MicroRNA在心力衰竭诊断、治疗及预后中的研究进展

李 思 综述，崔 颖 审校

北京市丰台区丰台中医院(南苑医院)心内科，北京 100076

心力衰竭是一种由于心脏器质性或功能性疾病导致心室充盈和射血能力降低，不能满足机体器官和组织代谢需要而引起的复杂临床综合征[1]。它是最危及生命的心血管疾病，在发达国家和发展中国家都造成巨大的社会和经济负担[2]。随着人口老龄化的加速和医疗水平的不断改善，心力衰竭患者的数量将会进一步增长。目前心力衰竭已成为全球重要的公共卫生问题，许多患者生活质量明显下降，同时因心力衰竭失代偿状态反复入院治疗，占用了大量的医疗资源，严重增加了患者、家庭和社会的经济负担。因此，亟需针对心力衰竭开发敏感、精确的诊断、治疗及预后评估技术。

目前，脑利钠肽(BNP)和N-末端脑钠肽前体(NT-proBNP)被推荐用于心力衰竭的诊断和预后评估。然而，血清BNP和NT-proBNP水平易受肥胖、年龄、肾功能、心房颤动、血栓栓塞等影响。因此，迫切需要准确性更高和临床更适用的生物标志物。有研究表明microRNA(miRNA)可以在包括心力衰竭在内的多种疾病的诊断、治疗和预后评估中发挥生物标志物作用[3]。因此，本文对近年来miRNA作为潜在生物标志物在心力衰竭的诊断、治疗及预后中的研究进展作一综述，以期为心力衰竭患者的治疗和管理提供参考依据。

1 miRNA的结构特征

miRNA是一类长度为21～25个核苷酸的小型非编码RNA，具有负调节基因表达的作用，可以有效地调控转录后翻译的效率以及靶mRNA的稳定性。miRNA在细胞核内进行编码并在RNA聚合酶的作用下形成初级miRNA，然后再经Drosha酶以及DGCR8结合蛋白加工，形成含有60～70个核苷酸的茎-环状结构的前体miRNA复合物。随后，鸟苷酶依赖性核浆转运因子Exportin-5通过识别前体miRNA3′末端的两个碱基而与之结合，并且将前体miRNA输出到细胞质。Dicer酶识别前体miRNA双链的5′末端磷酸基和3′末端二碱基突出，生成一个结构类似于小干扰RNA(siRNA)的二聚体，随后在RNA解旋酶的作用下使双螺旋解旋，互补链被降解；而另一条则被结核菌素纯蛋白衍生物家族识别，形成RNA-蛋白质复合体，进而形成成熟的21～ 25个核苷酸长度的双链miRNA分子，最终进入RNA 诱导沉默复合物中发挥其生物学作用。

自1993年首次在秀丽隐杆线虫中发现miRNA以来，它们在不同生理和病理条件下的作用已得到广泛研究[4-5]。miRNA与许多人类疾病相关，包括糖尿病、心血管疾病、肥胖和癌症等。成熟的miRNA作为循环miRNA进入血液后，可以在各种体液中检测到。虽然miRNA分泌到细胞外空间和血流的机制尚不完全清楚，但也有学者试图解释其分子机制过程，例如通过膜囊泡或通过蛋白质-miRNA复合物[6]。此外，体液中miRNA水平的变化反映了miRNA在心肌细胞或其他类型的心脏相关细胞(如心脏成纤维细胞)中的调控机制。

2 miRNA的生物学功能

在与心力衰竭相关的不同病理和生理过程的生物学功能研究中发现，miRNA可以有效调节基因表达、信号通路、细胞功能以及心肌功能。进一步研究发现心力衰竭患者心脏多种miRNA表达水平存在差异[7-9]，证实其在心力衰竭的发生、发展过程中发挥重要调节作用，主要涉及心肌肥大、心肌纤维化、心脏能量代谢异常等方面。

2.1miRNA调控心肌肥大 miRNA-1和miRNA-133已被证实是与心肌肥大、心脏纤维化和心律失常相关的信号通路中的关键分子[10]。这可能是由于miRNA-1和miRNA-133对细胞内钙水平平衡具有调节作用，从而改变了自律性和心电导。体外和体内研究表明，miRNA-1过度表达会抑制心室肌细胞扩张，继而导致心律失常，而降低miRNA-1的表达水平是细胞量增加所必需的[11]。miRNA-133可以通过调节细胞内钙浓度，或通过抑制ANP和β-肌球蛋白重链(β-MHC)的mRNA翻译等对心肌肥大起到保护作用[12]。ZHAO等[13]发现在新生心肌梗死细胞中沉默miRNA-208后可抑制心肌细胞凋亡、肥大和纤维化，并能显著改善心脏功能。WANG等[14]发现miRNA-223可以通过降低细胞内钙浓度、抑制心肌细胞收缩力和磷酸化心肌肌钙蛋白I(cTNI)来缓解心肌肥厚。miRNA-124也可以通过抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥大和改变收缩蛋白的表达，对心肌肥大产生显著抑制作用[15]。

2.2miRNA调控心肌纤维化 据报道，有超过 20 种不同的miRNA与心肌纤维化有关[16-18]。如miRNA-21可以通过刺激心脏成纤维细胞中的丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)，实现在心脏成纤维细胞中的表达。因此，miRNA-21可以成为心力衰竭心肌纤维化诊断和治疗的靶标[19]。此外，敲除miRNA-22的小鼠易发生心肌纤维化、心室扩张及心脏功能失调[20]。CHENG等[21]发现miRNA-98能抑制转化生长因子-β(TGF-β)诱导的人心脏成纤维细胞纤维化。LAI等[22]也发现在衰竭的心脏组织中，miRNA-29在成纤维细胞中可以降低胶原蛋白表达并抑制纤维化过程。

3 miRNA作为心力衰竭潜在的诊断、治疗和预后靶标

3.1miRNA作为心力衰竭的潜在诊断靶标 miRNA水平与某些与心力衰竭严重程度相关的特征(包括射血分数或实验室预后)之间存在利弊关系。有研究对心力衰竭患者中的miRNA表达水平做了Meta分析，结果发现与健康人群相比，有16个miRNA在心力衰竭患者中表达水平具有差异性，包括3个miRNA表达水平上调，13个miRNA表达水平下调[23]。LI等[24]研究了急性心力衰竭患者miRNA-302家族成员的血浆水平，并与无急性心力衰竭的患者和健康对照人群的水平进行比较。结果表明，急性心力衰竭患者的血浆 miRNA-302s水平显著升高，miRNA-302b-3p的曲线下面积(AUC)最高，为 0.87。此外，他们还发现miRNA-302s和NT-proBNP水平之间呈正相关。OVCHINNIKOVA等[25]发现了12种miRNA对急性心力衰竭的诊断潜力，其中有7种(miRNA-18a-5p、miRNA-26b-5p、miRNA-27a-3p、miRNA-30e-5p、miRNA-106a-5p、miRNA-199a-3p和miRNA-652-3p)通过了Bonferroni 校正阈值。目前有研究建议将miRNA与BNP或NT-proBNP的组合作为当前心力衰竭等心血管疾病诊断的最佳策略[26]。

3.2miRNA作为心力衰竭的潜在治疗靶标 由于miRNA在心力衰竭的病理生理学中发挥着重要作用，因此，miRNA在包括心力衰竭在内的多种疾病中的靶向治疗已成为最近研究的一个兴趣点。有研究发现，miRNA-132的抑制剂CDR132L可以导致血浆中miRNA-132表达量降低，使得心力衰竭患者心脏功能得到改善[27]。但目前鲜见临床试验研究miRNA是否对急性心力衰竭患者具有治疗作用。有部分研究已经发现，通过抑制miRNA-24的表达，急性心力衰竭患者的临床体征得到明显改善[28]。考虑到miRNA在多个器官中都具有不同的生物学功能，在心力衰竭患者中使用拮抗剂和miRNA模拟物进行全身治疗也可能影响其他器官。因此，靶向miRNA治疗心力衰竭需要对其他细胞和组织中的生理反应和表达水平进行全面评估，防止出现不良反应。

3.3miRNA作为心力衰竭的潜在预后靶标 预后对于心力衰竭患者的管理和后续干预决策至关重要。尽管发现多种miRNA在心力衰竭中具有诊断作用，但很少有研究报告miRNA在临床上对心力衰竭预后的评估作用。目前仅发现了部分miRNA具有潜在的预后判断的价值，如SERONDE等[29]观察到miRNA-423-5p可以预测急性心力衰竭患者同年再次入院和年死亡率，血清miRNA-423-5p表达水平较低的患者死亡风险较高。该研究还发现miRNA-182的预后价值甚至高于NT-proBNP和高敏C反应蛋白(AUC分别为0.695、0.350和0.475)。OVCHINNIKOVA等[25]也发现在急性心力衰竭患者入院后48 h内，let-7i、miRNA-18a、miRNA-18b、miRNA-223、miRNA-301a、miRNA-423和miRNA-652表达水平降低，且与180 d内死亡率的上升明显相关。XIAO等[30]报道miRNA-30d可以预测急性心力衰竭患者1年内的死亡率，这也反映了其作为急性心力衰竭的预后生物标志物的潜在价值。BAYES-GENIS等[31]在一项2 203例受试者中开展的两个独立队列研究中发现，miRNA-1254和miRNA-1306与慢性心力衰竭患者的死亡和住院风险增加相关。以上这些研究结果证实了miRNA可以作为潜在候选物用于心力衰竭预后判断，以提供有价值的临床信息。

4 miRNA作为心力衰竭生物标志物的局限性

虽然目前针对miRNA的研究使得其可以成为包括心力衰竭在内的心血管疾病无创诊断的生物标志物，但其在临床应用方面具有一定的局限性，特别是在心力衰竭标本的收集、处理再到数据分析过程中，建立准确、可靠的miRNA体系用于诊断、治疗和预后依然具有挑战性。首先，目前血清或血浆仍是标本选择和处理的首选，但此类标本中miRNA的表达水平较低，这在一定程度上阻碍了miRNA的检测。此外，miRNA的血清水平高于血浆，表明血清样品可以防止在样品制备过程中血小板和白细胞引起的潜在干扰。因此，使用相同类型的耗材和同步采样对于患者、对照组以及避免样品溶血很重要，这可以最大限度地减少患者选择和分组之间的差异。其次是miRNA测量方法的选择。目前最常用的方法是RT-qPCR，与其他方法相比，该方法更灵敏且更具成本效益，但其主要限制是无法检测新发现的miRNA。再次，在miRNA的治疗方面仍面临许多局限，如靶向性不强、miRNA调控药物的转运等。一个miRNA能够调控众多基因的表达，一个miRNA的调节也可以引起其他未知的miRNA的变化，从而导致诸多不良反应。最后，miRNA表达水平的标准化可能很难，因为miRNA的表达水平随着生理和病理条件的变化而会产生波动。不同miRNA表达变化引起的心力衰竭临床表现较为相似，而不同类型心力衰竭引起的miRNA表达变化也可能相似，这也在一定程度上反映了miRNA生物学的复杂性。

5 展 望

目前已有众多研究表明了miRNA作为心力衰竭诊断、治疗和预后评估的生物标志物的巨大潜力。尽管对于哪种miRNA最适合还没有完全共识，但许多研究已经验证了一些miRNA的适用性，只是仍需要进行广泛的研究以将它们推向临床应用。随着miRNA在转录组学、宏基因组学、生物信息学等的快速发展，深入研究miRNA对寻找和识别新的特异靶基因，了解并阐述miRNA与心力衰竭等心血管疾病的关系具有重大意义。