miRNA在心房颤动研究中的作用及与中医药的相关性*

宋敏,廖岳闯,董昌武

安徽中医药大学,安徽 合肥 230038

心房颤动,简称房颤,是指规则有序的心房电活动丧失,代之以快速无序的颤动波,是严重的心房电活动紊乱[1]。房颤是临床上最常见的心律失常之一,也是心血管疾病死亡的主要危险因素之一。据2017年《中国心血管病报告》数据显示,全球房颤患病人数已经突破3 000万,其中,我国房颤患者约占全球患病人数的30%以上[2]。据估计,房颤的患病率在未来30年将呈持续上升趋势,特别是在社会人口指数处于中等水平的国家,该病将成为最大的流行病和公共卫生挑战之一[3]。由于病因复杂,医学界尚未明确房颤的潜在发生机制。但是,之前的实验研究和临床数据表明,该病的流行与心脏的严重电重构和结构重塑有关[4-5]。

miRNA是在真核生物中发现的一类内源性的负责转录后基因调控的非编码RNA,是一类大约20个核苷酸组成的小分子单链RNA。自1993年第一个miRNA被发现以来,已经有48 885个成熟miRNA被筛选鉴定出,并且存入miRBase数据库中[6]。近年来,多项研究证实miRNA已成为参与大多数生物过程的重要候选者之一,涉及多种疾病[7]。相关动物模型和临床试验研究结果表明,血清miRNA在房颤的发生发展、心房电重构以及结构重构中发挥着关键作用。部分研究表明,血清miRNA具有极强的稳定性,在心房组织和循环血液中较容易获得,因此将miRNA作为房颤诊断的新兴生物标记物和治疗靶点具有重要意义。

1 miRNA可能是房颤诊断的新型生物标志物之一

房颤是一种常见的心律不齐,目前已经明确的可作为房颤生物标志物的有肌钙蛋白、B型利钠肽等[8]。最近,房颤被认为受miRNA表达变化的调节,而miRNA的高稳定性和高表达性使其可能成为房颤诊断新兴的候选生物标志物之一。有学者在房颤患者及非房颤患者血清中选择miR-106b-3p、miR-590-5p、miR-339-3p、miR-378-3p、miR-328-3p 和miR-532-3p这6种高表达的miRNA来确认其表达水平[9],最终发现,这些miRNA的功能可能涉及心律失常、细胞凋亡、细胞增殖和房颤中的结构重塑等方面,6种miRNA的表达水平反映了房颤的病理生理学特征,这可能为开发用于诊断或检测房颤的新型生物标志物提供了技术基础。另外,有研究发现房颤患者和正常窦性心律患者在血清miRNA表达水平上差异较大。这些差异性miRNA,如miR-92b-3p、miR-1306-5p、miR-let-7b-3p等,可能通过影响多种生物学途径和信号通道参与房颤的发展[10]。上述结论为进一步研究miRNA与房颤的分子生物学关系及探索房颤的新型生物标志物提供了新的方向,并为研究房颤的潜在治疗靶标提供了理论基础。房颤中结构重塑的标志是心房纤维化,被认为在疾病发展中具有关键的作用,而miRNA被认为是房颤中发生纤维化重塑的潜在调节因子。Mun等[11]将室上性心动过速患者与房颤患者血清中miRNA进行对比分析,发现房颤患者miRNA表达水平均高达1.5倍以上,其中5个miRNA(miRNA-103a、miR-107、miR-320d、miR-486和miRlet-7b)的表达升高达4.5倍以上,并通过实验验证了上述 miRNA及其靶基因参与了心房结构重构、氧化应激和纤维化途径。研究表明,血清miRNA可用作反映房颤患者心房纤维化进展的新型生物标志物。Natsume等[12]发现,房颤患者中有4种miRNA表达水平显著上调,因此房颤患者血清miRNA可能是房颤的潜在生物标志物。但上述研究中并未提及某一特定miRNA作为房颤潜在生物标志物的重要作用。在之前研究的基础上,有学者发现miR-122可能与房颤中的心肌细胞增殖和凋亡的分子机制有关[14-15],这一发现提示miR-122可能是房颤诊断的生物标志物[13]。随后,有学者发现miR-21的减少与房颤的发展有关。另有相关研究发现,miR-1与miR-21二者的表达水平在房颤中均下调,提示两种miRNA可能是检测房颤的潜在血清学指标[16]。然而,此后的国外研究发现,房颤患者心房组织中 miR-1 和miR-21的表达水平与之前研究结论出现差异,房颤患者血清中miRNA-1的表达明显下调,而miR-21的表达上调,表明miR-1和miR-21通过引物调控参与了房颤的分子重构,这将为房颤的诊治提供重要的分子生物学依据[17]。血清miR-328作为新发现的调节因子,其参与房颤的具体分子作用机制有待明确[18]。Huang等[19]发现,miR-328-3p水平的高表达是房颤的潜在危险因素,同时miRNA-328参与房颤的具体分子作用机制可能是心房重构过程,其可能是早期房颤的潜在血清学指标[20]。随后,更多学者利用生物信息学技术以及分子生物学技术将目光投入miRNA及房颤的关系之中。Xiao等[21]推测miR-4298、miR-3125、miR-4306和miR-671-5p可能作为房颤诊断的重要生物标志物。Nopp等[22]发现,miR-150-5p、miR-127-3p、miR-1908-5p这3种miRNA可作为房颤患者早期心血管危险的潜在生物标志物。Harling等[23]发现,miR-483-5p在房颤患者血清中明显高表达,提示血清miR-483-5p水平升高可能预示着患者发生房颤的风险。后续有学者通过实验研究证实miR-483-5p与房颤发生发展相关[24-25]。这一发现为房颤的复杂机制研究开辟了全新视角,后续miRNA在评估房颤严重程度及预后等方面将发挥巨大的生物标志物潜力。

2 miRNA作为房颤的潜在治疗靶点具有重要意义

房颤与心脏的严重电重构和结构重塑有关,现有治疗方法仍然是抗凝、控制心室率等药物治疗及射频消融术等外科手术治疗,这些疗法均存在不良反应、高复发率等不足。为了进一步提高疗效并找到新的药物靶标,需准确找到心脏重塑过程中的具体分子机制。miRNA与房颤诱导的离子通道重塑和纤维化有关,可为房颤提供病理生理学微观解释或成为房颤治疗的新型靶标。现有研究发现,房颤患者血清miRNA的表达水平与没有房颤的个体相比上调明显,这些差异表达的miRNA可能是房颤发生发展的关键因素,可进一步用作房颤的预防和治疗靶标[26]。Lu等[27]发现,miR-328和房颤之间存在相互关系,并且可能成为心律失常的潜在治疗靶点。另有学者发现,miR-328通过靶向L型Ca2+通道基因促进房颤中的心房电重构,这项研究发现了房颤新的分子机制,并明确指出miR-328是房颤的潜在治疗靶标[28]。Zhang等[29]发现,miR-206的过表达抑制了超氧化物歧化酶1(Superoxide Dismutase,SOD1)的表达,表明SOD1可能是miR-206的直接靶标,提出miR-206可能是房颤的潜在治疗靶标。研究发现,房颤患者血浆中有高达40种不同表达的miRNA,其中有13种miRNA表达水平上调,27种miRNA表达水平下调,并且通过qRT-PCR验证表明,miR-124-3p、miR-378d、miR-2110和miR-3180-3p表达水平显著上调,而 miR-223-5p、miR-574-3p、miR-125a-3p表达水平显著下调。为了探索miR-124-3p与房颤之间作用的具体分子机制,将来自房颤患者的血浆miRNA与大鼠心肌成纤维细胞共同孵育,显示 miR-124-3p在心肌成纤维细胞中的表达上调,认为miR-124-3p可能是miRNA的潜在治疗靶标[30]。Xu等[31]发现,miR-324-3p在体外抑制了成纤维细胞增殖。此外,miR-324-3p直接靶向成纤维细胞中的转化生长因子β1,这可能与房颤期间心肌纤维化的发展有关。同时,miR-324-3p模拟物处理抑制了成纤维细胞中的PI3K/AKT信号通路,这些结果证实了miR-324-3p在体外调控成纤维细胞增殖的分子机制,可能为临床治疗房颤提供一种新的潜在手段。但目前miRNAs更多的是进行房颤动物模型的治疗,尚未有文献报道将靶向miRNAs相关技术运用于房颤患者的临床治疗。另一方面,结合miRNAs治疗房颤的具体方案并未被提出。今后的研究应更加重视将miRNAs作为靶点,结合现代医学技术与分子生物学技术为房颤患者的临床治疗而服务。

3 miRNA与房颤的中医药防治具有潜在相关性

中医证候研究属于中医学中一个尤为重要的科学研究,是辨证论治的起点和核心。中医证候是机体某一阶段的病理本质的概括,“有诸内必形诸外”,证候的发展过程体现着从分子、细胞到组织、器官以及各系统水平之间综合的动态变化全过程。证候的发展变化是一个动态化的全过程,这一变化具有整体性、时空性以及个体特异性等诸多特性。现代分子生物学研究的本质是将微观物质与临床征象相联系的过程,是中医整体观的延伸。中医学中的阴、阳分别代表事物相互对立的两个方面,疾病性质、临床证候等都可归属于阴或阳的范畴。阴阳是对各种病情从整体上作出的最基本的概括,是证候分类的总纲。miRNA是现代分子生物学的重要研究对象,已有研究提出,导致人体患病的可能分子机制之一是由于体内miRNA异常表达,使受其调控的靶基因出现异常表达,相关miRNA与靶基因制约关系的消长平衡状态被破坏,即机体的阴阳对立制约关系被破坏,从而导致疾病的发生。因此,宏观的中医证候与微观的miRNA之间具有潜在相关性[32]。

3.1 中医证候动态变化的特性与miRNA的生物学特征具有极度相似性miRNA参与多种疾病的发生发展,对于人体的生命活动具有重要意义。有学者提出,表观遗传学是中医证候多样性的部分物质基础,表观遗传学的微观指标可以作为中医证候的宏观鉴别的必要补充[33]。miRNA的表达受诸多因素的影响,是一个动态变化的过程[34]。miRNA及其表达的动态演变过程与临床上所出现的症状和体征具有紧密的内在联系,提示miRNA可能参与证候的发生和动态演变。miRNA在体液中能够反映疾病病理状态的存在,且能够在细胞间隙转移,应用基因芯片或者定量PCR等方法能够检测不同中医证候患者及正常人血液中的miRNA表达水平,通过研究miRNA表达谱,可以一定程度上反映证候的物质基础,有望找出与疾病中医证候相关的生物标志物,为临床证候诊断服务。

另外,miRNA与中医证候的相关性研究已经涉及消化系统、神经系统、心血管系统等诸多领域[35-37]。之前的研究发现,miR-126可能是原发性高血压肝阳上亢证的潜在生物标志物之一[38]。miR-199a-5p和miR-1283可能是EH血瘀证形成的特异性miRNA[39]。miR-483-3p、miR-4700-3p和miR-4745-5p可能是慢乙肝肝胆湿热、肝郁脾虚证的潜在标志性分子,另外,miR-129-2-3p是慢性乙型肝炎肝胆湿热证特征性的miRNA[40-41]。随着miRNA研究的不断深入,越来越多的证据表明,miRNA作为中医证候要素形成的具体生物学标志物具有重要意义[42-43]。研究发现,miR-146b-5p、miR-199a-5p及23个靶向miRNA形成了血瘀证的诊断网络。随着该诊断网络的进一步改进和验证,血瘀证更为客观的诊断标准可能会在临床实践中使用。从分子生物学机制的角度对房颤中医证候的形成进行研究,有利于提高房颤中医辨证的准确性。现有研究表明,调节基因表达的miRNA可能与房颤诱导的离子通道重塑和纤维化有关,再次从分子生物学的角度证明miRNA参与了房颤的发生发展[9]。

房颤属于中医学“心悸”的范畴,其发病因素多由外感或内伤,致气血阴阳亏虚,心失所养;或痰饮瘀血阻滞,心脉不畅所致。病因对应的证候所表达的是症状的机理,对于其本质缺乏微观的理解水平,因此,对房颤中医证候缺乏微观层面的认识。有研究提出了一种通过基因组学和生物信息学识别血瘀证潜在生物标志物的新方法[44]。今后,房颤中医证候要素生物标志物的研究应首先借助序列分析预测出与房颤相关miRNA靶点,并且利用生物信息学及分子生物学相关技术建立和房颤中医证候相关的miRNA多重调控网络,为从转录后水平阐明房颤中医证候的实质提供新的视角。

3.2 中医药通过miRNA调控网络防治房颤近年来,中医药防治房颤临床疗效较好[45-47],已逐渐被医药界所认可。中医药可能通过miRNA调控网络在房颤的治疗中发挥积极作用。以miRNA调控网络为切入点研究中医药治疗房颤的作用机制,关键在于miRNA调控网络的靶基因及其细胞分子网络[48]。

现有研究表明,多种中药含有保护心肌细胞、抑制细胞凋亡、促进细胞生长并通过调节miRNA来保护心血管系统的活性成分[49]。尹懿等[50]研究发现,加减炙甘草汤用于风湿性心脏病合并房颤的患者疗效显著,可通过调控miRNA-223及Cx43的表达水平,改善心功能指标。有研究发现,辛温通阳中药葱白提取物防治急性心肌梗死后室性心律失常的miRNA作用机制主要与调节 miR-15b-5p及miR-21的表达有关[51-52]。赵吉锐等[53]研究发现,柴胡三参胶囊可以降低心肌组织中miRNA-29表达水平、减少缺血性心律失常以及房颤发生。吴华慧[54]研究发现,养心汤能降低室性早搏患者血清miR-1水平,并对气血亏虚型室性早搏患者尿中羧酸酯、酰基辅酶A脱氢酶、异戊酸、酰基肉碱代谢产物具有调节作用。虽然目前已有多项研究针对中药方剂与miRNA调控网络之间的关系着手,但仍需从miRNA水平揭示中药方剂的具体作用机制。

针灸是中医学的重要组成部分,许多经络和穴位具有抗心律失常的作用,特别是与心率和血流量相关的穴位和经脉。有学者发现,脊髓电刺激干预犬房颤模型,安全性高,可操作性强。脊髓电刺激可改变房颤犬左心房肌的部分差异miRNA表达,包括miR-30b、miR-92b、miR-375、miR-500、miR-375等,它们可能是脊髄电刺激干预房颤的分子调控机制,进而可能是脊髓电刺激干预房颤的靶点。另外,左心房肌差异表达的miR-33a及miR-219-3p可能通过TLR4/NF-κB经典炎症信号转导通路参与调控房颤犬的炎症反应,影响房颤转归,有可能成为脊髓电刺激治疗房颤的靶点之一[55]。另有研究发现,电针减少大鼠再灌注心律失常发生的机制与其下调miRNA-1表达后Cx43表达的上调有关[56]。miRNA在中医药防治房颤中具有巨大的优势,今后应进一步从认识与房颤中医药相关的miRNA表达谱和靶基因着手,借助生物信息学技术,构建中医药防治房颤的miRNA分子调控网络,并尝试从血清miRNA水平准确阐释房颤中医药防治的具体作用机制。

4 展望

现有研究已证实,miRNA是房颤的关键调节者,作为一种新发现的、功能强大的基因表达调节剂,在房颤的诊断标志物及新型治疗靶点等方面具有重要意义。但目前尚无明确的miRNA被确定为房颤有效的生物标志物或治疗靶点投入临床使用。miRNA的多基因靶向能力在治疗复杂疾病方面具有巨大优势,miRNA模拟物或抑制剂临床应用的目的是将组织中异常表达的miRNA恢复到正常水平。现有研究存在一些局限性,之前研究的数据或结果存在不一致的情况,如房颤患者血清中同一miRNA的表达水平在不同研究结果中出现差异,可能是由于样本数量较小以及受性别、年龄、药物治疗等变量影响,可扩大样本量、控制变量影响程度以提高实验数据的准确性和可用性。今后研究的首要任务是通过筛选、鉴定等寻找可靠的miRNA,作为早期诊断、监测房颤的生物标志物。在房颤等复杂疾病的miRNA研究中面临的挑战是从诊断、预后和治疗应用的不同阶段使用科学分析方法获得的大量数据中准确鉴定靶向miRNA,结合现代医学技术与分子生物学技术为房颤患者的临床治疗而服务。

此外,目前关于miRNA与房颤中医证候相关性的研究不多,房颤中医证候要素形成的具体生物学标志物尚不明确,今后应积极寻找能够指导房颤中医辨证分型的有效生物标志物,并将其定量化、标准化。同时,从认识与房颤中医药相关的miRNA表达谱和靶基因着手,以miRNA调控网络为切入点研究中医药治疗房颤的具体作用机制。相信随着miRNA在房颤中医证候及中医药治疗中研究的不断深入,miRNA终将会成为中医药防治房颤的有利工具。