微小RNA——心血管疾病的新兴要素

沐嘉馨 林 利

微小RNA(microRNA，miRNA)是一种内源性RNA，长度为19～25个核苷酸，可调节靶基因的转录，单个miRNA可以靶向数百个信使RNA(mRNA)，参与许多基因的表达并影响基因间的相互作用[1]。当前，已知的人类miRNA超过1000种，miRNA控制着哺乳动物50%以上的蛋白质编码基因，在细胞动态平衡中起着至关重要的作用[2]。在心血管系统中，miRNA通过影响mRNA稳定性来调控蛋白质翻译，进而影响细胞间通信，并控制着心肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的功能，这为心血管疾病在病理生理学方面提供了新的视角[3]。近年来多项研究表明，miRNA广泛参与心血管疾病的发生、发展过程，并为疾病的治疗带来更多可能，miRNA已然成为心血管领域的热点。

一、miRNA的形成和功能

miRNA是广泛存在于细胞、组织和体液的短RNA分子，其可通过靶向mRNA的3′非翻译区来介导靶基因的转录，并使基因沉默[1]。miRNA被 RNA 聚合酶Ⅱ转录为约有几千个碱基的发夹状结构的转录物pri-miRNA，在细胞核中，蛋白复合物Drosha和双链RNA结合结构域蛋白DGCR8在发夹碱基附近切割pri-miRNA，对pri-miRNA进行加工，释放出约70～90个核苷酸的带有发夹形茎环结构的pre-miRNA；在细胞质中，双链特异性核酸内切酶RNase Ⅲ(ds-RNAseⅢ)Dicer蛋白将pre-miRNA加工成一个22个核苷酸的双链miRNA[4]。miRNA靶向mRNA的3′非翻译区，将自身双链当中的一条引导链整合到RNA诱导的沉默复合物中，以此介导基因沉默，随后另一条称为乘客链的单链降解[1]。

成熟的miRNA参与调控基因表达，miRNA序列可靶向其互补的mRNA，导致mRNA翻译抑制，从而负向调节基因表。miRNA-mRNA相互作用机制的主要决定因素是miRNA与靶标之间的互补程度，miRNA与mRNA接近完美互补的情况下，可以切割和降解目标mRNA，miRNA与mRNA序列配对不完全的情况下，mRNA翻译将受到抑制[5]。来自同一家族的miRNA簇基因可以潜在地调节细胞各项功能，包括生长、增殖、分化、发育、代谢、免疫、细胞死亡、细胞器生物发生、信号传递、DNA修复和自我更新等；miRNA簇也受到遗传和表观遗传事件的调控，失调的miRNA簇是导致其他疾病发病机制的关键，包括神经系统疾病、心血管疾病和自身免疫性疾病等[6]。miRNA不编码蛋白质，但可以利用自身序列特异性控制翻译，在细胞功能的调节和疾病的生理病理中起着重要作用，这种转录后调控基因的方式给医学领域带来新的思考方式和利用手段。

二、miRNA与心血管系统的发育

miRNA是一种丰富且稳定的小RNA类，它广泛存在于人体中，其中心脏特异性miRNA在心脏发育、功能和病理中起着重要作用。miR-1和miR-133a是肌肉特异性miRNA，主要控制心脏形成的早期阶段。miR-1和miR-133a参与多功能干细胞的早期发育，两种miRNA的表达都促进多能干细胞中胚层的形成；但在心脏分化的过程中，miR-1和miR-133a表现出拮抗作用，miR-1促进心脏分化，而miR-133a降低心脏分化[7]。除miR-1和miR-133a参与诱导和维持心脏特异性的肌肉发育外，miR-208可调节心肌中主要的收缩蛋白肌球蛋白重链的表达，调控心肌细胞的终末分化，介导成纤维细胞向心肌细胞分化；miR-499与miR-208一样调节晚期心脏分化，将成纤维细胞最终分化为心肌细胞[8]。Luo等[9]通过注射他莫昔芬破坏小鼠体内的Dicer蛋白，使成熟miRNA水平急剧下降，实验过程中用超声检查发现，miRNA缺陷小鼠的左心室迅速扩张，心脏功能严重受损，且Dicer突变小鼠全部9周内死亡；而抢救性注射miR-1可以减缓Dicer缺陷小鼠的心力衰竭，抑制心脏肥大和纤维化。另有研究发现，在新生小鼠中，miR-128的心脏特异性过表达损害了心肌细胞(CM)的增殖和心脏再生，删除miR-128会促进成年CM的细胞周期重新启动，使它们进入增生状态，增强CM可塑性[10]。

目前已经发现多种miRNA调控内皮细胞和平滑肌细胞的功能，并调节血管生成的各个阶段。miR-126和miR-132是内皮特异性miRNA，miR-126的上调可激活血管内皮生长因子(VEGF)信号通路，抑制发芽相关蛋白1(SPRED1)，促进血管发育和血管发生；miR-132除发挥促生理性血管生成作用，也可下调p120Ras分子制动器(RasGAP)来促进病理性血管生成[11]。miR-143和miR-145为血管平滑肌细胞(VSMC)的关键调节剂，可调节VSMC增殖、迁移和凋亡，两者协同增强VSMC收缩表型[12]。

三、miRNA在心血管疾病中的作用

1.miRNA与动脉粥样硬化：动脉粥样硬化是以脂质代谢障碍为病变基础的动脉病变，可导致动脉壁增厚变硬，血管狭窄甚至阻塞，从而影响血管所供应的组织或者器官的血流，是冠心病、心肌梗死、脑梗死的主要原因。miRNA可调节动脉粥样硬化基因并参与调节转录后基因的表达，影响内皮细胞、平滑肌细胞和白细胞的功能，调控动脉粥样硬化斑块的生长，在动脉粥样硬化的病理生理中发挥作用，因此可利用miRNA作为新型疗法，从而可能更好地管理血管疾病[13]。控制炎症是动脉粥样硬化治疗的关键，载脂蛋白E(apoE)具有抗发炎特性，可预防动脉粥样硬化和其他发炎性疾病，细胞中apoE的表达通过增强单核细胞和巨噬细胞中的miR-146a水平，来抑制核因子-κB介导的炎症，减缓动脉粥样硬化进程[14]。Huang等[15]通过将高胆固醇饮食喂养的Mir652-/-Apoe-/-(Mir652-/-)小鼠和Mir652+/+Apoe-/-(Mir652+/+)小鼠进行颈动脉损伤，来分析miR-652对内皮修复的影响，发现miR-652-3p抑制了内皮修复基因细胞周期蛋白D2(Ccnd2)的表达，导致Mir652+/+小鼠内皮修复缓慢，动脉粥样硬化病变进程推快，而敲低miR-652有助于延缓动脉粥样硬化。

氧化的低密度脂蛋白(ox-LDL)可促进内皮细胞损伤，推动动脉粥样硬化的进程，也可导致内皮细胞自噬，在ox-LDL诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的自噬中，miR-155的表达上调，且miR-155对ox-LDL诱导的HUVEC自噬具有促进作用[16]。因此，miR-155可能通过增强内皮细胞的自噬抑制动脉粥样硬化的发生、发展，为miR-155调控动脉粥样硬化过程提供新思路。另一项研究发现，在oxLDL诱导人单核细胞(THP-1)建立的泡沫细胞模型中和动脉粥样硬化患者的血浆和斑块中miR-155的表达显著升高，增加的miR-155可利用负反馈回路，抑制钙调节的热稳定蛋白1(CARHSP1)介导的肿瘤坏死因子α(TNF-α)刺激，由此减轻炎症和泡沫细胞形成，延缓动脉粥样硬化进程[17]。Zhang等[18]研究发现，miR-155的过表达可增强巨噬细胞中的胆固醇酯水解酶(CEH)信号转导途径，减少细胞内胆固醇酯(CE)的积累并增强游离胆固醇(FC)和胆固醇的外流，显著抑制巨噬细胞向泡沫细胞的转化，从而导致细胞内脂质的积累减少，抑制动脉粥样硬化的形成。

2.miRNA与心肌梗死：心肌梗死是因冠状动脉缺血、缺氧所引起的心肌坏死，其高发生率和病死率是威胁人类健康的主要原因。成人的心脏再生能力非常有限，坏死的心肌细胞被纤维化瘢痕所替代，接着周围心肌开始重塑，最终可导致心脏功能受损，触发心力衰竭。临床上对心肌梗死的治疗通常采用冠状动脉介入术和血运重建术，这些手段可及时有效地缓解心肌梗死症状，疏通堵塞的血管，但也可能带来一些并发症，比如冠状动脉破裂、血管闭塞、心肌穿孔、再灌注损伤等，更严重者会导致心脏永久性结构损伤，miRNA为心肌梗死提供一条不同传统治疗方案的新道路。Gabisonia等[19]研究发现，通过腺相关病毒载体递送miRNA-199a到心肌梗死的动物体内1个月后，被治疗的动物心肌的去分化和增殖能力提升，心脏在总体和局部收缩力方面均表现出明显的改善，肌肉质量增加，瘢痕大小减少，证实miRNA-199a可以刺激心脏修复。

miR-21是心肌梗死病理生理中的重要调控分子，它参与心肌梗死和心脏纤维化的发病机制，在心肌梗死后的心脏重塑中起关键作用，也是心肌梗死的潜在诊断生物学标志物。Zhang等[20]通过对患有急性心肌梗死(AMI)和心绞痛(AP)的患者进行研究，用实时PCR测定血浆miR-21水平，发现与AP或健康人比较，AMI患者的血浆miR-21水平显著升高，证实血浆miR-21可能是诊断AMI的新型生物学标志物。在梗死心脏的巨噬细胞富集区域提高miRNA-21转录水平，可以将巨噬细胞表型从促炎性转变为修复性，促进血管生成，并减少远端心肌的肥大，纤维化和细胞凋亡，从而促进炎症消退并改善心脏愈合[21]。心脏富含多种特异性miRNA，这些miRNA疗法对心肌梗死的治疗有着巨大潜力。

3.miRNA与心力衰竭：心力衰竭是心排出量不足以满足人体的代谢需求的复杂疾病，是心脏疾病发展的终末阶段。miRNA参与了与心力衰竭有关的多种病理生理过程，miRNA能在循环中发挥积极作用，可作为心力衰竭的治疗靶点，为治疗心力衰竭提供有效策略。Xiao等[22]研究发现，miR-129-5p通过靶向高迁移率族蛋白B1(HMGB1)改善慢性心力衰竭大鼠的心脏功能，转染miR-129-5p的心力衰竭模型大鼠的心脏功能和血流动力学参数得到改善，氧化应激和炎性因子减弱。Verjans等[23]发现，在伴有严重心肌纤维化的扩张型心肌病或主动脉瓣狭窄的的患者中，miRNA-221/222水平显著降低，并利用血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)介导的压力超负荷模型小鼠，证实miRNA-221/222的抑制会导致纤维化增加，继而引发心肌僵硬，心脏舒张和收缩功能障碍，最终导致心力衰竭，其机制与miRNA-221/222靶向转化生长因子-β(TGF-β)介导的信号转导和下游基因表达有关。另有研究指出，miR-223可以显著抑制含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD,ARC)的表达，从而诱导心肌肥厚和心脏衰竭，而心脏相关环状RNA可消除miR-223对ARC表达的抑制作用，保护心脏免受心力衰竭的侵害[24]。

许多miRNA已显示在心力衰竭中具有潜在的生物学标志物作用，对心力衰竭的诊断提供更多参考。有研究发现，与健康对照组和无心力衰竭的患者比较，急性心力衰竭患者的血浆miR-302家族成员水平升高，且miR-302水平与NT-proBNP(N末端B型利钠肽原)水平呈正相关，并使用ROC曲线证实，循环中的miR-302s，特别是miR-302b-3p，似乎是诊断急性心力衰竭和区分疾病严重程度的新型生物学标志物[25]。Liu等[26]观察发现，在7例健康对照组和9例C或D 期心力衰竭患者中，有7种miRNA差异表达，并进一步研究了这些miRNA，证实心力衰竭的循环标志物miR-197-5p与50岁以下心力衰竭患者的心肌纤维化和不良心脏事件相关。

4.miRNA与高血压：高血压是以体循环动脉血压增高为主要特征(收缩压≥140mmHg,舒张压≥90mmHg,1mmHg=0.133kPa)的心血管疾病，是许多其他心血管疾病的危险因素，可发生严重的心脏、脑、肾脏等器官的损害和病变，比如脑卒中、冠状动脉疾病、心力衰竭和慢性肾衰竭。miRNA被认为是高血压的关键调节因子，其可介导高血压基因表达调控以及调控靶点和信号通路，在高血压的诊断和治疗中具有广阔的应用前景。血管僵硬在高血压的发病机制中起关键作用，蛋白质复合物translin(TN)/trax(TX)为miRNA降解酶，TN/TX复合物的缺失可选择性地增加主动脉miR-181b，阻止因摄入高盐水引起的血管僵硬[27]。因此，干扰miRNA降解可能成为治疗高血压的一种有潜力的手段。Li等[28]研究发现，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)诱导的VSMC表型转化模型中HMGB1升高，miR-181b-5p显著下调，并进一步证实miR-181b-5p是HMGB1的负调节剂，HMGB1调节平滑肌细胞的表型转化，使其从收缩型转向合成型，与血压呈正相关，推动高血压发展。miR-181b-5p 靶向 HMGB1，调节VSMC的表型转化，参与高血压中血管重塑，是治疗高血压的新途径。另有研究发现，miR-21在高血压及相关疾病(包括肺动脉高压、心脏相关性高血压和高血压肾病等)中显著上调，并参与了诱导高血压的信号通路来推动高血压和相关疾病，且miR-21水平与临床收缩压、临床舒张压、C反应蛋白(CRP)和颈动脉内膜中层厚度(CIMT)呈正相关，其是高血压重要的预后/诊断标志物[29]。

5.miRNA与心律失常：miRNA参与心律失常的发病过程，是潜在的治疗靶标，并可预测疾病的预后。在心肌中特异性表达的miRNA可调节与心脏电活动有关的各种离子通道和蛋白质，参与许多心肌病理情况下的心律失常的发生。心肌细胞间的连接缝隙通道由连接蛋白组成，是保障心脏电活动协调转导的关键，连接蛋白43(Cx43)在心室和心房表达，Cx43失调将会导致心律失常。Jin等[30]使用萤光素酶活性测定法，验证Cx43是miR-206的直接靶标，并建立miR-206过表达小鼠模型发现，miR-206直接识别Cx43 mRNA的3′-非翻译区，下调心肌细胞中的Cx43水平，从而引起异常的心率和PR间隔，导致室性心律失常并缩短了实验小鼠的寿命。锌指同源盒3基因(ZFHX3)的功能丧失突变与心房颤动(AF)风险增加相关，Cheng等[31]用实时定量PCR分析ZFHX3敲低(KD)心房肌细胞和对照组细胞的miRNA，发现17种差异表达的miRNA，其中6种人类同源的miRNA中miR-133a和miR-133b显著下调，并用遥测心电图证实转染miR-133a/b模拟物后逆转了ZFHX3KD小鼠的房性心律失常。因此，增加miR-133水平可能是患有ZFHX3功能障碍的心房颤动患者的潜在治疗方法。此外，Zhang等[32]通过实时PCR分析发现，复律成功的AF患者中复发患者与非复发患者比较，血浆miRNA-155明显上调，并通过ROC曲线分析，证实血浆miRNA-155可预测心脏复律后的心房颤动复发。

四、展 望

miRNA有着复杂的调节网络，一个miRNA可以有多个靶基因，而一个靶基因可受多个miRNA的调控。miRNA广泛参与真核基因的表达，调控细胞分化、增殖和凋亡等过程，对疾病发生、发展和治疗有着重要作用。miRNA在心血管领域发挥着不俗的作用，其调控心肌细胞、内皮细胞和血管平滑肌细胞等，影响心血管系统的发育，并参与心血管疾病的发生、发展。miRNA是潜在的心血管疾病的生物学标记，提供了新型的治疗方案，并可预测心血管病的预后。但目前还面临着许多问题，例如，如何有效、快速地模拟miRNA进行新药研发，怎样确保miRNA靶向药物进行准确的靶向传递，以及如何避免miRNA脱靶刺激所带来的各种不可预测的不良反应。目前miRNA尚处于研究起步阶段，利用miRNA在临床上解决心血管疾病还未到成熟阶段，这需要科研人员深入开展miRNA与心血管疾病的研究。