microRNA在心血管疾病中的研究进展

李文慧 张洪亮 王 越 董 建 李丹阳 金鑫馨

佳木斯大学附属第一医院心内科，黑龙江佳木斯 154003

随着生命科学进入后基因组时代，人们已经不满足于对编码蛋白质基因的研究，而是开始着眼于探寻非编码基因的相关功能。微小RNA（microRNA，miRNA）的发现为人类基因调控的研究提供了新的方向。1993年Lee等[1]从秀丽隐杆线虫中发现lin-4通过与表达lin-14蛋白的信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）结合并抑制其表达以调节线虫的发育。这一发现被视作线虫独有的生物学现象而未引起科学家们的重视。直到2000年，研究人员发现let-7[2]，这种在真核生物体内广泛存在且高度保守的非编码小RNA才被大家所关注。目前已知的人类miRNA有3000个以上，最初的分析推测其可调控人类至少三分之一的编码基因[3-4]。也就是说miRNA为多种疾病的诊断、治疗及预后提供了潜在靶点。本文将重点叙述miRNA与心血管疾病的关系与相关研究进展。

1 miRNA的形成及作用机制

1.1 miRNA的形成

miRNA是一类长度为18～25个核苷酸组成的一类非编码小RNA。其中有大约35%～52%经生物信息学分析表明存在于编码蛋白质基因的内含子中[5]。miRNA的生物发生是一个复杂的过程，需要细胞核和细胞质两个阶段[6]。首先大多数miRNA由RNA聚合酶Ⅱ从miRNA相关的DNA或内含子中加工成为具有5’帽状结构的多聚腺苷酸RNA链，称为初级miRNA（pri-miRNA）。PrimiRNA随后被由DGCR8和核糖核酸酶Drosha组成的复合物微处理器切割成为长度为70nt左右的发夹样双链RNA，称为前体miRNA（pre-miRNA）[7]。之后pre-miRNA被Exportin-5从细胞核导出至细胞质中，在胞质中被Dicer进一步切割成长约22nt的双链miRNA。miRNA双链与miRNA诱导的沉默复合物（RISC）结合，随后miRNA双链被Argonaute蛋白解开，成熟链留在RISC中与靶mRNA结合发挥基因调控作用，而另一条乘客链则被水解[8]。

1.2 miRNA的作用机制

miRNA通过与靶mRNA的3’非翻译区（3’UTR）相结合在转录后水平调控基因表达。其中miRNA的5’端2～8位核苷酸被认为决定了与靶mRNA 3’UTR的配对特异性而被称为种子序列[9-10]。miRNA与靶mRNA的结合方式有完全互补配对和不完全互补配对两种。若miRNA与靶基因完全互补配对则靶mRNA被降解；若两者不完全互补配对，则靶mRNA的翻译被抑制而不影响mRNA水平。越来越多的证据显示miRNA广泛参与了生物发育以及疾病发生、进展的各个环节。miRNA已经可以从血液、唾液、尿液等体液中被分离出来用以作为疾病的新型生物标志物[11]。目前用于检测miRNA的方法有定量聚合酶链式反应（PCR）、微阵列分析以及RNA测序等[12]。

2 miRNA在心血管疾病中的作用

根据美国心脏病协会（American Heart Association on Heart Disease and Stroke）的数据统计。全球范围内每年大约有1730万人死于心血管疾病及相关并发症[13]，并且这个数字还在逐年增加。miRNA的发现和研究为诊断和治疗心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）提供了新的思路。

2.1 miRNA与心力衰竭

心力衰竭是大多数心血管疾病的终末表现及死亡原因。损伤因子使心肌细胞肥大、坏死、凋亡出现心肌重构现象从而引发心肌损伤、心力衰竭[14]。研究表明多种miRNA分子参与了心肌重构的过程。miR-1作为心肌细胞中特异性表达的miRNA在心力衰竭心脏中表达下调。在主动脉缩窄的大鼠模型中，miR-1的表达水平与心肌肥厚程度成反比，说明miR-1具有抑制心肌肥厚的作用[15]。此外，miR-21在心脏纤维化过程中表达上调，针对miR-21的胆固醇修饰拮抗剂的应用可预防纤维化和心肌肥大[16]。此外在糖尿病心肌病中，miR-133a和miR-373都参与了心肌细胞增强因子2C（MEF2C）信号转导，MEF2C通过激活p300基因介导心肌纤维化[17]。miR-155作为一种多功能miRNA也在心衰患者血清中上调并与患者的预后指标左心室质量指数呈正相关[18]。除此之外研究还发现衰竭心脏与正常心脏相比尚有miR-25、miR-30等表达下调，以及miR-195、miR-199a/b等表达上调[19]。

2.2 miRNA与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种血管壁的慢性炎症性疾病，主要涉及血管内皮细胞功能障碍以及脂类物质在血管壁的异常沉积。目前主流的治疗方法为经皮冠状动脉介入术或冠状动脉旁路移植术[20]。然而这两种方法均有造成血管损伤的风险，有很大一部分患者需要二次干预。miRNA的出现为动脉粥样硬化提供了潜在的治疗靶点。miR-145是维持血管平滑肌收缩性与分化水平的关键因子。研究表明在载脂蛋白E缺失的小鼠体内，过表达miR-145可减小动脉粥样硬化斑块的大小并诱导斑块向更稳定的表性转化[21]。此外miR-222也通过靶向p27来抑制血管平滑肌的增殖来稳定斑块[22]。同时miR-21、miR-34a等miRNA也在动脉粥样硬化模型中大量表达并检测到它们的靶基因相应下调[23]，说明它们可能也参与动脉粥样硬化的进程。还有研究表明在剪切应力的影响下血管内皮细胞会释放一系列稳态因子并表达相应miRNA以对抗动脉粥样硬化进程，但两者之间的对应关系尚不完全清楚[24]。

2.3 miRNA与心肌梗死

心肌梗死是由于心肌的急性缺血导致的心肌组织的损伤，是人类心血管疾病的主要死亡原因。miR-126在内皮细胞特异表达，心肌梗死后miR-126表达升高对缺血后心肌内血管新生有重要作用，它主要通过抑制Spred-1的表达，减弱其对血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）激活的信号通路的抑制作用从而促进血管新生[10]。此外miR-1和miR-208也在心肌梗死大鼠模型中表达增加，且miR-1水平与梗死面积呈正相关[25]。有趣的是在急性心肌梗死患者的尿液中miR-1水平同样增高，可达健康人的60倍，而miR-208却水平很低不易检出[26]。急性心肌梗死后循环中增高的还有miR-21、miR-499等[27]。在所有这些增高的miRNA中miR-499的特异性和敏感性较高，因其在心肌梗死后的4 h内即可被检测到，检测时间早于临床通用的肌钙蛋白[28]，因此有望取代肌钙蛋白成为新的心肌损伤标志物。

3 miRNA在心血管疾病诊断及治疗中的挑战与展望

当然科研工作者在研究miRNA的过程中同样遇到了一些挑战，例如未经修饰的寡核苷酸会被血液中的核酸酶降解，要如何选用正确的化学修饰以保证其在循环中的稳定性；以及一些核苷酸序列在经过化学修饰后出现需求功能之外的分子毒性，要如何避免这种毒性给机体带来的额外伤害[29]；还有如何选用正确的给药方式以确保目的基因能顺利传递到靶基因。这些都是亟待解决的问题。

miRNA作为基因表达调控网络的关键环节在心血管疾病中的作用已经日渐受到国内外研究人员的关注。其在心血管系统的特异性表达为心血管疾病的诊断治疗及预后提供了新的思路。miRNA作为新的生物标志物及治疗靶点在不久的将来必会为患者带来福音。