非编码RNA与心房颤动的重构机制及临床转化前景*

张玉娇 杜娟娟 侯应龙

心房颤动(简称房颤)是最常见的快速性心律失常,我国35岁以上人群中患病率约0.71%,呈逐年上升趋势,且随年龄增长而增加,75岁以上患病率达到2.35%[1]。房颤发生血栓栓塞和心力衰竭的风险增加,严重影响患者的健康。心房重构被认为是房颤发生与维持的基础,包括:结构重构、电重构、神经重构等。非编码RNAs(ncRNAs)是一类不编码蛋白质的RNAs,通过调控靶基因行使功能,其中包括微小RNAs(miRNAs)、长链非编码RNAs(lncRNAs)和环状RNAs(circRNAs)。笔者主要介绍非编码RNA 在房颤的重构机制中的作用及其临床转化前景。

1 非编码RNA与房颤的结构重构

Burstein等[2]阐述了心房纤维化的机制及与房颤的相关性,纤维化破坏心肌细胞偶联的过程:①正常心肌组织中心肌细胞通过细胞间隙-连接复合体进行端到端的偶联;②纤维化导致细胞束之间细胞外基质扩张;③修复的纤维化组织取代退化细胞,改变心房组织和功能,逐渐形成房颤的基质,此为心房结构重构的过程。Dzeshka等[3]进一步阐释了房颤的纤维化分子机制,心肌细胞、心肌成纤维细胞、肌成纤维细胞与旁分泌因子,包括AngII、Aldo、TNFα、miRNAs等,共同介导房颤的心房促纤维化和抗纤维化过程。

从miRNAs参与心血管发育开始,一直到循环中ncRNAs作为心血管病诊断和预测的生物标志物,ncRNAs在心血管中的作用在过去十年中被逐渐揭示出来。在2009年,研究发现,miR-133与miR-590可通过尼古丁参与房颤犬心房的结构重构,从此,引起了研究者的广泛关注[4]。心肌梗死后大鼠心房组织中miR-21 表达上调,通过下调靶基因Sprouty-1、collagen-1、collagen-3,促进心房纤维化和房颤的发生[5]。有报道显示,在房颤的结构重构过程中,有众多miRNAs参与,包括miR-21、miR-26、miR-29、miR-133 等,通过调控不同的信号通路,共同促进心房纤维化[6]。提示众多miRNAs通过调控不同的通路发挥作用,促进心房纤维化进程,易化房颤的发生。

2 非编码RNA与房颤的电重构

早在1995 年,Circulation 发表经典理论“房颤产生房颤”,房颤可导致心房有效不应期明显缩短,而心率的加快又使房颤得以维持,奠定了电重构在房颤发生及维持中的重要作用[7]。2017年,Staerk 等[8]报道了房颤的病理生理学过程,包括局灶肺静脉触发灶、微折返与大折返环、局灶来源的颤动传导、转子学说、多子波学说等,系统阐述了房颤电重构机制。

2010年,国内学者杨宝峰教授报道了miR-328参与房颤电重构的过程,该研究显示,miR-328 被发现通过靶向L型Ca2＋通道基因,负向调控电重构,影响房颤发生,并有望成为房颤干预的分子学靶点[9]。2013 年本团队的研究,显示miR-1通过靶向KCNE1、KCNB2,调控钾离子流,易化房颤的发生[10]。此外,研究发现lncRNA 可通过与miRNA 互作,参与房颤发生。2017 年进一步研究发现,lncRNA(TCONS_00075467)可与miR-328 互作,共同调控CACNA1C 基因,参与房颤的电重构过程[11]。提示miRNAs及lncRNAs可单独调控下游通路,也可互相作用,共同调控信号通路,改变心房肌离子通道,影响房颤发生。

3 非编码RNA与房颤的神经重构

心脏自主神经系统包括心脏内在自主神经系统与外在自主神经系统,心脏内在自主神经系统,即心脏神经丛被脂肪组织包绕着,分布在肺静脉根部,心脏神经丛之间存在互相联系,共同支配心脏的电生理特性[12]。本团队研究显示,神经丛作为“集成中心”调控外在自主神经系统与内在自主神经系统之间的相互关系,并在功能上作为联系窦房结与房室结之间的纽带,为临床上提供更优化的消融策略提供证据[13]。Calò等[14]报道显示,持续性房颤组,右房、房间隔、左房的交感神经明显再生,即为神经重构。在实验性房颤犬中,神经丛部位亦存在明显的交感与迷走神经重构[15]。

房颤的射频消融治疗,被认为有效的治疗措施,但其高复发率是目前难以解决的问题,研究者们一直在研究如何优化房颤的消融策略。2014年,Mao等[16]发表一项研究,心房神经丛消融8周后,心房再次出现明显的交感、副交感神经再生现象,为房颤射频术后复发的重要原因。本团队研究发现,心房有效不应期在射频消融后即刻明显延长,但仅仅持续至消融后1个月,6个月后逐渐恢复至消融前水平,同时交感与迷走神经均明显再生,提示消融远期房颤易复发与神经重构相关[17]。2017年,Kampaktsis等[18]荟萃分析房颤的射频消融疗效,发现与单独肺静脉隔离比较,联合神经丛消融可提高消融成功率,提示房颤的复发与自主神经重构密切相关。

本团队在实验性房颤犬中进行了miRNAs与lncRNAs的高通量测序,发现众多miRNAs、lncRNAs与房颤发生密切相关,miR-206可以通过SOD1-ROS通路及GCH1-BH4-NO 通路,介导氧化应激反应,通过不同的信号通路调控心房神经重构,影响房颤发生[15,19],同期发现TCONS_00032546可能通过调控CCND1-FGF19-FGF4-FGF3 基因簇,激 活 MAPK 通 路;TCONS_00026102 通 过 调 控SLC25A4,激活NF-kappa B 通路,参与房颤的神经重构过程[20]。不同的miRNAs与lncRNAs可分别介导氧化应激、MARK、NF-kappa B等通路,促进心脏内在自主神经再生及不均一分布,诱发房颤发生。

4 非编码RNA参与房颤诊断治疗的临床转化前景

在ncRNAs中,由于miRNAs的高度保守性,更适合于临床应用,早期,miRNAs被发现可用于肿瘤中的诊断及分子治疗靶点,干预miRNAs的表达后可影响肿瘤的生长特性。除肿瘤外,miRNA 也可用于房颤的诊断与早期预测,研究发现miR-214-3p与miR-342-5p对房颤的预测有较高的准确性,提示miRNA 可作为预测房颤发生的分子学标记物[21]。心肌梗死后大鼠心房miR-21表达水平下降,房颤持续时间缩短,提示miR-21将成为用于预防房颤分子干预的潜在靶点,miRNA-21抑制剂已应用于房颤的治疗[5]。另一项研究亦显示,房颤消融后复发的因素中,左房内径与miR-21是独立危险因素,提示miR-21为房颤射频消融后复发的重要分子,为预测房颤复发提供分子学证据[22]。外泌体通过其生理性转运功能与miRNAs被认为在房颤引起急性脑卒中起到重要作用,可能成为预测房颤引起脑卒中的新型分子标记物[23]。2017年,JACC报道了房颤目前的治疗中,基因干预方法是未来的方向,其中ncRNAs,可以通过基因干预预防或治疗房颤,尤其是针对miRNAs的基因组学治疗将成为未来房颤的新的治疗靶点[24]。房颤的射频消融成功率不理想,消融后复发的原因很多,其中,房颤消融后有众多miRNAs变化,提示,如果通过基因组学方法干预miRNAs的表达,可以改善消融的效果,提高成功率[25]。

综上所述,房颤具有高患病率、致残率及致死率的特点,心房重构与房颤的发生复发密切相关,主要包括:结构重构、电重构、神经重构等。非编码RNAs通过调控下游靶基因与信号通路,介导以上心房重构过程,诱发房颤发生并得以维持。非编码RNAs已成为目前临床上房颤诊断、预测的重要分子标记物,其相关基因疗法可能成为将来房颤的治疗及射频消融术后预防复发的有效手段。