensive disorder complicating pregnancy， HDCP)是产科常见的合并症，严重威胁孕妇、胎儿健康，是造成孕产妇或围生儿死亡及胎儿生长受限的重要原因。Gao等[7]提出，HDCP患者外周血中miR-181b表达呈显著下降趋势，并且miR-181b的表达与高血压等级呈负相关，HDCP可导致血管内皮细胞的凋亡，还可诱导外周血中靶向金属蛋白酶组织抑制剂-3(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-3，TIMP-3)的表达，TIMP-3可参与调控细胞周期，促进血管内皮细胞凋亡和自噬[8]。通过转染miR-181b的大鼠血管内皮细胞进行蛋白质印迹分析，证实过表达miR-181b可通过靶向调控TIMP-3基因的表达进而降低血管内皮和细胞凋亡率[7]，反映出miR-181b在调节HDCP的发生、发展上发挥了重要作用。

中老年为高血压疾病的主要发病群体，血压升高可诱发心肌梗死、心力衰竭、卒中，是老年人致残致死的主要原因之一， 严重威胁老年人的健康。有研究[3]表明，老年小鼠的主动脉中miR-181b表达显著降低，并且敲除老年小鼠VSCMs模型中 miR-181b的表达能抑制转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)的表达。荧光素酶报告基因测定证实miR-181b可通过靶向主动脉VSMC中的TGF-β的3′-UTR端阻遏其表达，而TGF-β表达的升高可导致主动脉VSMCs弹性降低甚至破裂[3]。因此，推测miR-181b可通过靶向抑制TGF-β的表达进而在高血压介导的血管损伤中发挥保护作用。研究白藜芦醇降血压作用的实验[9]显示，白藜芦醇给药组高血压男性患者外周血中miR-181b表达上调，这说明miR-181b可能在白芦藜醇降血压过程中发挥着重要的作用，但是其机制还有待进一步研究。

上述实验提示，通过诱导血管内皮细胞miR-181b的表达，可抑制TIMP-3、TGF-β等细胞因子的分泌，能调节主动脉血管壁在高血压中的弹性降低现象、损伤及炎性反应，成为对症治疗高血压的新策略。

2 miR-181b与动脉粥样硬化(atherosclerosis， AS)

AS是一种动脉管壁的进展性炎性反应。目前认为，异常的脂质代谢引发动脉管壁上脂质沉积和炎性反应，可形成粥样斑块及血管损伤，导致AS的发生[10]。AS可累及心、脑、肾等全身各器官，且与糖尿病、高血压等疾病密切相关，是导致心血管疾病的风险因素之一。AS后期血管组织修复过程主要伴随血管内皮细胞及平滑肌细胞的增生[11]。有研究[12]表明，miR-181b在AS患者的血清中表达上升，提示miR-181b可能参与了动脉粥样硬化的发生发展过程。

miR-181b可通过调控炎性相关因子的表达，阻碍炎性细胞的聚集和动脉粥样斑块形成。动物实验研究[12]显示，在载脂蛋白E缺陷的主动脉内膜细胞中miR-181b与输入蛋白-α3(importin-α3，IPO-α3)以及小鼠颈动脉内皮细胞中caspase募集结构域蛋白10(caspase recruitment domain family member 10， card 10)[13]的表达均呈负相关，同时Deng等[14]的研究进一步证实上述蛋白的低表达，可特异性下调核因子-κΒ(nuclear factor-kappa Β， NF-κΒ)核转位作用，进而导致白细胞介素-6(interleukin-6， IL-6)、 IL-8、 肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的失活，诱导型一氧化氮合酶、细胞黏附分子-1、人血管内皮细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、环氧化酶2(cyclooxygenase，COX-2)、E选择蛋白等细胞因子的表达的下调[5，15-16]，从而抑制炎性反应的发生[17-18]。Cervigne等[19]和Iliopoulos等[20]提出NF-κB可通过激活IL-6依赖的STAT通路，实现促进miR-181b的转录作用，降低炎性反应，说明miR-181b与NF-κB之间存在着NF-κB/IL-6/STAT/miR-181b调节环路。NF-κB与miR-181b相互作用，可调节动脉粥样硬化时血管内皮的炎性反应，提示miR-181b在动脉粥样硬化中发挥保护作用。此外，Sun等[12]通过对比白细胞与血管内皮细胞(vascular endothelia cells，VEC)发现，在VEC中miR-181b对NF-κB通路的抑制效应较其他组织更明显。miR-181b除抑制IL-6等细胞因子的活性外，还可通过降低forkhead转录因子FoxO的活性，抑制白细胞和巨噬细胞的转化[21]，提示 miR-181b可通过抑制免疫细胞的转化，进而抑制免疫细胞在炎性反应中的聚集现象，发挥抗炎作用。

miR-181b还被认为是动脉粥样硬化发生过程中，内皮功能及炎性反应之间的调节纽带，参与维持血管壁的弹性及完整[12]。miR-181b为血管内皮和血管平滑肌的主要调节因子，可诱导VSMC和VEC的增生分化，促进组织修复[22]。Li等[23]发现，细胞转染miR-181b后，p21和p27表达降低，促进VSMCs和VEC的增生，发挥动脉粥样硬化血管的修复作用。细胞模型显示，p21和p27表达增加能明显提高细胞周期激活剂周期蛋白依赖性激酶-4(cyclin-dependent kinases-4， CDK-4)和G1/S特异性周期蛋白D1的表达，调节细胞周期S期检测点和G2/M期检测点进行，并且可激活PI3K和MAPK信号通路，促进VSMCs的增生。该机制的发现可为修复AS血管损伤提供新的治疗策略。另外，Sun等[21]通过肥胖小鼠模型静脉导入miR-181b，发现胰岛素介导的Akt磷酸化增强，通过细胞学和基因学分析显示miR-181b可通过作用于PHLPP2，增加Akt和内皮型NO合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)的磷酸化，这种作用可减少内皮功能障碍，发挥扩张血管的作用；Lin等[13]在一项关于血管炎性反应的研究中指出，miR-181b可抑制Card-10的表达，并显著降低体内血栓的形成及血管堵塞现象；此外，Sun等[12]提出miR-181b可抑制IPOA-3α的表达，阻碍AS斑块的形成；同时，Di Gregoli等[24]通过小鼠动脉粥样硬化模型研究也指出miR-181b具有抑制病变组织中TIMP-3和基质金属蛋白酶-12(matrix metalloproteinase-12，MMP-12)等金属蛋白酶表达的作用，可扩张血管并稳定动脉粥样硬化斑块。由于AS的形成与血管收缩、血栓形成和斑块的不稳定相关，因而以上研究表明miR-181b在抑制AS的进展中发挥重要作用。

冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary atherosclerotic heart disease，CHD)是AS中威胁人类健康最严重的疾病，其主要是由于血脂异常、血管内皮炎性反应等多种病理因素造成的冠状动脉管腔狭窄而引发的疾病。miR-181b作为细胞因子和基因表达的调节因子，可参与影响冠状动脉粥样硬化的过程。miR-181b可通过调节相关病理因素，预防和抑制CHD的发生和发展。动物模型的研究较为成熟，研究者在高脂肪喂养的超重大鼠模型[25-26]中发现， miR-181b的过量表达与大鼠体质量的下降呈正相关，由于超重肥胖为CHD发病危险因素之一，表明miR-181b可降低CHD发病风险。同时，Guo等[27]由于发现在60岁以上CHD群体中 CDKN2BAS(lncRNA ANRIL)的过表达与miR-181b的低表达呈正相关，便建立各种因素如吸烟、高血压等引发的CHD小鼠模型，发现外周血中ANRIL的表达上升，同时高表达的ANRIL还显著降低miR-181b的表达，并诱导细胞外基质中炎性反应相关因子，如IL-6、IL-8等的分泌。由于miR-181b对NF-κB存在直接调节作用，抑制IL-6等细胞因子的表达，提示ANRIL可通过ANRIL/miR-181b/NF-κB轴诱发动脉粥样硬化，miR-181b和NF-κB信号传导的联合作用可以帮助进一步治疗和诊断CHD。另外，Carlos等[28]提出，在CHD患者血浆中，细胞因子TNF-α的高表达可诱导miR-181b表达。同时过表达miR-181b可反向抑制TNF-α的表达，而后者则是与CHD的发展密切相关的细胞因子，包括促进人冠状动脉皮内细胞(human coronary artery endothelial cells,HCAECs)的活性、白细胞附着，证实miR-181b在CHD中发挥保护作用。因此，miR-181b的高表达可能作为CHD的检测指标之一，但是关于miR-181b在CHD危险因素的预防及其治疗中的价值仍需广泛深入的研究。

3 miR-181b与主动脉瓣膜病(calcified aortic valve disease， CAVD)

CAVD是一种主动脉瓣膜纤维钙化重塑的流行性心血管疾病。主动脉瓣的纤维化和钙化逐渐导致主动脉瓣狭窄，进而引发一系列临床症状，包括肺淤血等。其发病的主要危险因素包括年龄、高血压、糖尿病等[29]。动脉瓣膜钙化可引发早期炎性反应，进而发展为CAVD，导致心律失常甚至猝死。Heath等[30]的研究表明，人类钙化主动脉瓣膜组织中，miR-181b可在VEC中大量表达，通过抑制TIMP-3表达， MMP的表达明显上升，同时出现主动脉瓣膜硬化及钙化加重现象。MMPs可参与调控细胞外基质重塑，介导细胞降解并且参与白细胞浸润[31]，说明miR-181b可通过TIMP-3/MMP途径促进CAVD的进展。有趣的是，上文提及的研究[7，24]表明，miR-181b对TIMP-3的抑制作用可抑制血管内皮细胞的凋亡及炎性反应，负向调节高血压和AS病理反应。过表达miR-181b对TIMP-3的抑制作用在血管内皮细胞和主动脉瓣膜组织中产生了抑制和促进凋亡及炎性反应的矛盾作用。这可能与不同组织及刺激条件有关，血管内皮细胞为单层扁平上皮，易因直接与外界物理、化学或生物因子接触而受损，心脏瓣膜组织则内部为致密结缔组织，易因感染而引发的炎性反应诱导胶原纤维增生及钙盐沉积发生，两者损伤机制并不相同。现今对于miR-181b定位调控TIMP-3与CAVD的复杂作用机制尚不完善，miR-181b对TIMP-3的抑制作用在心血管疾病的病理损伤中发挥病理损伤作用还是保护作用仍待进一步研究。

4 miR-181b与心肌纤维化

心肌纤维化是指心肌细胞凋亡及心肌组织被成纤维细胞代替的过程，心肌纤维化可导致心室壁收缩力减弱及电传导异常，是心脏疾病常见的病理过程。有研究[32-33]表明：低浓度(100 nmol/L)的血管紧张素Ⅱ即可诱导miR-181b表达的下调，促进心肌细胞纤维化程度的增强。血管紧张素Ⅱ是导致心肌纤维化的主要危险因素，通过刺激细胞增生和细胞因子TIMP-3的分泌从而促进成纤维细胞的生成。同时血管紧张素Ⅱ已被证实可通过MAPK信号通路作用于心肌细胞，并且有研究[34-35]显示，miR-181b可通过靶向MAPK信号通路，抑制TIMP-3的分泌，进而负向调节成纤维细胞的分化及间质的合成，抑制胶原纤维的紊乱排列。此外，敲低miR-181b表达可抑制与心肌细胞纤维化相关的细胞因子TGF-β表达的下降[34-35]，而过表达miR-181b则进一步抑制TGF-β的表达[2]。以上两种结果为miR-181b参与抑制心肌纤维化修复现象提供依据。同样是对细胞修复的研究[2，34-35]，过表达的miR-181b产生了促进VEC修复和抑制心肌细胞纤维化修复的矛盾作用。这可能是由于心肌的纤维化修复主要是形成瘢痕组织，降低心肌细胞的顺应性；而VEC属于上皮细胞，其修复过程属细胞再生过程，修复后组织可恢复正常功能。因而，miR-181b虽负向调节心肌细胞的修复过程，却依旧发挥组织保护功能。

5 miR-181b与心肌肥厚

左右心室心肌肥大是多种心血管疾病的病理结局，其主要特征是细胞体积增大、蛋白合成增加及胚胎型基因表达上调，是心肌细胞对心脏负荷增加的适应性代偿反应，并最终会导致心力衰竭甚至猝死[36]。多种不同的心血管疾病，如高血压、瓣膜病、甲状腺功能亢进心脏病等，都可导致心肌肥厚的产生。

Zhong等[37]的研究显示，在人类心肌肥厚患者的外周血中，miR-181b的表达表现出上升趋势，这说明miR-181b可能在心肌肥厚的发生发展过程中反应性增加，同时提出外周血中miR-181b表达的反应性升高可反向调节心肌肥厚的病理过程。同时在经苯二甲酸(phenylephrine treatment， PE)处理而建立的心肌细胞肥大模型中，过表达miR-181b可抑制与细胞肥大相关的基因[37]，包括参与心肌细胞cGMP依赖的信号传导途径进而抑制心肌细胞的增生与肥大的Ⅰ型蛋白激酶 (cGMP-dependent protein kinase type I，PKG1)的基因[38]，而同时miR-181b被敲降后可抑制PKG1表达的下降。由此，miR-181b可通过调节PKG1基因的表达，在心肌肥厚疾病中发挥保护作用。

6 miR-181b与心肌炎

心肌炎是感染或免疫反应等原因所引起的心肌局限性或弥散性的炎性反应现象。miR-181b在心肌炎相关干细胞治疗过程中发挥了重要的作用。应用脂肪来源的干细胞与牙龈卟啉单胞菌-LPS(Pg-LPS)损伤新生大鼠心肌炎细胞模型共同培养，可抑制Pg-LPS导致的心肌细胞中miR-181b表达的下降。说明脂肪来源干细胞的移植可通过调节miR-181b的表达进而抑制心肌炎的发生和发展。miR-181b模拟物和抑制剂的分别转染试验证实miR181b参与调节与干细胞共培养的Pg-LPS损伤的心肌炎细胞的保护作用，抑制TLR4/NF-κB轴和IGF1R/PI3K/Akt轴，进而阻遏细胞死亡信号的传导。因此miR181b可作为Pg-LPS诱导的心肌炎的潜在治疗标志物[39]。此外有研究[40]表明，miR-181b在心肌病末期纤维化修复中表达显著降低，进一步证实miR-181b参与了心肌炎的发生发展过程，这与miR-181b在心肌纤维性修复中表达降低[32]的结论一致，可猜测在心肌炎修复过程中miR-181b同样通过直接作用于MAPK信号通路，抑制TIMP-3的分泌，在心肌修复过程中发挥负向调节作用。但目前关于心肌炎的纤维性修复过程中，miR-181b低表达现象的具体机制研究尚不完善，仍需进一步探索。

7 结论与展望

本文探讨了miR-181b参与调控心血管疾病的众多生理和病理作用，以及其在部分药物治疗过程发挥作用。其可通过调控相关靶基因进而影响相应的细胞因子及受体或酶的表达，对心血管疾病进程的影响有重大意义。miR-181b可主要通过抑制NF-κB通路作用于IL-6、TNF-α等细胞因子抑制炎性反应；通过调节CDK-4等蛋白的表达，调节细胞周期，促进血管修复；通过直接靶向MAPK通路调节胶原纤维生成及排列进而调控心肌细胞纤维化。miR-181b可通过调控多种信号通路实现对心血管疾病的调控，其表达的升高可能发挥潜在保护作用，但是，根据不同组织、不同病理条件等，miR-181b发挥的作用并不完全相同。对CAVD等疾病的调控作用，仍存在有矛盾结果，因此，其与细胞因子作用的相关通路仍需大量前瞻性实验揭示。miR-181b对心血管疾病的调控作用是广泛且关键的，未来随着对miR-181b复杂作用机制的进一步研究，有望通过检测miR-181b的表达情况预测或诊断心血管疾病，通过对miR-181b靶向药物的研究，可为治疗高血压、动脉粥样硬化等疾病提供新思路。