心肌缺血再灌注损伤的潜在诊疗新靶点：非编码RNA

洪海锋，何 原，雷 桅，黄石安，陈 灿 （.广东医科大学心血管疾病研究室，广东湛江 5403；.广东医科大学附属医院心血管内科中心，广东湛江 5400）

目前冠心病的治疗方法主要有药物抗栓治疗、溶栓、经皮冠状动脉介入手术(PCI)和外科冠状动脉旁路移植(CABG)等，然而这些治疗方法均会导致心肌缺血再灌注损伤(MIRI)[1]。非编码RNA(ncRNA)包括microRNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)和环状RNA(circRNA)。自从1993年Lee发现首个miRNA以来，许多ncRNA经研究证明与MIRI有着密切关系，在MIRI的发生、发展过程中发挥着重要的调控作用，可作为MIRI潜在的生物标志物和干预靶点，在疾病诊断及治疗方面具有广泛的应用前景。本文就ncRNA的功能及其与MIRI的相关性作一综述。

1 心肌缺血再灌注损伤的概述

研究表明，冠状动脉急性闭塞会继发组织氧输送的短暂下降，随后血流快速恢复，引发心肌细胞结构和收缩功能障碍的级联损伤。这种由组织缺氧引起的初始缺血性损伤，及再灌注后的第二种损伤模式即为MIRI[1]。其中涉及多种介质，包括线粒体通透性转换孔(MPTP)的开放、Ca2+超载、氧化应激和炎症反应等，多种介质相互作用，相互影响，最终使心肌细胞死亡。MIRI主要表现形式为再灌注心律失常、心肌顿抑、微血管阻塞(MVO)和心肌内出血。20世纪80年代，Hearse等在动物实验过程中首次提出了缺血再灌注心律失常这一概念，主要表现为室性心律失常，如室性心动过速、室性早搏等。MVO可能是由粥样斑块微粒的栓塞、血管收缩和炎性物质释放所致的血栓形成和毛细血管床塌陷等因素引起，在MVO严重区域血液可外渗，引起心肌内出血。

2 ncRNA的生物学特性及其作用机制

ncRNA家族包括各种类型的RNA，与信使RNA(mRNA)相比，它们不被翻译成蛋白质。ncRNA的主要类型是核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)。其他，如miRNA、lncRNA和circRNA等亦发挥了重要的作用。miRNA即微小RNA，约含22～24个核苷酸的内源性非编码RNA (non-coding RNA)，作为转录后基因表达的调节物作用于mRNA翻译过程中，抑制蛋白质的合成。不同miRNA可以靶向特定mRNA或单个miRNA可以靶向多种不同的mRNA[2]。在秀丽隐杆线虫中发现基因lin-4(控制线虫幼虫发育的基因)后，目前已有2 000多种miRNA在人体中被发现，证明miRNA在人类多种疾病的诊断和治疗中起着至关重要的作用，特别是在肿瘤、内分泌疾病以及心脑血管疾病中。miRNA可在细胞内起作用，也可被细胞主动分泌，形成凋亡小体、微泡和外泌体，有助于细胞间或细胞组织的通讯[3]。人体血液、尿液、乳汁、泪液、唾液以及其他体液中均可检测到miRNA的存在[4-6]。

除了miRNA，越来越多的研究表明其他类型的ncRNA，特别是lncRNA和circRNA对心脏功能具有重要的影响[7-10]。lncRNA是非翻译的RNA分子，长度从200～1×106个核苷酸不等，能调控基因表达[11]。circRNA是调节基因表达的内源性非编码RNA。由于它们的环状性质缺乏开放末端和细胞质起源，在体内比miRNA或lncRNAs更稳定[12]。与miRNA相比，lncRNA和circRNA在调节基因表达中具有更复杂的作用，因为它们可以激活基因表达，也可抑制基因表达，并与染色质结构相互作用。lncRNA和circRNA主要通过与miRNA结合而起作用，从而形成由lncRNA/circRNA-miRNA组成调控复合物[11]。

3 ncRNA与MIRI的相关性研究

3.1 ncRNA作为MIRI的生物标志物本

ncRNA介导心血管系统的病理、生理过程，并充当MIRI的生物标志物[8,13-14]。近期研究显示某些lncRNA的表达改变可能与MIRI的损伤相关；但是尚无关于lncRNA在远端缺血性调节心脏保护中特殊作用的报道。circRNA参与心肌梗死引起的细胞损伤，调节心肌线粒体功能和细胞凋亡，如Cdr1as(小脑变性相关蛋白1转录本的反义circRNA)、MFACR(线粒体裂变和凋亡相关的circRNA)和MICRA(心肌梗死相关circRNA)等[15-17]，可用作生物标志物以预测心肌梗死发生或作为心脏功能保护性干预措施的靶标。然而，迄今尚未发现circRNA与MIRI之间潜在联系的报道。miRNA是研究最多的与心脏功能和疾病有关的ncRNA类型。大量研究表明，miRNA在心肌缺血再灌注之前、期间及之后的表达均存在复杂变化。miRNA水平可在心肌组织内上调或下调。急性心肌梗死(AMI)时心肌细胞损伤后miRNA可释放入循环系统中。研究发现miR-1、miR-133a、miR-133b、miR-208和miR-499在AMI患者的血浆中上调，证明了miRNA可用于预测MI或MIRI潜在的生物标志物[18-22]。目前AMI诊断主要依赖症状、心电图异常和心肌标志物定量，但这些诊断依据往往都存在时间延迟、特异性及敏感性较差等问题。在非缺血性心力衰竭(HF)、肾衰竭、心肌炎、心律失常和肺栓塞的情况下肌钙蛋白的水平也会非特异性升高[23]，而miR-208水平却未发生改变。实际上miRNA可以减少这类误差，并为AMI的诊断提供更高的准确性，当症状出现3 h内初始肌钙蛋白仍为阴性时，一些ncRNA即可迅速被检测出。ncRNA可更早、更快地诊断或排除胸痛患者。故基于ncRNA开发新的生物标志物对于疾病的早期诊断和预后评估具有非常重要的作用。

3.2 ncRNA对心肌缺血再灌注损伤的治疗作用

miRNA对MIRI治疗作用已得到广泛验证。miRNA包裹在细胞外囊泡或外泌体中，通过循环系统到达心脏，起到治疗作用。miRNA具有减少瘢痕、改善心室重塑、抗心肌纤维化和不良重塑、促进血管生成、抗心肌细胞凋亡和减少梗死面积等作用[24-25]。总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)是公认的冠心病的主要危险因素。而高密度脂蛋白(HDL)已被确定为心血管事件的强阴性预测因子，其对心血管系统的保护作用归因于它能将周围组织中的胆固醇转运至肝脏进行代谢，因此HDL具有抗动脉粥样硬化的作用。最近研究表明，HDL除了能降低胆固醇外，还具有更广泛的调节作用，如对血管内皮细胞的抗氧化、抗炎和抗凋亡等。既往研究证明HDL对氧化应激和缺血再灌注的保护作用是通过激活Survivor Activating Factor Enhancement(SAFE)途径介导的，该途径涉及细胞内信号因子的信号转导和转录激活因子3(STAT3)的激活。Pedretti等[26]发现，HDL能够通过促进STAT3的活化，调节依赖STAT3的miR-34b和miR-337的表达，提高心肌在缺氧条件下的耐受能力，抗心肌细胞的调亡，增加细胞的存活率，从而保护心肌免受缺血再灌注损伤。此外，已证实miR-144能够通过靶向FOXO1减轻MIRI[27-29]。 Wu等[30]揭示miR-202-3p可通过靶向TRPM6激活TGF-β1/Smads信号通路参与调节MIRI。

最近研究报道，lncRNAs在心脏损伤和修复中发挥着重要的作用，特别是针对再生、肥大和内皮功能等[31]。lncRNA水平与miR-1呈负相关，而miR-1水平又与MIRI有关，表明IRI中lncRNA与miRNA存在相互作用[32]。心肌细胞凋亡相关lncRNA(CARL)能抑制心肌细胞凋亡，通过调节miR-529/PHB2途径减少心肌缺血再灌注后的梗死面积[33]。lncRNA H19可调节miR-103/107活性，调节Fas相关蛋白和FADD的表达[34]。

线粒体裂变和凋亡相关circRNA(MFACR)是线粒体凋亡的负调节剂，在小鼠心肌梗死后下调miR-652-3p。线粒体动态相关lncRNA(MDRL)靶向miR-484和miR-361，参与线粒体调控。在缺血再灌注小鼠模型中，转染MDRL通过海绵化抑制miR-361减少冠状动脉细胞凋亡[35]。自噬相关的circRNA(ACR)通过抑制自噬在小鼠心肌缺血再灌注损伤中起保护作用[36]。lncRNA和circRNA主要通过与miRNA相互作用实施相应分子调节功能，从而进一步影响靶蛋白的下游翻译和转录后修饰。

4 结语

ncRNA与多种心血管疾病有关，被视为潜在的MIRI生物标志物，也被认为可能用于临床疾病治疗。然而，部分研究miRNA选择偏向和结果不一致限制了临床上有用miRNA的可靠性鉴定。循环系统中大多数miRNA能够通过细胞外囊泡运输，而分离的细胞外囊泡可被其他颗粒和蛋白质污染，从而降低细胞外囊泡miRNA作为生物标志物的预后价值。因此，细胞外囊泡分离和表征的技术在未来有望进一步提升。任何基于miRNA的疗法都需要递送系统，这不仅需要克服ncRNA在循环中的不稳定性、脱靶效应和不适当的分布，还需要克服对细胞渗透性的影响或在脱靶器官中积累。然而，由于miRNA是单链和开放的，它们或者在循环系统中被核酸酶降解，或者通过肾脏排泄或被单核细胞吞噬，限制了miRNA作为治疗工具的临床适用性，因此研究较理想的递送载体亦是目前极具发展前景的方向。