MicroRNA在心肌纤维化中的作用机制及研究进展

金 鑫,刘 宁，王 冠，朴金花,杨金英,崔 燕*

(1.吉林大学第二医院 心血管内科,吉林 长春130041；2.延边大学附属医院 老年病科；3.装甲兵技术学院医院)

心肌纤维化(MF)是心脏间质重塑,其以心脏间质成纤维细胞的增殖过度,胶原的沉积过度和分布异常为主要特征。微小RNA是一类内源的,非编码的单链RNA分子,其长度约为22个核苷酸,广泛存在于真核生物中,参与调控基因转录后的表达。目前,microRNA在心血管疾病领域中的研究增加,并且趋于成熟。诸多研究结果表明microRNA参与并调节了心肌纤维化的发生、进展过程及病理形成过程,有望指导疾病的预测,诊断和治疗。

1 心肌纤维化

心肌纤维化是心脏间质发生重塑,其特征是心脏间质成纤维细胞呈现过度增殖状态,并有胶原的过度沉积和异常分布情况。心肌细胞中约90%的细胞是心脏成纤维细胞。我们通常通过由心脏成纤维细胞合成的细胞外基质组分的量来评估心肌纤维化的程度。细胞外基质主要由Ⅰ型和Ⅲ型胶原构成。Ⅰ型胶原具有很强的抗拉伸能力,以保持心脏室壁的强度。 Ⅲ型胶具有良好的弹性和延展性。两者之间的不平衡导致心肌纤维化[1]。在病理形态上,心肌纤维化呈现出Ⅰ型/Ⅲ型胶原的比例升高,排列不规则,伴有心肌成纤维细胞增殖的状态。

关于其发病机制,研究表明RAS系统的激活是MF的主要原因；TGF-β(转化生长因子β)和CTGF(结缔组织生长因子)也被证实是其相关的调节因子,其中TGF-β1被认为是最强的。已活化的TGF-β1可促进成纤维细胞的增殖和分化,增加细胞外基质的沉积。已经发现CTGF是TGF-β1下游的信号传导因子,并且与TGF-β1具有协同作用；同时,血管内皮细胞的功能障碍及其衍生因子的分泌也可引起并加重心肌纤维化。

因心肌纤维化而导致的心肌顺应性降低,会影响心脏的舒张及收缩功能,导致心脏无法正常工作,MF与很多心血管疾病密切相关,如心肌梗死、心肌肥厚等,更严重的还会导致心功能不全以及心源性休克猝死等[2],这就决定了其在相关心血管疾病的预后方面起着重要作用,因此也是目前的研究热点及重点。

2 相关MicroRNA

微小RNA是一类内源的,非编码的单链RNA分子,其长度约为22个核苷酸,广泛存在于真核生物中,参与调控基因转录后的表达。已有相关实验证实多种MicroRNA在心肌纤维化中起到调节作用,MicroRNA通过对成纤维细胞的增殖分化、胶原沉积和炎性因子的分泌等过程的的调节,进而调节和控制心肌纤维化的发生及进展过程,研究也发现其调节机制各不相同。例如miR-21、miR-29、miR-133a、miR-489、miRNA-126、miRNA-15等许多微小RNA均被证实参与心肌纤维化的形成过程,以下列举出与心肌纤维化密切相关且研究较完善的4种相关MicroRNA进行简明阐述。

2.1 miR-133a

研究结果显示miR-133a在心肌细胞及骨骼肌组织中呈特异性表达,miR-133a的作用是拮抗心肌纤维化、使血管形成增加,并增殖心肌细胞。已有相关实验对心房进行纤维化处理,在所建立的模型中进行转染miR-133a,结果测定到TGF-β1和TGF-β2受体水平发生下降[3],胶原蛋白的合成也出现减少,实验通过敲除新生大鼠的心肌细胞和成纤维细胞中miR-133a后发现CFGT的表达水平上调,而miR-133a过表达则显著下调 CTGF[4],减少胶原产生,证实了miR-133a通过抑制TGF-β和CTGF的表达抑制MF；Gq/PLC/IP3 信号通路也参与了心肌纤维化过程,其通过调节细胞内钙超载情况引起心肌细胞肥厚、凋亡[5]；也有研究发现miR-133a不但可以在mRNA水平上调节 Gq 蛋白、IP3 受体Ⅱ的表达,也可以在蛋白质水平上抑制Gq蛋白的表达,以维护心脏正常结构功能,对心肌纤维化起到抑制作用；最新研究发现miR-133a也可通过刺激IGF-1的表达,从而调节IGF-1/Akt/GSK-3β信号通路抑制 MF进展[6],再次为其在治疗领域提供新方向。

2.2 miR-21

miR-21已被证实参与心血管多种疾病,现已有研究指出miR-21在心肌纤维化中也起到重要作用,miR-21导致心肌纤维化的机制是:抑制心脏成纤维细胞中SPTY1,使ERK-MAP激酶的活性增加,使成纤维细胞的增殖受到,也使相应生长因子的分泌情况发生改变,最终影响心肌纤维化,其中SPTY1已被证实是 miR-21的直接靶基因；有研究表明TGF-βR为TGF-β信号通路的负性调控子,而miR-21通过直接或间接性的方式使TGF-βRⅢ的表达减少,进而对心肌纤维化起到促进作用[7]；磷酸酶和PTEN(张力蛋白同系物)已被证实是miR-21介导MF过程中的靶基因,miR-21表达的上调会促进PTEN通路的激活,增加MMP-2的表达水平,其中MMP-2能加强心肌梗死区域中胶原蛋白的代谢,诱导心肌纤维化[8]。目前就miR-21在心肌纤维化中的研究尚不完善,随着进一步就研究,miR-21必将为心血管疾病认知、治疗和干预提供切实的帮助。

2.3 miR-29

近年来,miR-29被证实参与多器官纤维化过程,其在心肌纤维化中表达出强抗纤维化能力,成纤维细胞中miR-29的过表达可降低纤维化相关因子的表达水平,而在体内或体外抑制miR-29则可诱导纤维化相关因子表达。van Rooij等人[9]的实验表明miR-29的表达在小鼠模型和人心肌梗死区域周围下调,导致了纤维组织相关细胞因子的释放,后miR-29进一步诱导梗死周围区域纤维组织的聚集和增殖,最终可致心肌顺应性及舒张功能下降。Zhou等人[10]通过实验观察到在发生梗死的心肌中miR-29水平发生下调,并通过SMAD2和SMAD3通路使TGF-b发生过表达,TGF-b作为促进心肌纤维化的主要因子,对miR-29的表达也起到下调作用。还有研究发现,在犬充血性心力衰竭-心房颤动模型中,心房miR-29的表达降低。通过敲除犬心房成纤维细胞中miR-29可显著增加Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原和FBN的表达。这些研究表明,在病理模型中,导致心肌纤维化最重要的原因之一就是miR-29表达下调[11]。Melo和Yang等人[12,13]发现游泳和丹参酮可通过上调成纤维的miR-29表达来减轻纤维化。miR-29具有双重功能:它不仅能抑制胶原蛋白的表达,预防心肌纤维化,还能诱导心肌细胞发生凋亡,导致心力衰竭。miR-29在心肌纤维化的患者血清中稳定且可检测到,因此,它可以成为是一种心肌纤维化诊断和预后评估的新生物标志物[14,15]。

3 结语

MicroRNA的发现使人们对基因表达调节机制有了崭新的认识,与此同时其对信号通路的影响也逐步被人们探索发现,大量的实验研究被投入于此,也得到相关的证据证明microRNA将来可能成为诊断及预后的生物学标记,甚至可以作为治疗靶点。现已有多种microRNA被证实参与心肌纤维化的发生发展,在心血管疾病的预测、诊断及治疗方面提供了新方向、新手段。

综上所述,microRNA在心血管疾病中占据着至关重要的为位置。相信随着对microRNA的深入研究,未来我们对心血管疾病也将会有更为精准的诊断、治疗及预后评价。