microRNAs 对心脏电生理特性影响的研究进展

易菁 高鸿 潘斯斯

贵州医科大学附属医院 1麻醉科，3心脏外科 （贵阳 550004）；2中山大学附属第一医院贵州医院麻醉科 （贵阳 550000）

麻醉药物、手术操作、电解质紊乱、血流动力学紊乱均可诱发围术期心律失常［1］。研究表明，非心脏外科围术期心律失常的发生率4% ～ 20%，心胸外科围术期心律失常的发生率为10% ～ 30%［2］，其中心脏手术患者围术期心律失常的发生率高达90%［1］。围术期心律失常可延长住院时间，增加患者住院期间的发病率和病死率［1］。心脏的泵血功能归功于电活动产生的心肌协调性收缩和舒张，这与心脏电生理特性密切有关。心脏电生理特性包括兴奋性、自律性和传导性。无论是哪种类型的心律失常都伴有心脏电生理特性改变，了解和分析疾病发生发展过程中心脏电生理特性改变有利于防治围术期心律失常的发生［3］。

微小RNA（microRNAs， miRNAs）是一类长度约22 个核苷酸的单链非编码RNA，它能在转录后水平负性调控基因表达的作用［3］。研究表明，心肌肥厚、心力衰竭以及缺血性心脏病等心血管疾病均存在异常表达的miRNA［4］。miRNAs 可通过调控细胞的离子通道、Ca2+处理蛋白以及细胞间缝隙连接等通道［3，5］，参与心脏兴奋性、自律性以及传导性，从而调节心脏电生理稳态。近年来，miRNAs 在心脏电生理特性中的作用逐渐受到关注，它可能是预防和治疗心律失常的关键靶点。因此，本文旨在简述miRNAs 对心脏电生理特性的影响的研究进展，为临床围术期心律失常的防治提供一定的参考线索。

1 兴奋性与miRNAs

兴奋性是指心肌细胞受到刺激后产生动作电位的能力，呈现出膜电位周期性的改变。心肌细胞动作电位是心肌兴奋性的标志，它包括5 个时期，分别是0 期去极化期，1 期、2 期、3 期复极化期，4 期静息期［6］。

1.1 去极化与miRNAs 0 期又称去极化期，是心室肌除极过程，对应心电图的R 波。快速内向钠电流（the fast inward sodium current， INa）形成了动作电位的0 期去极化，是由Nav1.5 钠通道激活产生［6］。SCN5A 编码Nav1.5 的α-亚基［6］。缺氧时，激活的HIF-1α 和NF-κB 可诱导miR448 抑制SCN5A表达，减少INa，从而增加了心律失常风险［7］。同时，PETKOVA 等［8］的研究表明，人类窦房结和普通心房肌的miRNA 表达谱具有差异，其中miR-486-3p 通过靶向HCN4 起搏通道在窦房结的起搏器活性中发挥重要作用，可作为窦性心动过速等窦房结疾病治疗的潜在靶点。

1.2 复极化与miRNAs 1 期又称快速复极化初期，对应心电图的J 点或者是J 波。瞬时外向电流（transient outward current，Ito）形成了动作电位1 期快速复极化，主要由电压门控钾通道Kv4.2/Kv4.3产生［3］，该通道受辅助电压门控钾通道相互作用蛋白KChIP2（由KCNIP2 编码）调控［6］。大鼠心肌梗死时，心肌上调的miR233-3p 可抑制Kv4.2 表达，导致Ito 减少［9］。同时，MATKOVICH 等［10］表明，小鼠心肌和骨骼肌中上调的miR-133a 可减少Ito，f，降低KChIP2 表达，从而导致动作电位时长延长和QT 间期增加。

2 期又称缓慢复极化期，即平台期，对应心电图的ST 段。慢钙内向电流（L-type calcium current，ICa-L）形成了动作电位2 期缓慢复极化，由L-型钙通道调控［6］。LU 等［11］的研究表明，过表达miR-328 的小鼠通过调控CACNA1C 和 CACNB1（编码L 型钙离子通道蛋白）减少L 型Ca2+电流，进而缩短了心房动作电位持续时间，增加了房颤的易感性。同时，CACNB2 是L 型钙通道的重要亚基，心房中表达上调的miR-499 抑制CACNB2 蛋白表达可能是房颤电重构的机制之一［12］。

此外，2期晚期和3期又称快速复极末期，对应心电图的T 波。快速和缓慢延迟整流钾电流（rapid and slow delayed outward rectifying K+currents， IKr和IKs）形成了动作电位2 期晚期和3 期复极化［6］。KCNE1 编码延迟整流钾通道的辅助亚基MinK，KCNE2编码延迟整流钾通道的辅助亚基MiRP1［6］。在心动过速的兔心肌细胞中，上调的miR-1可负性调控KCNE1 和KCNE2，从而增加IKs［13］。此外，MATKOVICH 等［10］发现，过表达miR-133 的心肌肥厚转基因小鼠，ECG 呈现QT 间期延长，同时分离的心室肌细胞动作电位时长也延长了，其机制可能与miR-133 靶向调节IKr 通道有关［14］。

1.3 静息期与miRNAs 4 期又称静息期，对应心电图的基线。内向整流钾电流（inward rectifier potassium current， IK1）形成了动作电位4 期，主要负责维持细胞静息电位，其由内向整流钾通道激活产生［6］。Kir2.1（inward rectifier potassium Kir2.1 channels，Kir2.1）是延迟整流钾通道主要亚基［6］。KCNJ2 编码Kir2.1。心肌过度表达miR-1 的大鼠可抑制kir2.1 和缝隙连接蛋白43 的表达，导致传导减慢、QRS间期延长以及心律失常的发生［15］。同时，miR-26 直接靶向调节KCNJ2，减少IK1 可增加房颤的易感性［16］。提示miRNAs 可通过调控离子通道的蛋白表达和功能影响心肌的动作电位和兴奋性，从而参与调节心律失常。

值得注意的是，最近的研究表明，miRNAs 还可直接与靶蛋白结合，从而快速调节蛋白功能、响应和适应环境［17］。如miR-1 可直接与细胞膜上Kir2.1 通道结合，短时间内快速调节该通道功能，这与短QT 综合征和心房颤动等心律失常的发生有关［17］。

2 自律性与miRNAs

自律性是指无外界刺激下，心肌细胞能自动发生节律性兴奋的特性。心肌细胞中窦房结自律性最强，通常情况下它控制整个心脏的收缩节律和速率［6］。超极化激活内向起搏电流（hyperpolarizationactivated pacemaker current， If），也叫起搏电流，形成了窦房结细胞4 相自动去极化［3］。窦房结的起搏器细胞高度表达超极化激活环核苷酸门控（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated，HCN）通道，尤其是HCN4。If 通道属于HCN 通道。心房肌增加的miR-487-3p 可直接靶向抑制HCN4表达，从而降低了离体大鼠窦房结的搏动频率［18］。YANNI 等［19］的研究表明，腹腔注射miR-370-3p 的拮抗剂可恢复窦房结内HCN4 表达和If，从而缓解心力衰竭小鼠的窦性心动过缓。LI 等［20］的研究表明，心力衰竭时人窦房结中存在microRNA 和mRNA 谱的改变，其中27 个miRNA 能调节离子通道改变参与窦房结的自律性和（或）节内传导，这与窦房结功能障碍和心律失常的发生密切相关。

细胞内Ca2+浓度可影响4 期去极化的速度，从而影响心肌细胞自律性高低［6］。TERENTYEV 等［21］发现，过表达miR-1 可增加肌细胞中Ca2+火花的发生频率，同时增加肌浆网Ca2+释放，最终导致了延迟后除极心律失常的发生，其机制可能与过表达的miR-1 直接靶向调控肌浆网上RyR2 通道复合体的B56α 蛋白表达，从而诱导RyR2 通道磷酸化开放有关。CaMKII 是调节钙循环中的关键激酶［22］。CHENG 等［23］的研究表明，ZFHX3 功能缺失与房颤的发生风险密切相关，在HL-1 心肌细胞中，敲低ZFHX3 处理后，过表达miR-133a-3p 和miR-133b-3p可靶向抑制CaMKII、p-JNK 和FGFR1 蛋白的增加，并缓解Cx43表达减少；同时，敲低ZFHX3 的小鼠尾静脉注射miR-133a-3p 和miR-133b-3p 模拟物的15 d 和18 d 后，心房和心室的异位起搏明显减少。

3 传导性与miRNAs

传导性是指心肌细胞的动作电位能沿着细胞膜扩布到整个细胞和相邻细胞，因此心脏呈现为功能性合胞体。心脏的电传导障碍与心律失常的发生密切相关，当电激活不同步、传导减慢、不应期改变以及复极离散度增加等电传导特性改变可增加心律失常的易感性［24］。我们的前期研究也证实，大鼠全心低温缺血再灌注时，再灌注心律失常伴有心肌动作电位时长增加和电传导速度减慢［25］。ZHAO 等［26］的研究表明，miR-1-2 基因敲除的小鼠心脏发育缺陷，心电图呈现出心率降低、房室传导加速、PR 间期缩短、QRS 间期延长和心室传导减慢的电生理改变，心源性猝死的风险大。mir-208a 基因敲除的小鼠中，心电图呈现心房颤动（约占80%）和PR 间期延长（约占20%）；而miR-208a 过表达时，心电图呈现PR 间期延长和偶发Ⅱ度房室传导阻滞，这些结果表明miR-208a可能调控了心脏传导系统的重要成分蛋白［27］。WANG 等［28］的研究表明，在伴有胸痛的急性心梗患者和健康患者对照中，循环血液的miR-208 是诊断ST 段抬高型心肌梗死（STEMI）和非ST 段抬高型心肌梗死（NSTEMI）的可靠生物标志物。同时，缝隙连接介导了细胞间的电传导，缝隙连接蛋白表达的减少直接导致了传导速度降低、阻滞以及传导的方位改变，从而导致心律失常［29］。缝隙连接43（connexin43，Cx43）是心肌细胞中表达最丰富的缝隙连接［30］。OSBOURNE 等［31］的研究表明，过表达miR-130a 的转基因小鼠表现出房性心律失常和持续性的室性心动过速，与其负性调控Cx43 表达有关。此外，绝经后的大鼠心肌表现出miR-23a 表达上调、传导阻滞、Cx43 减少和缝隙连接重塑，其心律失常机制与心肌中上调的miR-23a 靶向调控Cx43 表达有关［32］。

4 展望

不同病理条件下，异常表达的miRNAs 在调节心肌自律性、兴奋性和传导性的电生理特性改变中发挥着重要作用，miRNAs 可能是预测和治疗心律失常的生物靶标，通过检测患者循环或组织中miRNAs 的变化也许有利于围术期心律失常的防控和药物的选用。综上所述，我们了解到miRNA在临床心律失常的早期诊断和靶向治疗中具有潜在优势，但仍然面临着挑战：首先，小分子miRNA作为治疗靶标需要保证其稳定性及其对降解酶的抵抗力，目前存在miRNA 海绵、寡核苷酸和2-O-甲基修饰等策略；其次，考虑miRNA 组织分布差和排泄快，其药代动力学的缺点需开发适宜的递送系统作为分子定向载体，如纳米颗粒和脂质体等；最后，miRNA 的临床应用价值和前景除动物实验外还需要开展大量的临床试验和临床观察证实效果［33］。

【Author contributions】YI Jing and PAN Sisi performed investigation and wrote the original draft. GAO Hong wrote the review and edited. All authors read and approved the final manuscript as submitted.

【Conflict of interest】The authors declare no conflict of interest.