新型生物标志物microRNA在射血分数保留性心力衰竭中的研究进展

马倩 苟春丽 刘永铭

(1.兰州大学第一临床医学院，甘肃 兰州 730000； 2.兰州大学第一医院老年心血管科 甘肃省老年疾病临床医学研究中心，甘肃 兰州 730000)

随着人口老龄化日益加剧，近年疾病谱发生重大变化，心血管疾病跃居威胁老年人寿命及生命质量的首位，心脏功能结构退变日益彰显。心力衰竭(心衰)是一个全球健康问题，其中射血分数保留性心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)占心衰的55%左右，且逐年增加[1]。目前HFpEF的病理生理机制尚不明确，新观点认为它是由衰老和共病(高血压、糖尿病、肥胖、慢性阻塞性肺疾病、肾功能不全、心房颤动及贫血等)等多因素驱动下的全身慢性炎症反应、微血管功能障碍及心肌重构引起的综合征[2]。近年发现多个循环microRNA(miRNA)在HFpEF中升高，有望成为最具潜在价值的生物标志物。现对新型生物标志物miRNA的生物学优势及与HFpEF相关共病的关系，参与的重要机制以及应用价值进行综述，以期为HFpEF患者的诊断和治疗提供新思路。

1 传统生物标志物与miRNA的生物学特征

血浆脑钠肽和N末端脑钠肽前体(NT-proBNP)是目前诊断心衰和判断预后最广泛的生物标志物，但其在鉴别非急性心衰时准确性较低，且受到多因素影响[3]。需其他生物标志物来准确识别HFpEF，研究证实将miRNA与NT-proBNP结合明显提高了非急性心衰诊断的准确性[4-5]。

miRNA是长度为20～23个核苷酸序列内源性小非编码RNA[6]。细胞核中miRNA由RNA聚合酶Ⅱ转录加工后运送到胞质中被切割为成熟miRNA，调控靶miRNA降解和/或翻译抑制及基因表达，参与干细胞分化和细胞信号转导等多个生物学过程。另外，成熟miRNA可释放到循环中，以囊泡形式较稳定存在，其序列在进化上相对保守[2，7]。循环中miRNA半衰期长，测定血浆miRNA的异常变化有助于某些疾病早期诊断和鉴别[7]。大量研究证明miRNA在HFpEF的特定病理生理过程中发挥作用(表1)。

表1 HFpEF的主要病理生理机制中涉及的miRNA

2 miRNA与HFpEF的关系

HFpEF是衰老和共病参与的临床综合征，miRNA作为重要调控因子参与HFpEF的进展。研究证实，miR-18和miR-19参与转化生长因子-β(TGF-β)信号通路促心肌间质纤维化，调节心肌衰老[2]。此外，miRNA参与多个HFpEF共病的调控过程。心脏需高能量来维持自身功能和代谢，HFpEF中心肌能量代谢调节能力受损，而miRNA在心肌代谢中发挥作用[8]。据报道，超过50%的HFpEF患者超重或肥胖，其中约一半人患糖尿病，可预见HFpEF的心脏能量代谢会受影响[9]。对高血压合并HFpEF患者的研究显示，miR-26b、miR-208b和miR-499表现出明显差异[1]。已证实慢性肾脏疾病诱导左室肥厚型HFpEF患者中miR-212过度表达，以左室肥厚和舒张功能障碍为特征的HFpEF是慢性肾脏疾病的常见并发症[10]。左心功能障碍疾病(如HFpEF)导致的肺动脉高压是肺动脉高压最常见的原因，目前miR-206被确定为与HFpEF相关的肺动脉高压患者的潜在生物标志物[11]。

3 miRNA在HFpEF中的病理生理机制

3.1 miRNA参与HFpEF性别危险因素调控

HFpEF的患者多为老年女性，绝经后激素水平改变通过多通路影响HFpEF的病理生理过程。雌二醇通过调节miRNA使微血管免受炎症反应破坏及抑制间质纤维化，绝经期雌二醇缺乏导致炎症和纤维化，参与HFpEF的病理生理过程[12]。胚胎发育期间，为避免女性X染色体基因量失衡，其中一条X染色体随机失活，导致特定位点X连锁相关miRNA表达增强，其在线粒体自噬中充当辅助刺激因子，参与HFpEF的相关机制[13]。据报道，HFpEF合并糖尿病患者中女性更常见，X染色体特定位点调控miRNA表达增强可激活细胞对高糖的反应性，从而造成微血管炎症[14]。

3.2 炎症

目前对HFpEF的病理生理机制更倾向于一种炎症微血管模式：随着心脏衰老，冠状动脉毛细血管密度降低激活TGF-β信号通路，限制内皮细胞NO生物利用度，介导微血管炎症[15]。已证实HFpEF循环中炎症标志物(如肿瘤坏死因子-α和白介素-6/18等)升高，包括共病导致的全身炎症状态均有miRNA参与[6]。据报道，HFpEF患者心肌样本中内皮黏附分子表达上调产生活性氧，降低邻近心肌细胞对NO的生物利用度，导致肌联蛋白低磷酸化增加心肌细胞张力，使心脏硬度增加，miRNA通过调节肌联蛋白表达，参与HFpEF的病理生理过程[16]。

3.3 内皮细胞功能障碍和心肌细胞纤维化

心脏细胞外基质中成纤维细胞数量最多。HFpEF的微血管炎症过程，单核细胞系统释放TGF-β促进成纤维细胞分化为胶原。TGF-β介导肌成纤维细胞转化以及基质金属蛋白酶(MMPs)的转录抑制，使蛋白合成和水解平衡向基质胶原转变，是心肌间质纤维化的主要调控因子[17]。研究显示，TGF-β/Smad信号通路诱导生成丰富的miRNA，其中miR-21在HFpEF患者心脏富集，通过Smad2/3正向调节TGF-β通路。实验证实，在体内抑制miR-21可防止压力超负荷引起的心肌间质纤维化和心功能不全的发生[17-18]。经证实外源性miR-1可改善心肌细胞肥大、纤维化和凋亡[19]。可见，全身炎症背景下，miRNA协同表达形成一个转录后调控网络，导致微循环内皮细胞功能障碍，进而导致心肌细胞纤维化。

3.4 舒张功能受损

在心肌兴奋收缩偶联中，心肌细胞质内钙释放和再摄取受到复杂调控，与舒张功能密切相关。NO依赖的环-磷酸鸟苷在降低肌丝钙敏感性和促进肌肉松弛方面发挥作用[8]。HFpEF患者主要表现为舒张功能障碍，由于NO下游的环-磷酸鸟苷水平较低，导致磷酸化受损，肌浆网钙再摄取延迟，导致心肌细胞早期松弛延迟。肌肉特异miR-1转录后调节钙调节蛋白，同时负向调节基因Mef2a和Gata4的表达，它们作为关键基因介导钙调节[20]。在去甲肾上腺素刺激下，心肌细胞中miR-22表达上调，从而调节肌浆网Ca2+-ATP酶转运活性及钙再摄取[21]。心肌细胞松弛是耗能过程，心肌能量不足可导致舒张功能受损，许多研究显示miRNA参与心肌能量调节的多个环节，miR-29通过PGC-1α调节轴影响心肌能量代谢[4]。

4 miRNA对HFpEF的价值

HFpEF的诊断通常需复杂的心脏功能结构检查，现有的生物标志物、超声心动图和临床参数不足以识别HFpEF患者及评估治疗反应。miRNA参与微血管病理生理过程，可作为微血管功能障碍的辅助诊断工具，用于HFpEF高危人群筛查[22-23]。大量研究表明循环中miRNA是识别HFpEF患者的潜在生物标志物，作为NT-proBNP补充，有助于早期准确诊断心衰亚型，改善预后。Wong等[24]对正常人群和HFpEF患者全血和相应血浆样本进行miRNA分析发现，特定miRNA(miR-125a-5p、miR-190a和miR-638)可作为区分HFpEF和射血分数降低性心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)的潜在生物标志物。Watson等[25]的研究使用定量miRNA阵列实验，根据HFpEF和HFrEF中miRNA差异表达，证实特定miRNA可用于区分HFpEF和HFrEF。临床实践中射血分数可随病情进展或治疗改变，不同心力衰竭亚型之间存在着转换，表明不同病理生理机制可能在心衰亚型中起作用，而HFpEF和HFrEF转换的分子机制仍不明确，进一步研究不同的miRNA在不同亚型之间的改变，将有助于阐明HFpEF和HFrEF转换的分子机制。目前，HFpEF的动物实验显示，miRNA作为血管生成诱导剂或纤维化修饰物(如miR-21)可能成为治疗新途径[26]。基于以上特异性miRNA通路分析的研究，证实miRNA水平差异可能与HFpEF过程中几条潜在途径有关，有助于探索个性化治疗潜在靶点[27]。

5 结语

目前对于HFpEF尚无有效治疗方案，由于复杂的病理生理机制，单一通路、单一疗法很难取得可喜疗效，未来治疗方向可能是多通路、个性化综合治疗方案。无论对病因的控制，还是对病理生理的干预，均需更可靠的临床证据。目前对miRNA研究显示其有望成为HFpEF患者诊断、预后、分层管理和评估个体化治疗反应的潜在生物标志物。但对于miRNA的研究仍存在一些问题尚待解决，需多中心、大规模的临床试验及分析支持。总之，miRNA作为HFpEF的一种新型生物标志物，具有较好的临床前景。