miRNA对心肌细胞缺血再灌注损伤的干预作用机制研究进展

符珍珍，彭瑜，张钲

1 兰州大学第一临床医学院心脏中心，兰州730000；2 兰州大学第一医院心脏中心

急性心肌梗死（AMI）是全球心血管疾病患者死亡的主要原因之一［1］，随着各种药物和再灌注技术的应用，AMI患者急性期病死率有所下降，但仍然高，高病死率与心肌梗死面积的增加密切相关［2］。研究表明，心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是导致再灌注后心肌梗死面积增加的主要原因［3-4］。MIRI可引发一系列不良生物学效应，包括氧化应激和炎症反应加剧、凋亡相关信号通路激活、细胞内钙超载、线粒体功能障碍、细胞膜功能损害及微血管损伤等，这些因素加重组织缺氧损伤并扩大了梗死面积［5-7］。微小RNA（miRNA）是一类分子量在21～25 nt的非编码RNA［8］，参与基因转录后表达调控，能通过促进体内各种mRNA的降解和沉默［9］，导致细胞生理功能改变，并最终影响疾病的发生发展［10］。研究发现，AMI合并缺血再灌注损伤（RI）的患者存在约70多种miRNA表达失衡［11］，而miRNA分子表达的上调或下调，可通过一系列复杂过程减轻MIRI损伤（见OSID码图1）。其中miR-21、miR-208和miR-133表达具有心脏特异性，参与心肌细胞凋亡、肥大和心脏纤维化［12-13］；miR-21在缺血心肌组织中表达量减少［13］。miR-199、miR-210在MIRI组织中表达量增多，且miR-210异常表达存在显著的性别差异［14］；miR-92a、miR-342在AMI恢复早期表达减少［15-16］，miR-125a-5p的表达量先减少，恢复灌注后增多［6］；另外，miR-1、miR-133、miR-199、miR-208、miR-221/222、miR-342、miR-486的表达变化也已被证明可以减轻MIRI［14，17-19］。然而，目前对miRNA各分子联合应用的研究较为缺乏，认识这些miRNA的特点及不同miRNA分子之间的协调作用或许能够为未来miRNA治疗MIRI提供新的思路。现就miRNA对MIRI的干预作用机制相关研究综述如下。

1 miRNA调节细胞凋亡减轻MIRI

在缺血再灌注（H/R）诱导的细胞和MIRI小鼠心脏中，观察到心肌细胞数目减少，Bcl-2蛋白家族中促凋亡作用的Bcl-2L11、Bnip3、Bax、Caspase-3等蛋白表达增加，后两者的活性也增高［16，20］，而抑制凋亡作用的Bcl-2等蛋白表达量减少［21］。研究发现，Bcl-2家族蛋白形成寡聚体或异二聚体，导致线粒体电压依赖的负离子通道开放，细胞膜电位的丧失和细胞色素C的释放，诱导细胞凋亡［22］。部分miRNA分子能够通过抑制程序性细胞死亡因子4（PDCD4）、磷酸酶和紧张素同源物（PTEN）、Toll样受体4（TLR4）、肿瘤坏死因子（TNF）超家族家族成员FASLG蛋白、分泌型磷蛋白1（SPP1）等蛋白表达，减少凋亡蛋白的活性及表达量，减少细胞凋亡，减轻MIRI。

1.1 调控PDCD4表达 PDCD4属于促凋亡基因的表达产物，能够导致下游Wnt信号通路的激活，在细胞程序性死亡中发挥重要作用［13］。Wnt信号通路包括经典通路和非经典通路两种模式。Wnt3a、Wnt3等配体通过β-连接蛋白（β-catenin）参与的通路是Wnt家族信号转导的经典通路，又称为Wnt/β-catenin通路；细胞外相关因子和Wnt5a、Wnt11等Wnt配体通过Wnt/Ca2+传导信号为非经典通路，其转导的信息通过增加细胞核内凋亡相关靶基因的表达，导致细胞凋亡［23］。研究发现，过表达的miR-21使PDCD4表达减少，导致Wnt3a、Wnt5和β-连环蛋白表达减少，从而降低凋亡蛋白表达，最终导致细胞活性增加，细胞凋亡减少，减轻心肌细胞的缺血再灌注损伤［13］。

1.2 调控PTEN表达 PTEN是一种具有双重特性磷酸酶活性的抑癌基因，表达一种具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶双重作用的脂质磷酸酶。该酶使磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）产生的第二信使PIP3的3′端去磷酸化转变成PI（4，5）P2而被降解，进一步减弱PI3K/AKT信号通路的信息传递。MIRI时miR-21、miR-486表达上调，抑制PTEN的表达，激活PI3K/AKT信号通路，抑制凋亡蛋白表达，从而减少心肌细胞凋亡［19，24］。

1.3 调控TLR4表达 TLR4是Ⅰ型跨膜蛋白，属于Toll样受体家族，作用于下游的核因子κB（NF-κB）家族成员，参与蛋白表达调控。目前研究发现，miR-21、miR-125和miR-146表达增多时，可降低NF-κB的结合活性，而反之也可被激活的NF-κB下调其表达量［25］。在MIRI状态下，miR-21和miR-182表达增加，抑制TLR4的表达，进一步降低NF-κB或JNK/SAPK通路活性，减少细胞内信号转导，导致Bcl-2/Bax比值明显降低［26-27］。另外，不同miRNA分子可通过不同的NF-κB上游分子，参与MIRI的细胞凋亡过程。如miR-125表达增加通过抑制TNF受体相关因子6［28］，miR-221过表达通过抑制p58表达［29］，miR-125表达量增高阻止p53的表达，最终导致NF-κB及其下游分子活性减低，信号转导减弱，促进凋亡相关蛋白表达，从而参与细胞凋亡过程。

1.4 调控FASLG、SPP1表达 miR-21表达量增加可通过抑制FASLG、SPP1表达，促进血管生成的重要调节因子成纤维细胞生长因子1的表达，维持心肌功能和结构的完整性［30］，而miR-210表达量减少亦可促进血管内皮生长因子和蛋白酪氨酸磷酸酶1B表达，促进血管生成，与miR-21具有协同作用。miR-125表达增高通过抑制乙酰化转移酶表达［25］，最终导致抑制凋亡蛋白表达量增多、促凋亡蛋白表达减少，减轻线粒体损伤，减少细胞凋亡，减少梗死面积，减轻MIRI［31］。

2 miRNA调节氧化应激和线粒体能量代谢减轻MIRI

研究发现miR-21、miR-125、miR-182、miR-210的表达量改变，能够通过改变线粒体内关键酶活性、巨噬细胞极化，从而调控线粒体能量代谢、抑制氧自由基产生和炎症反应，减轻MIRI。

miR-21表达增加后，乳酸脱氢酶和丙二醛表达减少，乳酸脱氢酶活性降低，而超氧化物歧化酶表达量和活性均增加［21］，进而抑制糖酵解和氧化应激，清除细胞内氧自由基；另外，miR-21还可减少炎症因子IL-1β、IL-6、IL-8的生成［32］，减少NADPH氧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶表达，减少内源性活性氧产生，并增强抗氧化系统对抗体内炎症和氧化应激损害［32］，最终通过调节线粒体能量代谢和减少氧化应激，减轻MIRI。当miR-125和miR-182表达增高时，通过增加Krüppel样因子13和STK17A蛋白表达，促进M1型巨噬细胞向M2型转化，抑制炎症反应、促进心功能修复，减轻缺血再灌注损伤［17，26］。

线粒体甘油-3-磷酸脱氢酶2（GPD2）是线粒体内一种重要的酶，主要功能是将甘油-3-磷酸还原为二磷酸甘，产生的二磷酸甘油可以进一步参与三酸甘油酯合成或被用于线粒体内能量的产生。miR-210被认为是人类心肌损伤标志物，在不同物种间具有高度同源性［33］。有学者在MIRI雄性小鼠模型中发现，miR-210表达量增多，靶向引起GPD2的转录减少，线粒体中活性氧含量减少，减轻MIRI［14］。

3 miRNA调节细胞自噬和细胞增殖减轻MIRI

研究发现，miR-210表达增加可促进E2F3的蛋白表达，E2F3蛋白可快速促进静息细胞从G1期向S期过渡［34］，从而诱导内源性心肌细胞重新进入细胞周期，单核细胞数增多，内源性心肌细胞增殖［35］。miR-125表达增加抑制自噬调节因子2表达，后者属于p53诱导的跨膜蛋白，能够介导细胞自噬［6］。miR-210也可通过减少自噬相关蛋白轻链3、p62和Beclin-1的表达量，减少细胞自噬［36］，miRNA分子亦可通过减轻细胞自噬、增加细胞增殖，减轻缺血再灌注损伤。

4 其他机制

miR-1在肌肉组织中特异表达，目前认为MIRI发生时，miR-1在循环中表达增高，致使易洛魁同源盒基因5（Irx5）和心肌间隙连接蛋白43的表达量减少，Irx5表达减少可阻断钾电压门控通道亚家族D成员2产生心脏复极梯度，降低的Ito电流和持续的动作电位，最终导致再灌注性心律失常［18］。另外，miR-204-5p/FBXW79［37］、miR-146a-5p［38］及miR-217［39］等miRNA被证实能够通过调节炎症反应、氧化应激及细胞凋亡参与MIRI的过程。

在MIRI中，氧化应激、炎症反应、心脏纤维化及心肌细胞凋亡均为患者不可逆性心功能不全的重要机制。现有研究表明，miRNA分子参与MIRI的发病机制存在一种miRNA分子同时参与多种机制通路和一种机制通路同时被多种miRNA分子调节的关系。另外，研究发现部分药物具有减轻MIRI的作用，实验研究证实缺血预处理、异呋喃预处理、部分麻醉药物、葛根素、前列腺素E1、右美托嘧啶［12，21，32，40］及其他非编码RNA分子［13，41］能通过调节miRNA表达，减轻心肌缺血再灌注大鼠心肌细胞凋亡，减轻MIRI。但目前相关技术并不完善，存在各种问题而无法应用于临床，但对于缺血再灌注损伤机制研究具有很大贡献。目前miRNA相关药物在肿瘤治疗中已开展临床试验［42］，其能否应用于缺血再灌注损伤的治疗仍值得期待。