MicroRNA與年齡相關(guān)心臟功能失調(diào)的關(guān)系

張 巖 鄭連文 王曄玲 (吉林大學(xué)第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，吉林 長春 3002)

MicroRNA最早由Ambros等在秀麗新小桿線蟲(Caenorhabditis elegans)中發(fā)現(xiàn)第一個 miRNA基因Lin-4〔1〕，MicroRNA是一組調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)錄基因表達的非編碼RNA，miRNA可以與靶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA的3'配對結(jié)合，從而降低或者抑制靶基因的表達。相關(guān)基因研究揭示MicroRNA在心臟的發(fā)生發(fā)展與功能方面起著至關(guān)重要的作用，與心血管系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。

年齡被認為是心血管疾病發(fā)生發(fā)展的重要影響因素，并且與心臟的形態(tài)學(xué)、信號途徑、收縮功能的改變有關(guān)。氧化應(yīng)激是導(dǎo)致年齡相關(guān)的心臟形態(tài)學(xué)與功能的重要原因。研究顯示〔2〕，隨著年齡增加，心肌肥厚，心臟收縮舒張功能下降，心律失常增多。本文筆者綜述了年齡與心血管相關(guān)疾病的關(guān)系，氧化應(yīng)激對心血管系統(tǒng)的影響以及miRNA在三者中的聯(lián)系。

1 老齡與心血管系統(tǒng)的關(guān)系

大量的研究表明，年齡增長導(dǎo)致血管結(jié)構(gòu)和心臟結(jié)構(gòu)的改變，進一步引起心臟和血管功能的缺失，從而引起高血壓、糖尿病、血脂異常等心血管系統(tǒng)疾病。隨著年齡的增加，大的彈性動脈管壁的厚度不斷增加。90歲老年人的頸動脈內(nèi)中膜厚度會增加2～3倍〔3〕。而且研究還表明，內(nèi)中膜的不斷增厚是獨立于年齡導(dǎo)致動脈粥樣硬化的一個重要威脅因素〔4〕。衰老引起血管內(nèi)皮細胞NO釋放減少。一些證據(jù)表明由于eNOS水平降低，導(dǎo)致老化血管內(nèi)皮細胞NO釋放減少，然而這并未在所有的研究中得到證實〔5〕。衰老還能導(dǎo)致心臟鈣化，隨著年齡的增長，心腔結(jié)構(gòu)的一個顯著變化是心房擴大，左心室壁厚度增厚〔6〕。和收縮功能相比，老年人靜息狀態(tài)下心臟舒張率降低，原因是衰老心臟的膠原蛋白增加，彈性蛋白結(jié)構(gòu)變化，二者導(dǎo)致左心室將硬度增加，致使左心室被動充盈障礙〔7〕。

2 氧化應(yīng)激對心血管系統(tǒng)的影響

由于氧自由基過量生成或細胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)受損而導(dǎo)致氧自由基及其代謝產(chǎn)物過量聚集，從而對細胞產(chǎn)生毒害作用。近年來研究表明，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能異常的重要原因之一〔8〕。近來研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激能夠誘導(dǎo)血管相關(guān)基因的改變，促進炎癥反應(yīng)的存在。單核細胞黏附在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。參與此過程的重要黏附分子有血管細胞黏附分子VCAM-1、單核細胞趨化蛋白MCP-1等，在氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)多種血管基因表達的改變，包括VCAM-1基因和MCP-1基因等。有實驗研究表明過氧化氫可誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞間黏附因子ICAM-1和mRNA表達增加，而抗氧化劑對此有抑制作用。有報道〔9〕氧自由基可通過損傷心肌細胞膜和改變離子通道造成心肌細胞損傷。近年研究表明，氧化應(yīng)激參與了心肌細胞的凋亡。細胞產(chǎn)生的ROS所引起的繼發(fā)性氧化應(yīng)激反應(yīng)對心肌細胞凋亡的發(fā)生起著非常重要的作用。ROS可上調(diào)促凋亡基因bax的表達，破壞線粒體內(nèi)膜電勢，導(dǎo)致細胞發(fā)生不可逆的凋亡。在高血壓時，ROS產(chǎn)生過多，它可以作為信使參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，影響細胞功能，調(diào)節(jié)血管緊張度，參與血管重構(gòu)。血管緊張素Ⅱ是人體內(nèi)在的氧化劑，可促使氧化應(yīng)激的發(fā)生，在高血壓中發(fā)揮重要作用。Care等〔10〕通過實驗表明Ang可誘導(dǎo)主動脈產(chǎn)生ROS，導(dǎo)致內(nèi)皮依賴性血管舒張功能減退。

Cheng等〔9〕研究表明，在心肌氧化應(yīng)激模型中，過度表達的miRNA-21，可以抑制凋亡基因Programmed cell death 4的表達，從而保護心臟免于氧化應(yīng)激損傷。van Rooij等〔11〕研究表明，在心肌缺血模型中，miRNA-1和miRNA-133的表達水平顯著增高，而心肌細胞凋亡加劇。同時對H9c2大鼠心肌細胞研究揭示，miRNA-1和miRNA-133在氧化應(yīng)激引起的細胞凋亡效應(yīng)中起到的作用是不同的，miRNA-1能夠?qū)е录毎蛲?，而miRNA-133則抑制細胞凋亡。在氧化應(yīng)激下，miRNA-1表達水平升高，能夠在抗凋亡蛋白(heat shock cognate protein)和HSP70轉(zhuǎn)錄水平不變的情況下，下調(diào)其蛋白質(zhì)的表達量。但是，miRNA-133能從mRNA水平和蛋白質(zhì)水平抑制凋亡相關(guān)的半胱氨酸肽酶的表達。推測miRNA-133能夠負向調(diào)節(jié)心肌凋亡，而對心肌起到保護作用。

3 MicroRNA對年齡相關(guān)心臟功能改變的調(diào)節(jié)

目前研究發(fā)現(xiàn)，在心肌肥厚和心衰發(fā)生發(fā)展過程中表達下調(diào)的miRNA的功能常常是抑制心肌細胞肥厚的，有研究發(fā)現(xiàn)在AKT轉(zhuǎn)基因鼠和人心肌肥厚組織檢測揭示miRNA-1和miRNA-133作用于 RhoA、Cdc42、Nelf-A/WHSC2基因而抑制心肌肥厚〔12〕。當二者表達下調(diào)時則促發(fā)心肌肥厚。van Rooij等〔11〕利用miRNA微陣列分析發(fā)現(xiàn)，人類心肌細胞肥大時，miRNA-21、miRNA-23、miRNA-24、miRNA-195 和 miRNA-214 等一系列microRNA表達上調(diào)。MiRNA-24、miRNA-195和miRNA-214轉(zhuǎn)基因小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-24會導(dǎo)致小鼠胚胎致死，miRNA-214則對表型沒有明顯影響，而miRNA-195出生后2 w就發(fā)展成擴張性心肌病和心衰，這表明miRNA-195過表達就足以促發(fā)心肌病〔13〕。

Zhao等〔14〕通過研究敲除了miRNA的模式小鼠發(fā)現(xiàn)純合子小鼠出現(xiàn)室間隔缺損，并且發(fā)現(xiàn)他們中一半死于胚胎期，活下來的突變體很大一部分出現(xiàn)心臟電生理異常。進一步研究表明，miRNA-1-2靶基因為Irx5。這個基因編碼1個心肌轉(zhuǎn)錄因子，他能抑制鉀離子通道蛋白KV4的表達，從而調(diào)控心臟的電活動。Yang等〔15〕研究揭示大鼠心肌梗死后往心臟導(dǎo)入miRNA-1，能夠?qū)е翾RS波群增大，QT間期延長，心律失常率增加。若用反義寡核苷酸抑制miRNA-1的表達，可以降低心律失常率。miRNA通過抑制靶基因Kcnj2(Potassium inwardly-rectifying channel)和Gja1的表達實現(xiàn)的。Kcnj2編碼鉀離子通道亞單位Kir21蛋白，調(diào)控心臟細胞靜息電位，Gja1編碼傳導(dǎo)興奮的縫隙連接蛋白CX43編碼。

4 展望

隨著年齡的增長，血管和心臟結(jié)構(gòu)均發(fā)生結(jié)構(gòu)重構(gòu)。microRNA對靶基因的作用導(dǎo)致相關(guān)信號分子或者功能蛋白的增加和減少。導(dǎo)致心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生。microRNA的研究對于RNA干擾提供了新思路，為基因治療年齡相關(guān)的心血管疾病提供依據(jù)。

1 Lakatta EG，Wang M，Najjar SS.Arterial aging and subclinical arterial disease are fundamentally intertwined at macroscopic and molecular levels〔J〕.Med clin North Am，2009;93:583-604.

2 Mitchell JA，Ali F，Bailey L，et al.Role of nitric oxide and prostacyclin as vasoactive hormones released by the endothelium〔J〕.Exp physiol，2008;93:141-7.

3 Lee RC，F(xiàn)einbaum RL，Ambros V.The C.elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14〔J〕.Cell，1993;75(5):843-54.

4 Taniyama Y，Griendling KK.Reactive oxygen species in the vascular re molecular and cellular mechanisms〔J〕.Hypertension，2003;42(6):1075.

5 張 健，魏欣冰，丁 華，等.卡維地洛對過氧化氫致血管內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激損傷的保護作用〔J〕.中國藥理學(xué)通報，2006;22(5):620-5.

6 李紹龍，光雪峰，白文偉.心力衰竭發(fā)病機制的研究〔J〕.醫(yī)學(xué)綜述，2004;10(12):725-6.

7 Campese VM，Shaohua Y，Huiquin Z.Oxidative stress mediated angiot ensin independent stimulation of sympathetic nerve activity〔J〕.Hypertension，2005;46(3):533-9.

8 Xu C，Lu Y，Pan Z，et al.The muscle specific microRNAs miR1 and miR133 produce opposing effects on apoptosis by targeting HSP 60，HSP 70 and caspase 9 in cardiomyocytes〔J〕.J Cell Sci，2007;120(17):3045-52.

9 Cheng YH，Liu X，Zhang S，et al.MicroRNA 21 protects against the H2O2induced injury on cardiac myocytes via its target gene PDCD4〔J〕.J Mol Cell Cardio，2009;47(1):5-14.

10 Care A，Catalucci D，F(xiàn)elicetti F，et al.MicroRNA133 control scardiac hypertrophy〔J〕.Nat Med，2007;13(5):613-8.

11 van Rooij E，Sutherland LB，Liu N，et al.A signature pattern of stress responsive m icroRNAs that canevoke cardiac hypertrophy and heart failure〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，2006;103(48):18255-60.

12 Luo X，Lin H，Pan Z，et al.Down regulation of miR1/miR133 contributes to reexpression of pace maker channel genes HCN2 and HCN4 in hypertrophic heart〔J〕.J Biol Chem，2008;283(29):20045-52.

13 Sanders D，Dudley M，Groban L.Diastolic dysfunction cardiovascular aging and the anesthesiologist〔J〕.Anesthesiol Clin，2009;27:497-517.

14 Zhao Y，Ransom JF，Li A，et al.Dysregulation of cardiogenesis cardiac conduction，and cell cycle in mice lacking miRNA12〔J〕.Cell，2007;129(2):303-17.

15 Yang B，Lin H，Xiao J，et al.The muscle specific microRNA miR1 regulates cardiac arrhythmogenic potential by targeting GJA1 and KCN J2〔J〕.Nat Med，2007;13(4):486-91.