非编码RNA与先天性心脏病合并肺动脉高压关系的研究进展

2023-08-18郭光伟杨少俊

中西医结合心脑血管病杂志 2023年10期

曹策,郭光伟,李强,杨少俊

先天性心脏病(congenital heart disease,CHD)是一类常见的婴幼儿缺陷疾病,受到遗传、环境及母体健康等多因素的影响,表现为心脏结构和功能的异常。据世界卫生组织统计数据显示,每年有超过150万的活婴伴有不同程度的先天性心脏病,从房间隔缺损、室间隔缺损到复杂的法洛四联症(TOF)、大动脉转位等,同时我国先天性心脏病发病率也在逐年攀升,围生期总发病率可达2.9%,以室间隔缺损和动脉导管未闭最为常见[1]。作为先天性心脏病严重的并发症之一,肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)的诊断标准是在平静状态下通过右心导管测得平均肺动脉压力(mPAP)≥25 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),肺动脉楔压(PAWP)≤15 mmHg和肺动脉阻力(PAV)>3 WU/m2[2]。目前先天性心脏病合并肺动脉高压(CHD-PAH)的具体发病机制尚未完全明确,主要病变部位存在于肺小动脉,考虑可能与内皮细胞受损、长期慢性炎症、平滑肌细胞增厚、肺血管重建和原位血栓相关[3]。在疾病进展过程中,由于大量血液异常分流,肺动脉压力升高和阻力持续增加,导致先天性心脏病常伴有肺动脉高压,随着压力不可逆地升高还会出现右向左分流,即艾森曼格综合征(Eisenmenger syndrome,ES),治疗效果差,预后常常不佳,早期诊断和及时干预显得尤其重要[4]。

目前国内外用于CHD-PAH的诊断方法主要有经右心导管测压(right heart catheterization,RHC)、超声心动图(ultrasonic cardiogram,UCG)及心脏磁共振技术(magnetic resonance imaging,MRI)。UCG是一项评估先天性心脏病病人病情发展的基础工具,主要适用于心脏结构异常,但对于心脏血流动力学定量评估不够精准[5]。MRI技术作为一项新的补充检测技术,近年来在临床推广使用,通过提高时间和空间分辨率更加直观地检测肺血管轴径,对PAH有一定预测能力。UCG和MRI最终都需要RHC确定结果。RHC是诊断PAH的金标准,但属于有创操作,缺乏经验会出现严重并发症,不易多次重复进行。随着RNA测序技术的产生和快速发展,非编码RNA(ncRNA)作为一类不参与基因转录的特殊RNA,逐渐成为心血管疾病领域的研究热点,其中微小RNA(miRNA)、长链非编码RNA(LcnRNA)和环状RNA(cricRNA)都被证实与先天性心脏病、冠心病及高血压相关[6]。现就非编码RNA与CHD-PAH关系的研究进展综述如下。

1 miRNA与CHD-PAH的关系

1.1 miRNA概述 miRNA是一种核苷酸数目介于18～25的内源性双链非编码RNA,几乎存在于各种类型细胞中,参与心血管系统、神经系统和癌症等多种疾病的调控。miRNA由RNA聚合酶Ⅱ介导,在DNA非编码区进行转录,生成发夹环结构的原始miRNA(pri-RNA),经由Drosha和DGCR8复合体剪接为前体miRNA(pre-miRNA), 被Expotin5蛋白转运到胞质中,被Dicer酶处理成为成熟miRNA。根据互补配对原则与mRNA的3′或5′非编码区结合,通过简单切断mRNA或抑制mRNA翻译,实现目标基因表达和调控蛋白质翻译[7]。

1.2 miRNA对CHD-PAH的影响现有研究表明,miRNA的异常表达与CHD-PAH有密切的联系, Chen等[8]运用微阵列测序法分析了14例室间隔缺损合并重度PAH的病人和16例单纯室间隔缺损病人miRNA表达谱的差异,并用定量聚合酶链式反应(PCR)技术进行验证发现78个miRNA出现变化,其中miR-19a、miR-130a和miR-27b出现双倍程度变化;miR-19a曲线下面积最大,miR-19a有望作为 CHD-PAH的新型生物标志物。miR-130a作为一种内皮细胞表型表达的调节器,抑制同源基因GAX表达,刺激血管生长因子发挥作用;miR-147可以预防长期炎症反应,Toll样受体4(TLR4)是一种能被炎性细胞识别入侵的微生物病原体,可以增加miR-147的表达水平,当miR-147敲除时炎性细胞因子表达相应增加。此外,郭建洲等[9]运用PCR技术检测80例病人血浆中miRNA表达谱的变化,且发现轻度、中度PAH病人miR-18a、miR-27b、miR-130a表达显著上调及miR-204表达显著下调,miR-18a和miR-130a参与血管平滑肌细胞增殖过程,miR-204通过调控SHP2基因表达影响肺脏血管舒张和收缩因子的比例调控,表明在CHD-PAH疾病早期miRNA起一定调控作用,此时积极干预可达到预防效果。 miR-23a位于染色体19p13.12上,作为miR-23a/24/27a家族的一员,已被多位学者证实在PAH发病过程中起关键作用。Zhang等[10]研究表明,miR-23a在成年CHD-PAH病人中表达上调,且双荧光素酶报告实验证实miR-23a可靶向调控骨形态蛋白Ⅱ型受体(bone morphogenetic protein receptor type 2,BMPR2),该通路已被证实与PAH的发生相关,在miR-23a敲除条件下可消除与BMPR2的相互作用,抑制缺氧期间平滑肌细胞的增殖,后期可尝试通过恢复BMPR2的表达水平来预防PAH。徐珊珊等[11]发现在CHD-PAH病人中miR-34a联合UCG诊断价值高于单一方式诊断,特异度和灵敏度均达到85%以上,同时miR-34a调控血小板衍生因子α受体来促进肺血管平滑肌细胞的增殖和减少凋亡,达到调节血管收缩和肺血管重建的目的[12]。Chang等[13]通过主动脉-静脉瘘大鼠实验证实miR-21在PAH早期表达呈上调趋势,晚期表达呈下调趋势,早期miR-21上调可能与右室心肌细胞相关,蛋白激酶B(AKT)和磷酸化细胞外信号调节激酶(p-ERK)心肌肥厚相关蛋白相应增加,出现代偿性右室肥厚,维持右室细胞功能,一旦进入晚期失代偿阶段,miR-21表达下调和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3等相关凋亡蛋白增加,提示出现右心衰竭,miR-21也有可能成为有效的新型生物标志物。miR-204被认为与肺动脉压力呈负相关,通过调控平滑肌细胞中活化T细胞核因子(NFAT)和缺氧诱导因子1(HIF-1)家族影响肺远端血管重建。miR-451与缺血再灌注和心肺损伤相关,通过增加肺内皮细胞的通透性,抑制血管的生成,对合并PAH病人起代偿和保护的作用。Ji等[14]研究在61例CHD-PAH患儿、53例冠心病病人以及60名健康对照者中发现CHD-PAH患儿外周血miR-204和miR-451表达水平明显下降,且运用酶联免疫吸附实验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)测定脑利钠肽(BNP)和非对称性二甲基精氨酸(ADMA)表达水平,发现miR-204、miR-451和BNP、ADMA有高度相关性,联合检测miR-204和miR-451的表达具有较高诊断价值。miRNA作为CHD-PAH的生物标志物已成为新的研究方向,未来的研究将寻找更多具有诊断价值的miRNA。

2 cricRNA与CHD-PAH的关系

2.1 cricRNA概述 cricRNA是一种由pre-mRNA反向剪接生成的特殊ncRNA,与线性RNA不同,其具有共价闭环结构,不存在5′-帽端或3′-聚腺苷酸尾端,稳定性强,不易受到外切酶影响[15]。之前被认为是惰性的剪接副产物,现有的研究表明其广泛存在于真核细胞之中,在不同组织中呈明显差异化表达,主要通过以下4种生物学过程参与基因调控:①cricRNA可以充当“海绵”,与内源性RNA(ceRNA)相互竞争,吸附miRNA发挥作用,上调目标靶基因的表达。比如TOF是一种常见的紫绀型先天性心脏病,Kan等[16]通过建立cricRNA-miRNA-mRNA调控网络筛选出BCL2L11、磷脂酰肌醇-3激酶调节亚基1(PIK3R1)、细胞因子信号转导抑制因子3(SOCS3)、抑瘤素M受体(OSMR)、信号转导和转录活化因子3(STAT3)、人runt相关转录因子3(RUNX3)和白细胞介素-6受体(IL6R)7个关键中枢基因。同时验证hsa-cric-000601/hsa-miR-148a/BCL2L11作为关键的信号通路调控轴,为下一步了解TOF发病机制和靶向治疗提供新方案。②cricRNA与RNA结合蛋白(RBPs)在调节基因转录中起作用。③部分cricRNA可以作为翻译模板直接翻译出短肽[17]。④外显子-内含子cricRNA与U1小核核糖核蛋白互相作用,以及RNA聚合酶Ⅱ共同促进亲代基因的转录[18]。cricRNA与神经系统肿瘤、心脑血管疾病的发生有着密切的联系。

2.2 cricRNA对CHD-PAH的影响 ncRNA对于阐明CHD-PAH的病因提供越来越多的证据支持。潘秋亚等[19]通过高通量测序技术发现,冠心病患儿血清有375个变化cricRNA,其中,有115个上调和260个下调的circRNA,并预测每个差异表达circRNA的靶基因miRNA,作用机制可能与局灶性粘连和血管平滑肌收缩有关,同时提出circRNA可与多个miRNA结合作用,例如hsa-cric-102410有5个与miRNA结合位点,吸附靶标miR-92a-1-5p、miR-92b-5p、miR-612、miR-181d-3p和miR-890,miRNA也会有一个或多个与cricRNA结合位点,互相作用参与细胞的增殖、分化、凋亡,共同调控心脏的发育。

研究发现,cricRNA hsa-cric-0029642和CHD-PAH有一定的关联[20]。在20例成年CHD-PAH病人血清中hsa-cric-0029642表达量明显低于不伴PAH的病人;由此得出hsa-cric-0029642与PAH密切相关,一方面可能是由于先天性心脏病病人血流动力学的改变和长期持续炎症作用使调控RNA编辑酶1(ADAR1)升高,与之呈负相关的cricRNA表达量下降,从而作用于平滑肌细胞表型的转化;另一方面13号染色体上抑制肺血管内皮细胞代谢增殖的CRYL1基因受损,共同促进肺内皮细胞增殖分化和肺远端小血管结构重建。Wang等[21]运用微阵列分析法在缺氧诱导PAH小鼠中发现,有23个显著上调的circRNA和41个显著下调的circRNA,其中hsa-cric-004592和 hsa-cric-018351最有希望成为新型诊断生物标志物和潜在治疗靶点,基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析显示,失调的cricRNA在缺氧诱导的PAH发病过程中起主要作用,磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/AKT信号通路促进肺内皮细胞、平滑肌细胞增殖,同时一氧化氮(NO)含量下降,进一步促进肺动脉压力和阻力升高。环状RNA是缺氧诱发PAH的关键调控因子,有望作为PAH早期临床诊断的生物标志物,对靶向治疗有一定的辅助作用。

越来越多的分子生物学研究表明cricRNA参与先天性心脏病相关PAH的发展过程。Su等[22]实验分析了8例CHD-PAH患儿的circRNA差异表达水平,并用PCR技术对5个明显变化cricRNA进行验证,运用miRanda and TargetScan软件预测circRNA靶向基因,最终发现两种显著变化circRNA(hsa-circ-0003416和005372)通过作用氧化磷酸化和紧密连接信号通路影响肺平滑肌细胞增殖、迁移和凋亡,进而引起PAH的发生。同时有研究运用PCR技术在50例CHD-PAH病人和20名健康受试者血浆中检测hsa-circ-0003416表达水平并分析其与一般临床资料的关系,采用受试者工作特征(ROC)曲线确定此circRNA的诊断性能,表明BNP是心室肌细胞感知压力升高时分泌的一种肽类激素,CHD-PAH组BNP水平高于其他组,与hsa-circ-0003416表达水平呈负相关,进一步验证了研究结果的可靠性[23]。此外,hsa-circ-0003416可激活PI3K/AKT和转化生长因子β(TGF-β)靶向调控信号通路,并且这两条通路都已证实与PAH发生相关。