外泌体miRNA在心血管疾病中作用的研究进展*

杨海霞，徐鸿林，曹晓宇，赵艺杰，常 欣，孙 颖，其乐木格，谢 伟,2，邵 国，2, 鲍牧兰，2，巴德仁贵，2

(1.包头医学院内蒙古自治区低氧转化医学重点实验室,内蒙古 包头 014040; 2.包头医学院医学技术与麻醉学院神经科学研究所)

心血管疾病有着高患病率和高死亡率，是对成年人特别是中老年人身体健康产生严重威胁的常见疾病。每年因心血管疾病死亡的人口占全球死亡总人数的30 % 以上，目前已成为临床重点关注研究的领域。有研究表明心血管疾病与微小RNA(microRNA，miRNA)的调节关系紧密。近年来更是有研究证实了miRNA作为外泌体细胞间信息传递过程中重要的信号分子，参与相关信号通路的调节，并涉及心血管疾病的生理病理机制[1,2]。

1 外泌体miRNA及其特性

MicroRNA(miRNA)以多种形式存在于细胞内外，是一类长度约18～24个核苷酸并具有转录调节功能的微小RNA，通过与靶mRNA结合，来达到降解或抑制mRNA翻译，调节组织细胞生理过程的作用[3]。小部分miRNA通过以下3种途径由细胞内释放到细胞外环境中：①通过外泌体携带释放；②合并到脂蛋白颗粒；③与结合蛋白结合释放[4]。

外泌体是细胞内多泡体与质膜融合所释放的、直径在30～120 nm的囊性小泡。它具有脂质双分子层构成的球形结构，并携有蛋白质，脂质，核酸等生物分子，存在于大多数体液如尿液、唾液、血浆等或细胞培养液中，参与细胞间通讯[5]。外泌体中有不同类型的RNA，其中miRNA通过调节靶细胞的基因表达，与mRNA配对结合，从而抑制mRNA翻译，降低靶基因蛋白表达并调节受体细胞功能[6]。外泌体miRNA的稳定性非常高,其膜结构能够保护miRNA免受RNA水解酶的干扰，保证能稳定存在于血浆等其他体液中。此种特性也为细胞通讯相关研究提供了帮助，并提出了作为心血管系统疾病诊断的生物标记物的可能[7]。

2 外泌体miRNA与心血管疾病

2.1外泌体miRNA与心力衰竭 心力衰竭作为一类非独立性疾病，基本病因可追溯至多种心血管疾病，是心血管疾病发展到晚期的表现。它在人群中的发病率会随着年龄增长而增高，并伴随着心肌细胞肥大、间质纤维化等病理变化。据推算，2019年我国心衰患者高达700多万，已逐渐成为对人类危害最大的心血管疾病之一。Matsumoto等[8]采集了21例患者血清，运用microarray技术证明外泌体在心力衰竭进程中起到多种调节功能。通过进一步分析发现，miR - 192、miR - 194及miR - 34在患者血清外泌体中有显著增加，并与病发时左心室舒张状态显著相关。此外，外泌体miRNA还可参与心肌细胞的应激反应，介导心脏重塑[8]。Tian等[9]通过研究发现，心力衰竭时心肌细胞分泌的外泌体miR - 27a可通过抑制核因子E2相关因子2(Nuclear factor E2 correlation factor 2,Nrf2)翻译，介导心脏重塑过程。Qiao等[10]在人类体外实验中将患病心脏组织中的基质细胞与健康心脏组织中分离出的基质细胞进行对比，发现后者能够抑制心肌细胞凋亡。其具体机制是，从健康人类体内分离出的基质细胞中，外泌体miR-21通过调控程序性细胞死亡来抑制凋亡进程，同时miR-21通过抑制细胞中磷酸酶张力蛋白基因(Phosphatase tension protein gene,PTEN)达到增强蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB)活性来促进心血管形成过程，保护心脏细胞。Tijsen等[11]研究发现，在心力衰竭患者体液中，多种miRNA的表达呈上升趋势。经过进一步研究发现，共有7种miRNA(miR34-b、miR-34-c、miR-199-b、miR-210、miR-650、miR-223和miR-423-6p)的表达量在患者血浆中上升，其中miR-423-6p对心力衰竭有较强的灵敏度，能够达到诊断心力衰竭和非心力衰竭性呼吸困难的要求，证明其可能成为诊断心力衰竭新标志物。不仅如此，关于治疗心力衰竭，也有大量研究提供相关线索。Montgommery等[12]研究发现对患有心力衰竭的小鼠采取基因敲除技术除去miR-208a后，可以调节人同源性MutY基因(MutY homologue,Myh)的表达水平，进而减少伴随心力衰竭的心肌重构，增强心肌功能并为患者提供更多生存时间。

2.2外泌体miRNA与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是一种最为常见且重要的心血管系统疾病，全球范围内每年约有上千万人死于该疾病。作为一种缓慢进行性炎性疾病，动脉粥样硬化早期并无明显症状，特点是随着时间的推移，病变从内部开始，动脉壁变硬，脂质聚集形成斑块，并一直伴随着某些炎症反应。随着医学研究技术的进步，越来越多研究表明外泌体miRNA参与动脉粥样硬化的发生，是主要的发病机制之一。胆固醇是目前动脉粥样硬化斑块核心的主要成分，这也使得它成分水平变化成为了动脉粥样硬化形成的危险因素。Horie等[13]研究发现，miR-33的缺失会使巨噬细胞释放大量胆固醇，抑制动脉粥样硬化进程。研究同时发现了miR-122、miR-758和miR-299也可通过调控靶细胞基因、调节胆固醇代谢来影响动脉粥样硬化的病理进程。而在动脉粥样硬化形成过程中，还可通过降低外泌体miR-150释放量、控制巨噬细胞浸润来抑制动脉粥样硬化[14]。Wei等[15]在研究中发现，患有动脉粥样硬化的小鼠体内，巨噬细胞会释放更多携带miR-155的外泌体，抑制趋化性细胞因子表达，造成大量细胞聚集形成粥样斑块，加重动脉粥样硬化的病理进程。另有实验证实，丹皮酚能够减轻血管炎症损伤并降低外泌体miR-223表达，同样达到限制动脉粥样硬化发展的结果。除此之外，受到外泌体miRNA调节的平滑肌细胞在动脉粥样硬化中也有着至关重要的作用。无论是血小板释放的富含miRNA-223的外泌体，还是巨噬细胞释放的富含miRNA-222的外泌体，都可以进入到平滑肌细胞中，通过相应的信号通路来影响细胞的增殖与迁移，最终达到影响动脉粥样硬化斑块形成的目的。Balderman等[16]在实验中发现，用骨形成蛋白2(Bone morphogenetic protein 2,BMP2)刺激冠状动脉平滑肌后，Runx2的表达水平会有所提高，钙进化进程中的转录因子Runx2，在正常的组织细胞中常常在一个稳定的范围内保持平衡，但在BMP-2的刺激下，Runx2的表达水平激增。具体表现为BMP-2通过调节miR-30来调节Runx2表达水平使得血管钙化程度加重。

2.3外泌体miRNA与心肌梗死 心肌梗死作为能引发心脏重塑及慢性心力衰竭的突发性心血管疾病，它的发病率常年高居不下[17]。有研究证实，心肌细胞所释放的外泌体会根据细胞培养条件的改变发生变化，释放的外泌体携带着的信号分子含量也会随之显著改变。外泌体miRNA通过调节心肌细胞损伤和凋亡成为参与调控心肌梗死的关键成分，其中一些作为可能的新标志物对心肌梗死的早期诊断和治疗起到关键性作用[18]。具体研究数据表明，miR-1、miR-208、miR-499和miR-133等外泌体miRNA在心肌梗死的病理表现中具有高特异性，患者发病后心肌梗死区内miR-1的表达水平会有所下降，同时伴有心肌梗死面积扩大[19]。与此同时，患者血清和尿外泌体中miR-192表达水平会显著升高，提供了miRNA作为心肌梗死预测因子的价值[20]，在心肌梗死早期诊断和预后方面的前景也尤为突出。在缺氧再灌注损伤的心肌细胞中，miR-324通过调节caspase-3和p-P38-MAPK的表达抑制心肌细胞的增殖，并诱导细胞凋亡，同时，通过上调可降低缺氧心肌细胞中肿瘤坏死因子-α、p-p65和p-IκBα的蛋白水平，最终miR-324/SOCS3可能通过调节肿瘤坏死因子/核因子-κB信号通路改善心肌细胞缺氧再灌注损伤[21]。Li等[22]在相关研究中发现，心肌梗死患者病区的心肌细胞中，大量外泌体携带miR-17，通过影响金属蛋白酶的活性表达，减小患者心肌梗死的病灶面积，增强心脏回复功能。同时，研究还提出了miR-17→TIMP1/2→MMP9的信号通路，其中治疗靶点为miR-17。而Matsumoto等[6]研究发现，患者血清外泌体中发现的特异性miR-194、miR-34a和miR-192在病理过程中呈现增高趋势，而且经这3种外泌体miRNA预测的患者均在其后一年中再一次发生急性心肌梗死，提示了外泌体miRNA作为预后指标的研究价值。

3 展望

目前已确认的miRNA超千种，有三分之一参与人类基因调节，其中更有大量的miRNA参与调控蛋白靶基因。作为细胞之间传递信息，参与调控相关基因表达进而影响疾病进程的新载体，外泌体miRNA作为可能的疾病早期诊断标志物已经通过研究获得了广泛认可，被认为拥有极好的应用前景。随着外泌体miRNA在心血管疾病过程中的表达水平到作用机制的深入研究，越来越多的研究人员还挖掘出了它在治疗及预后方面的重要价值。但由于相关研究试验中，组织来源、检测方法、目标人群的不同，研究结果也有所差异，同时特异性表达及靶向传递等问题也需要更加严谨的技术手段解决，所以至今仍没有公认的研究证据可以证明外泌体miRNA在诊断治疗及预后方面的作用能够替代传统标记物。研究尚在起步阶段，相信随着医学领域的进步及后续的深入研究，在心血管疾病方面，将有更多关于外泌体miRNA的应用前景被提出和完善。