急性心肌梗死后新发心房颤动危险因素及相关miRNA的变化

曾青燚 李伟

(1贵州医科大学附属医院,贵州 贵阳 550000;2贵州医科大学)

在急性冠状动脉综合征(ACS)中心房颤动的发病率为2%～23%〔1,2〕,而在急性心肌梗死(AMI)患者中发生新发房颤的风险增加了60%～77%〔3〕。相关研究表明心肌梗死后合并心房颤动相较于窦性心律患者死亡率增加40%〔4〕,对于高危人群行预防性治疗有助于改善此类患者的预后,具有较大临床价值。心房颤动的相关机制涉及心房细胞的电信号重塑;心房细胞的结构重塑;血流动力学改变等,相关研究已经明确在房颤发生过程中涉及信号转导相关的微小RNA(miRNA)。本文主要对AMI到心房颤动过程中相关的miRNA与相关临床指标进行论述。

1 miRNA在AMI到新发心房颤动过程中的作用

1.1miRNA的介绍 miRNAs是一种小的非编码RNA分子〔5,6〕,分子长度为18～24个核苷酸。在真核细胞中的miRNAs主要有两种来源,一种是由自身的基因编码、RNA聚合酶Ⅱ的加工形成;另外一种是由相应的RNA分子转录后,通过特定的加工机制产生〔7〕。miRNAs调控各种生物过程,包括但不限于组织发育、内环境稳态和组织细胞间的信号转导〔8〕。miRNAs可以通过细胞外分泌于体液中,如血浆、尿液和唾液〔9〕。miRNAs细胞外分泌的方式可分为细胞旁分泌及远距离分泌,相关研究表明,miRNAs细胞外分泌可以通过外泌体的方式转运完成信号传导〔10〕,外泌体miRNAs进入受体细胞后,通过靶向结合受体细胞中的mRNA和阿尔戈纳特(AGO)2蛋白形成RNA诱导靶向基因沉默复合物(RISC),降解靶基因的mRNA或抑制mRNA转录〔7〕。同时因为外泌体miRNAs具有结构稳定性,提示该物质可以成为疾病诊断的标志物〔11〕。据相关报告miRNAs做为信号分子参与心房颤动的发生过程,涉及心房氧化应激反应和纤维化通路的激活〔12,13〕。

1.2miRNAs在AMI中的作用 ACS是一组临床综合征,其病理基础为冠状动脉粥样硬化斑块破裂或侵犯,随后发生完全或不完全闭塞性血栓形成,包括ST段抬高型心肌梗死(STEMI)、急性非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)、不稳定型心绞痛(UA)。ACS是一种常见而严重的冠心病,常导致心律失常、心力衰竭甚至猝死。

miRNAs作为AMI早期的生物标记物可能比心肌肌钙蛋白(cTn)I更具优势,相关研究表明,在症状出现后4 h内,所有患者的血浆中都可以检测到循环心脏特异性miRNAs,而cTnI在该早期仅在85%的患者中检测到〔14〕,这为miRNA作为新的标志物提供了可能性。在相关研究中〔15〕发现AMI患者血浆中miRNA-17-5p、miRNA-126-5p和miRNA-145-3p的表达水平显著升高,并且这3种miRNA的结合能够提供更准确地诊断疾病。此外,另有研究〔16〕表明患者血清中miRNA-122-5p水平可作为AMI和UA的诊断标志物,并且miRNA-122水平升高可用于预测冠状动脉病变动脉狭窄的程度。也有研究发现,在AMI后损伤的心肌细胞可以通过释放外泌体miRNA-1,从而增加血液中单核细胞的数量〔17〕进一步促进炎症反应发生。相关研究〔18〕表明在AMI发生的短时间(3 h)内,miRNA-1水平上调可与传统心肌梗死标志物上升水平一致。

1.3miRNA在心肌细胞缺血再灌注损伤中的作用 心肌缺血再灌注损伤(MIRI)是指心肌组织血供断中断一段时间后恢复,并使心肌组织损伤加重的现象。心肌缺血后再次开通罪犯血管可引起心肌细胞缺血再灌注损伤。MIRI的发病机制还未阐明,主要学说〔13〕有氧自由基损伤、细胞内钙超载和炎症损伤。

在关于调控MIRI机制中可能与长链非编码RNA调控基因转录的HOX转录起始子RNA(HOTAIR)/miRNA-1/缝隙连接蛋白(Cx)43轴相关〔19〕。Cx43是主要的心室间隙通道蛋白,Cx43的去磷酸化可以导致心律失常和心肌细胞凋亡〔20〕。miRNA-1可通过抑制Cx43的减少和重新分布来保护心脏免受MIRI的影响〔20〕。有研究〔19〕发现HOTAIR含有miRNA-1的结合点,可直接与miRNA-1结合抑制其表达;在MIRI中,通过HOTAIR抑制miRNA-1表达,从而增加Cx43表达,增加心律失常及心肌细胞的凋亡。

在氧自由基损伤的学说中〔21〕活性氧自由基(ROS)源于膜联蛋白(ANX)A2 基因的环状RNA(CircANXA2)表达增强。CircANXA2可与miRNA133结合,抑制心肌细胞生成,从而促进心肌细胞凋亡,导致MIRI〔21〕。miRNA133也可以通过抑制凋亡蛋白9起到保护作用〔22〕。以上研究表明miRNA133在缺血再灌注中起到保护作用。

miRNA-1与miRNA133的表达在缺血再灌注损伤中均被抑制,这为AMI新发心房颤动提供一定的预测作用。

1.4miRNA在心肌结构重塑的作用 心PGCF重构通常被认为是经过各种内源性和外源性因素的作用,对心肌的结构、代谢和电传导的不断调节,最终导致心脏结构和生物学效应的改变〔23〕。根据心室重构过程中产生心功能障碍的机制,将心室重构分为机械重构和电重构〔24〕。心房的机械重构主要涉及心肌纤维化。

1.4.1miRNA与心肌细胞纤维化 房颤中分子与细胞机制涉及间质纤维化,这种改变可加速传导,同时原间质链存在与房颤患者的持续性房颤和电信号纵向传导有关。心房组织纤维化是心房颤动的主要病理生理特征,在心脏纤维化的几个典型信号通路为转化生长因子(TGF)-β/Smad通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)通路〔25〕。而心肌细胞纤维化涉及的信号分子有结缔组织生长因子(CTGF)、血管紧张素(Ang)Ⅱ、成纤维细胞生长因子(FGF)1、组织生长因子(TGF)、血清反应因子(SRF)。

CTGF是一种富含半胱氨酸的蛋白,由TGF-β通过结缔组织细胞中需要Smad和蛋白激酶C(PKC)的信号级联诱导其表达,作为心脏纤维化的关键调控因子,可导致胶原合成〔25〕。TGF-β/Smad通路可调节内皮间充质转化(EndMT),同时肌节蛋白突变(α-肌球蛋白重链,α-肌球蛋白重链R9W)激活〔26〕。在病理条件下,EndMT在胶原蛋白的生产中发挥着关键作用,主要受细胞因子(TGF-β等)介导的信号通路调控。TGF-β1在转录水平上可直接阻断心肌成纤维细胞中内源性增殖物激活受体(PPAR)γ表达,提示TGF-β调控PPARγ的表达可能是心肌纤维化的机制〔27〕。miRNA-29b-3p可以通过靶向调节血小板源性生长因子(PDGF)-β,降低PDGF-β的表达从而降低心房纤维化的程度,降低胶原-Ⅰ和α-平滑肌肌动蛋白(SMA)等纤维化标志物的表达,减少心房结构重构和电重构〔28〕。

AngⅡ水平升高促使细胞外基质纤维化引起部分区域传导减慢导致心房颤动〔29〕。AngⅡ可由MIAT/miRNA-485-5p/C-X-C基序趋化因子(CXCL)10轴调控,MIAT与miRNA-485-5p结合后促进CXCL10表达,CXCL10是一种炎性趋化因子,CXCL10过表达增加AngⅡ水平促进心房纤维化;相对应的是MIAT下调可增加心房有效不应期,同时减少房颤的持续时间和心肌细胞凋亡〔30〕。

在TGF-β/Smad通路中,miRNA133与CTGF的3′非翻译区(UTR)结合可以降低CTGF的表达,减少心肌细胞纤维化〔25〕,减少心房颤动的发生。TGF-β1在心肌细胞纤维化表达中起重要作用,而miRNA133显著降低TGF-β1的表达,诱导外显子调节激酶(ERK)1/2磷酸化,抑制胶原α1(Ⅰ)链的表达减少心肌细胞纤维化〔31〕;在心房成纤维细胞中,吸烟/尼古丁暴露激活了α7尼古丁乙酰胆碱受体(α7-nachr),降低了miRNA 133的表达,从而增加了TGF-β1的表达,导致胶原的产生和纤维化的生成〔32〕。

血清反应因子(SRF)是心肌细胞特异性生长和分化因子,可与调节区域的C类基因调控序列(CArG)盒子结合〔33〕促进心肌细胞增殖。SRF可被miRNA-133a表达下调而激活,使心肌细胞异常增殖,促进心房颤动发生,低水平的SRF促进了miRNA 133对心肌纤维化的保护作用〔34〕。此外miRNA 133可以调节β-肾上腺素能受体(AR)信号转导级联的多种组分,阻断胶原纤维的合成以保护心脏纤维化,miR133表达升高可抑制心肌纤维化〔35〕。已有相关研究表明与汇丝氨酸/苏氨酸激酶(Akt)和Akt相关的丝氨酸苏氨酸激酶在心脏纤维化发病机制中发挥重要作用,miRNA133可以通过抑制Akt,显著降低心肌纤维化〔36〕。

1.4.2miRNA在电重构中的作用 心房电重构是指心房动作电位时程及不应期缩短,心房传导速度降低。电重构根据发生的重构水平分为四类:离子通道重构、心肌细胞电重构、心肌电重构和心脏传导系统电重构〔37,38〕。心房颤动中关于电信号改变已有相关研究表明:L型Ca2+(ICaL)电流降低、Ca2+过载、K+电流的变化(IKACh、IK1)、Na+电流(INa)和瞬态向外电流(Ito)改变与房颤发生相关〔39〕。其中特别是Ca2+内流及其随后的离子改变发挥了重要作用。L型Ca2+电流(ICa,L)密度的降低是心房颤动电重塑的一个标志,其中电压依赖性L型钙通道亚单位α1c(Cav1.2;由CACNA1C编码)较为重要〔40〕。房颤发生的过程中,快速的心房速度增加了Ca2+向内电流,从而增加了每个动作电位的细胞内部Ca2+负荷,这种改变减少了Ca2+自身保护机制。由于ICaL的减少和外向K+电流的增强,电重塑的特点是心房动作电位持续时间(APD)和折返性的明显缩短〔29〕。同时Ca2+处理的改变增加异位活性,舒张期Ca2+通过Ryanodine受体(RyRs)从肌浆网(SR)渗漏到细胞质中,RyRs自身也通过RyRs磷酸化进行重构,从而增加钙的释放,进一步诱发心房颤动的发生〔35,41〕。这些相关离子转运通道改变增加了房颤发生的概率和房颤持续的时间。电信号重塑后,这些底物在房颤终止后是可逆的(反向重构),但是随着心房疾病进展为不可逆的结构变化,房颤成为永久性的〔26〕。其中miRNA与上述离子通道的改变起了重要作用。在非瓣膜性房颤患者中,钙通道的α1c亚基(CACNA1C)的miRNA和蛋白表达减少。miRNA 155与CACNA1C的3,UTR区域结合,其表达在阵发性房颤患者的心房心肌细胞(aCMs)中上调〔42〕。相关研究表明,miRNA与IK1有关,下调miRNA-1后可以引起上调钾向内整流通道亚家族J成员(KCNJ)2的表达来调节心律失常前的IK1,与之相对应的是miRNA-1的上调通过靶向钾电压门控通道亚家族E调节亚基(KCNE)1和钾电压门控通道亚家族B成员(KCNB)2,加速了心房有效不应期(AERP)的缩短,从而引发心房颤动。环磷酸腺苷(cAMP)早期抑制因子的表达增强,可抑制miRNA-1和miRNA 133a的表达,通过抑制这两种相关物质分别导致细胞肥大和电重构。通过在体内传递miRNA 1和miRNA 133a,可诱导的cAMP早期抑制因子的表达被阻断,从而减轻了肥大和电重构〔26〕。基于对瓣膜性房颤或窦性心律患者的心肌细胞进行的miRNA表达分析,研究指出miRNAs(miRNA-1、miRNA-21和miRNA-328与CACNA1C的3,UTR结合并降低ICaL)参与了L型ICaL的下调〔43～45〕。miRNA-155的上调在人类诱导多能干细胞衍生的心房心肌细胞中通过下调CACNA1C来诱导ICaL的减少,从而诱发心房颤动〔42〕。

2 AMI后新发颤动临床相关危险因素

AMI后新发心房颤动的临床相关因素中,主要涉及年龄、基础疾病、入院时的相关生化指标、影像学等指标密切相关,而相关因素中与上文描述的miRNA相关,具有较大的临床观察价值,可作为患者AMI后新发心房颤动的预测因素。

2.1高龄 研究证明,高龄是心肌梗死后新发心房颤动(NOAF)的危险因素。在相关研究〔26,46〕表明在房颤患者的右心耳中,相关超极化激活的非特异性阳离子通道(HCNs):HCN2和HCN4通道水平显著升高,同时随着年龄的增长,miRNA133和miRNA1水平下降,在高龄状态下NOAF发生的机制可能是miRNA133和miRNA1对HCN2和HCN4抑制减弱,HCNs存在混合的K+/Na+去极化电流,该电流被cAMP和超极化激活。一旦在心肌舒张期被激活,膜立即去极化〔26,46〕,而高龄状态下HCN2和HCN4通道水平升高,增强去极化电流,增加房性心动过速〔39〕,进一步诱导房颤发生。国内也有相关研究证实高龄是新发心房颤动的危险因素〔47〕。这需要大量的数据进一步证明其相关性。

2.2糖尿病 合并糖尿病也是新发心房颤动的危险因素,由于机体长期处于高血糖水平,容易通过激活循环组织中相关生长因子刺激心肌细胞重塑,从而诱发心房颤动发生。在该系统中涉及胰岛素样生长因子(IGF)-1,该因子主要促进心肌细胞增殖、分化和存活,该因子主要通过PI3K依赖的途径介导生理性心肌肥厚〔48〕。在IGF-1受体刺激下激活PI3K/Akt信号通路〔49〕,该通路在调节细胞增殖方面发挥着重要作用〔50〕,如前文中提及的miRNA133,通过该通路促进心肌纤维化,导致心房结构重塑,引起急性的心房扩张而增加房颤产生。在相关临床研究中表明合并糖尿病是新发心房颤动的危险因素〔47〕,而在罗晓颖等〔51〕的研究中发现是否合并糖尿病的差异无统计学意义(P>0.05)。关于两者不同的观点提示这仍需要大量的数据进一步证明其相关性,需进一步考虑种族、地域等个体差异。

2.3生化相关指标

2.3.1NT-前端B型钠尿肽(NT-proBNP) NT-proBNP是B型钠尿肽激素原分裂后形成的没有活性的末端片段,具有利尿、扩张血管等生理作用〔52〕。NT-proBNP越高,提示患者心功能越差,导致心房压力增加,心房牵拉导致心房有效不应期缩短,从而促进心房颤动的发生。在相关研究中发现NT-proBNP无论在术前还是术后几天中均高于非房颤病人,证明NT-proBNP在AMI新发心房颤动中起到重要作用〔51〕。相关研究提示:脑钠肽最佳临界值为513 pg/ml〔53〕,而在罗晓颖等〔51〕的研究中发现最佳临界值为1 403.6 ng/L〔51〕,对于该值的临界值需要进一步讨论。

2.3.2尿酸(UA) 相关研究表明在AMI患者中机体可以通过催化黄嘌呤氧化酶生成大量UA释放入血〔54〕,相关研究表明在尿酸产生过程中产生大量ROS引起氧化应激反应,导致心房肌细胞损伤,促进心房肌细胞的重构,从而导致AMI患者新发心房颤动〔55〕。相关临床研究数据表明血清NT-proBNP、UA水平对AMI患者新发心房颤动的发生具有一定预测价值,且两者联合应用的预测价值更高〔47〕。

2.3.3入院时血钾水平 相关研究表明在疑似ACS的患者中,入院时的低钾血症(血浆钾<3.0 mmol/L)与住院期间的新发房颤相关〔56〕。在动物模型中显示低钾血症改变窦房结和肺静脉电特性,诱发心房颤动的发生〔57〕,而在国内的一项研究中发现入院时的血钾的差异无统计学意义〔58〕。故需要临床上大量数据进一步证明其相关性。

2.4影像学指标

2.4.1冠状动脉根新尼(Gensini)评分 冠状动脉 Gensini 评分可以评估冠状动脉病变程度,冠状动脉病变越严重,Gensini 评分越高〔59〕。相关研究表明在AMI患者中冠状动脉Gensini 评分高是新发心房颤动的危险因素〔58〕;冠状动脉病变越严重,代表窦房结缺血的可能性越高,在相关研究中窦房结缺血与AMI患者早期并发心房颤动相关〔60〕。以上相关研究提示NOAF发生机制与心肌缺血程度相关,心肌缺血越严重心功能越易受损,可能导致心房颤动的发生。

2.4.2心脏超声 心房颤动的发生与心房的结构重塑相关,心房重塑在超声心电图上表现为心房体积的变化,研究表明心房颤动与心房体积密切相关,国内一项研究中多因素Cox回归分析显示,左心房内径>43.8 mm是首次AMI患者新发房颤的独立预测因素(P<0.05)〔51〕。国内相关研也表明左房增大是新发心房颤动的危险因素〔47〕;为了减少个体差异相关研究采用左心房体积指数(LAVI),在国外关于ST段抬高性心肌梗死患者的研究中,LAVI是STEMI患者新发房颤的预测因子〔61〕,需要在更大的人群中进行前瞻性研究来证实。

综上,在AMI后新发心房颤动的发生发展过程中,机制尚未明确。关于miRNA1及miRNA133在AMI及心房颤动的过程中存在着不同的变化趋势,需要从临床中观察其变化情况,这有助于揭示AMI后新发心房颤动新的发病机制。关于临床相关资料中,存在着不同的观点,需要大量的临床数据证实,进一步探究其发生机制。