miR-21与心血管疾病的研究进展

陈融融，李彦红

微小RNA(miRNA)是一类长度约为22个核糖核苷酸的内源单链非编码小分子RNA[1]，大量miRNA已被确定为心血管疾病的重要调节因子，其通过炎症、心肌细胞凋亡、心肌纤维化、心肌肥厚、血管生成、电重构等参与心血管疾病发生、发展。微小RNA-21(miR-21)是近年来研究较为深入的miRNA，本研究对miR-21与心血管疾病的研究进展进行综述。

人miR-21基因位于17号染色体q23.2区域，位于跨膜蛋白49(TMEM49)基因的第10个内含子区域，首先合成60～70个核苷酸的发夹结构前体miR-21，并将其输出到细胞质中，在细胞质中被RNAse Ⅲ切割为成熟的双链miRNA。两条链中的一条，乘客链(也称为miR＊，miR-21-3p)被释放和降解；另一条具有5′末端的不稳定链从双链体上剥离并转移到 Ago蛋白，成为引导链(也称为miR，miR-21-5p)，研究显示，miR-21的两条链均参与心血管疾病的发生、发展[2-3]。

1 miR-21与冠心病

Kumar等[4]研究发现，与冠状动脉正常者相比，急性冠脉综合征病人及稳定型心绞痛病人(冠状动脉狭窄程度>70%)血浆miR-21分别上调2.46倍和1.90倍，冠状动脉粥样硬化病人(冠状动脉狭窄程度在50%～69%)血浆miR-21上调1.12倍，提出miR-21可能是预测冠心病早期的生物标志物。miR-21通过抑制心肌细胞凋亡、抑制炎症及导致斑块不稳定等机制参与冠心病的发展过程。Hinkel等[5]在猪的左前降支阻断发生心肌梗死(MI)及心力衰竭(HF)模型中发现miR-21在左心室心肌的远端和边缘区逐渐上调，这与miR-21抗心肌细胞凋亡作用相关。已有研究证实，miR-21通过调节磷酸酶及张力蛋白同源基因(PTEN)/ 蛋白激酶B (Akt)/ B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)信号通路抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)的表达，减少心肌梗死后的心肌细胞凋亡，抑制靶基因程序性细胞死亡因子4(PDCD4)，保护心肌细胞免受过氧化氢(H2O2)诱导的心肌损伤。miR-21作为有抗炎作用的miRNA，可通过抑制促炎的核因子-κB(NF-κB)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，激活抗炎的白细胞介素-10(IL-10)，抑制冠心病血管炎症过程。Yang等[6]发现在结扎冠状动脉左前降支建立的心肌梗死模型早期炎症阶段，miR-21在心肌梗死边缘和梗死区的表达明显增加，miR-21可能通过靶向BTB结构域7蛋白(KBTBD7)和抑制p38和NF-κB信号活化，减轻心肌梗死后炎症、心功能障碍和不良重构。Danaii等[7]发现冠状动脉慢血流病人外周血单核细胞中抗炎因子miR-21降低。以上描述为miR-21在冠心病中的有利作用，也有大量研究描述了miR-21在冠心病中的不利作用。Gao等[8]研究发现，与ApoE小鼠相比，miR-21ApoE(双基因敲除，DKO)小鼠动脉粥样硬化病变较少，巨噬细胞减少，miR-21缺乏通过靶向抑制双特异性蛋白磷酸酶8减弱动脉粥样硬化形成和减少巨噬细胞浸润。He等[9]研究发现，miR-21与最大脂质池核心面积、病变血管数、巨噬细胞数、易损斑块数呈高度正相关，与纤维帽厚度呈负相关，血浆miR-21的表达水平越高，纤维帽的厚度越薄，最大脂质池的核心面积越大，纤维帽周围的巨噬细胞数量越多，斑块越不稳定。Darabi等[10]研究发现，miR-21通过抑制靶基因反转录富含半胱氨酸蛋白(RECK)，促进巨噬细胞分泌基质金属蛋白酶-9(MMP-9)，在斑块不稳定中起作用。支架再狭窄(ISR)病人血浆miR-21水平明显高于非ISR病人和健康病人，且弥漫性ISR病人血浆miR-21水平明显高于局灶性ISR病人。

总之，miR-21可抑制心肌细胞凋亡，减小心肌梗死面积，抑制冠心病炎症过程；同时参与冠状动脉斑块形成，导致冠状动脉斑块不稳定及心肌梗死后的不良心肌重构。

2 miR-21与高血压

miR-21在高血压病人血浆及组织中表达水平的高低及参与的病理过程有较多的争议。Shi等[11]研究发现，与正常大鼠相比，自发性高血压大鼠心肌组织中miR-21表达水平明显升高，且与舒张压成正比，miR-21通过PTEN/磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路参与高血压大鼠心肌组织损伤、炎症浸润等过程。Yildirim等[12]研究发现，与正常组相比，高血压病人血浆miR-21明显升高，且与收缩压、舒张压、颈总动脉内膜厚度(CIMT)、微量白蛋白尿(MAU)有关，伴有无症状器官损害病人的循环miR-21水平高于不伴无症状器官损害病人。Cengiz等[13]研究发现，与健康组相比，高血压亚临床颈动脉粥样硬化病人血浆miR-21表达增加，提出miR-21可能参与了高血压病人动脉粥样硬化过程的早期阶段。Watanabe等[14]研究发现，与正常对照组相比，已发生心脏肥大及纤维化的高血压病人循环及心脏组织中miR-21均明显升高，循环miR-21与纤维化标志物Ⅰ型胶原羧基末端肽(ⅠCTP)、Ⅲ型前胶原氨基端肽(PⅢNP)呈正相关，PⅢNP被认为是Ⅲ型胶原合成的间接标志[15]，在血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)或横向主动脉缩窄(TAC)方法制造的小鼠心脏重构模型中发现小鼠心脏组织中miR-21升高，抑制miR-21可以下调程序性细胞死亡因子4(PDCD4)，失活转录激活蛋白1(AP-1)/转化生长因子-β1(TGF-β1)，从而预防高血压心脏重构。与Watanabe等[14]结论相反，Yan等[16]研究发现在小鼠TAC和AngⅡ诱导的心肌肥大过程中心脏组织miR-21-3p表达降低，miR-21-3p的过表达通过沉默组蛋白脱乙酰基酶-8显著抑制TAC及AngⅡ诱导的心脏肥大。对比两者实验设计，发现TAC及AngⅡ处理时间不同。Wang等[17]研究发现，与正常对照组相比，高血压病人和自发性高血压大鼠的血浆miR-21-3p水平明显降低，且与收缩压和舒张压呈负相关，静脉注射重组腺相关病毒(rAAV)介导的miR-21-3p过表达通过抑制肾上腺素α2B受体调节血管平滑肌细胞表型转换，改善高血压血管重构及诱导高血压持续减弱，通过增加MMP-9水平和减少TGF-β1表达，减轻自发性高血压大鼠心脏肥大和纤维化，在之前的研究中，也确定rAAV介导的miR-21-5p表达可明显降低高血压大鼠的血压，减轻心肌肥厚。Li等[18]研究发现，高血压病人循环miR-21水平明显高于对照组，且与血压呈正相关，通过rAAV向自发性高血压大鼠递送miR-21，发现miR-21靶向线粒体DNA编码的细胞色素b(mt-cytb)升高，导致活性氧降低，线粒体中产生的过量活性氧被认为是高血压心肌病的原因，miR-21通过调节活性氧的产生，降低自发性高血压大鼠的血压和减轻心肌肥厚，指出高血压诱导的miR-21增高可能是代偿的一部分。TAC及AngⅡ处理的时间不同，小鼠高血压模型中miR-21表达不同，推测高血压病人血浆miR-21的表达结果与高血压病程长短有关。

3 miR-21与心力衰竭

miR-21在心力衰竭病人中表达升高，但与心力衰竭严重程度无关，miR-21通过参与心脏重构的过程加重心力衰竭的发生发展，也可以通过抑制心肌细胞凋亡、促进血管生成等促进心脏修复及减少心力衰竭病人再住院率。Ding等[19]研究发现，血浆miR-21-5p表达随着心力衰竭的发生而升高，受试者工作特征曲线下面积(AUC)为0.944，提出miR-21可能是心力衰竭病人新的生物标志物。Powers等[20]研究发现，犬快速起搏诱发的双心室心力衰竭模型中右室心力衰竭组心肌成纤维细胞miR-21表达增加，而左室心力衰竭组miR-21表达差异无统计学意义，抑制miR-21表达可以抑制右心室成纤维细胞的增殖，但不能抑制左心室成纤维细胞的增殖，这可能与右心室比左心室更高的纤维化程度有关，也可能与右心室和左心室成纤维细胞之间未知的生物学差异有关。有研究发现，心力衰竭合并糖尿病组循环miR-21的表达明显高于冠心病合并糖尿病组[21]，可能有助于预测无症状2型糖尿病病人急性心力衰竭的发生。已有研究证实，miR-21在衰竭心脏的成纤维细胞中高表达，miR-21通过抑制侧支发芽因子同源物1(Spry1)增强细胞外调节蛋白激酶(ERK)-促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)活性导致心脏肥大和心肌纤维化。射血分数保留型心力衰竭(HFpEF)大鼠心脏组织miR-21表达升高，miR-21通过上调Bcl-2的表达抑制心脏成纤维细胞凋亡，促进HFpEF的发展。部分研究者也发现了miR-21在心力衰竭发生、发展中的有利作用。Qiao等[22]比较了心力衰竭病人与正常人心脏组织中分离出的外泌体，心力衰竭病人外泌体中miR-21-5p明显降低，促血管形成和心肌细胞增殖的能力受损，恢复miR-21-5p的表达可以增强其修复功能，心肌细胞凋亡是心力衰竭发生和发展的一个重要过程，miR-21-5p通过PTEN/Akt途径促进血管生成和心肌细胞存活，促进心脏修复。心力衰竭急性失代偿期病人血浆miR-21水平升高，与失代偿期低水平miR-21的病人相比，高水平的miR-21病人表现出更高的24个月生存率和更低的住院率，这可能与miR-21抑制细胞凋亡有关[23]。

4 miR-21与心房颤动

Shen等[24]通过荟萃分析发现，亚洲人群循环及组织中miR-21在心房颤动病人中始终失调。miR-21通过参与心脏结构重构和电重构，进而参与心房颤动的发生、发展，但其在心房颤动病人血浆中表达水平的高低有争议。陈琳琳[25]研究发现，心房颤动病人血浆miR-21较正常病人明显升高，心房颤动射频消融后复发组血浆miR-21较未复发组明显升高。Zhelankin等[26]研究发现，心房颤动病人血浆miR-21-5p在CHA2DS2-VASc评分≥2分的病人中升高，且与CHA2DS2-VASc评分呈正相关。Zhang等[27]研究发现，慢性间歇性缺氧组(CIH)大鼠心房间质胶原沉积较高，且心房颤动诱发率增高，miR-21通过Spry1/ERK/MMP-9、PTEN/PI3K/Akt通路参与心房颤动病人心房的结构重构。Tao等[28]研究发现，心房颤动病人心脏成纤维细胞miR-21升高靶向下调E3泛素连接酶，导致心脏成纤维细胞增殖，心脏胶原蛋白体积分数增加。McManus等[29]研究发现，心房颤动病人血浆miR-21较非心房颤动病人低2倍，阵发性心房颤动病人血浆miR-21水平低于持续性心房颤动病人，心房颤动病人心房组织中miR-21的表达明显低于非心房颤动病人，射频消融术后1个月血浆miR-21表达增加3倍。Sieweke等[30]研究发现，与非心房颤动病人相比，心房颤动病人血浆miR-21显著下调，miR-21和N末端脑钠肽前体(NT-proBNP)与心房重构的超声心动图参数相关，两者联合检测可以预测心房颤动，但未发现miR-21与脑卒中无关。Li等[31]通过生物信息学分析发现，外周血miR-21与心房颤动病人脑卒中的高风险有关。心房颤动可以增加心肌细胞内miR-21的表达，miR-21可以降低L型Ca2+通道(ICa，L)密度，ICa，L密度的降低是电重构的标志，导致心房颤动的复发和维持。大鼠无菌性心包炎模型中心脏组织白细胞介素-6(IL-6)、信号转导和转录激活因子3(STAT3)和miR-21均明显上调，STAT3/miR-21形成正反馈环促进大鼠无菌心包炎心房纤维化而导致心房颤动，将心脏成纤维细胞经IL-6培养后，miR-21及STAT3表达均增高。在大鼠无菌性心包炎模型中炎性因子IL-6可以促进miR-21的表达，临床中miR-21参与心房颤动的发展是否有炎症的参与及miR-21是否与心房颤动相关脑卒中有关值得进一步研究。

5 miR-21与其他心血管疾病

miR-21不仅参与常见心血管疾病发生、发展，也参与肺动脉高压、主动脉瘤、扩张型心肌病(DCM)及病毒性心肌炎的发生与发展。miR-21通过抑制Rho激酶活性导致血管生成和舒张减少、下调骨形态发生蛋白受体(BMPR2)表达，使肺动脉内皮细胞从静止型转变为增殖型，促进肺动脉高压的发生和发展[32-33]。DCM病人心尖、左室和右室中miR-21上调、Bcl-2表达增加，这与miR-21抗凋亡机制有关，miR-21及Bcl-2表达增加可能是DCM病人的一种代偿机制[34]。Goldberg等[35]发现病毒性心肌炎急性期血浆miR-21明显升高，亚急性期没有变化，缓解期/慢性期降低2倍。

6 结语与展望

miR-21参与心血管疾病发生、发展过程，既有有利的一面，也有不利的一面。miR-21靶向治疗心血管疾病的过程中，需要发挥其抑制心肌细胞凋亡、抑制炎症及促进心脏修复的功能，还是抑制其导致的心脏重构及冠状动脉斑块形成的过程，值得进一步思考与探讨。miR-21参与心房颤动的发生是否与炎症有关及miR-21是否与心房颤动脑卒中有关也值得进一步探讨。