吳泳江，王 敬，王 琪，黃金秀,3 綜述，齊仁立,3△ 審校

(1.西南大學榮昌校區(qū)，重慶 402460；2.重慶市畜牧科學院 402460； 3.農業(yè)部養(yǎng)豬科學重點實驗室，重慶 402460)

·綜 述·

心肌細胞凋亡與miRNA調控

吳泳江1，王 敬2，王 琪2，黃金秀2,3綜述，齊仁立2,3△審校

(1.西南大學榮昌校區(qū)，重慶 402460；2.重慶市畜牧科學院 402460； 3.農業(yè)部養(yǎng)豬科學重點實驗室，重慶 402460)

miRNA；心肌細胞凋亡；急性心肌梗死；缺血再灌注；氧化應激

目前,我國心血管疾病患者約為2.9億，病死率占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的第1位，并且發(fā)病率呈逐年上升的態(tài)勢。2016年發(fā)布的《中國心血管病報告2015》顯示，我國每5例死亡病例中有2例是死于心血管疾病，其中急性心肌梗死患者為250萬，住院費用為133.75億元，較去年增長32.02%；次均住院費用為24 706.0元，較去年增長8.72%，在心血管疾病中增速最快。急性心肌梗死可誘發(fā)心肌細胞大量凋亡，隨后發(fā)生的缺血再灌注和氧化應激，進一步擴大心肌細胞凋亡，從而加重心血管疾病和增加病死率。因此，通過控制心肌細胞凋亡的發(fā)生可以降低心血管疾病的發(fā)病率和病死率，研究表明，微小RNA(miRNA)在這一過程中發(fā)揮重要的調控作用。

1 心肌細胞凋亡與病理誘因

細胞凋亡是由多個基因控制的細胞程序性死亡，是維持細胞數(shù)量平衡和生理穩(wěn)態(tài)的重要分子事件。藥物、輻射、疾病、氧化損傷等外因或內因都會誘導細胞啟動凋亡。心肌細胞凋亡在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著關鍵性的作用，而急性心肌梗死、心臟缺血再灌注和氧化應激等病理因素是引起心肌細胞凋亡的重要誘因。冠狀動脈急性、持續(xù)性缺血缺氧導致線粒體凋亡通路、死亡受體通路凋亡通路和內質網(wǎng)凋亡通路等被激活，引起大量心肌細胞凋亡(即急性心肌梗死)，臨床上通常采用盡早恢復血流供應來治療(即再灌注)，但這樣會進一步加重心肌細胞凋亡，引起缺血再灌注損傷。在急性心肌梗死和缺血再灌注損傷的過程中往往還伴隨著氧化應激的發(fā)生，而氧化應激到達一定程度也會引起細胞凋亡。

1.1 急性心肌梗死引起心肌細胞凋亡 機體發(fā)生急性心肌梗死時，心臟處于缺血缺氧和氧化應激狀態(tài)，可誘導多種凋亡相關基因、蛋白和通路發(fā)生變化，如促凋亡基因caspase家族中的caspase-3和caspase-9，Bcl-2家族中的Bax[1]和RIP家族中的RIP1和RIP3的mRNA和蛋白表達升高[2]；抗凋亡基因Bcl-2的mRNA和蛋白表達降低[1]；氧化應激有關的錳超氧化物歧化酶(MnSOD)[3]和還原型輔酶Ⅱ(NADPH)[4]活性增強，線粒體活性氧(mitoROS)增多[4]。一些研究表明，激活RhoA/ROCK[1]、MMP-1/JNK[5]通路和減少氧化應激可抑制心肌細胞凋亡。

1.2 缺血再灌注引起心肌細胞凋亡 隨著醫(yī)藥技術的不斷進步，急性心肌梗死可以采用藥物溶栓、經皮冠狀動脈介入術(PCI)、冠狀動脈旁路移植術(CABG)等方法來恢復缺血心肌的血流供應(即缺血再灌注)，這在一定程度上降低了急性心肌梗死的病死率。但再灌注是一把雙刃劍，它會加重心肌細胞缺血引起的損傷，導致心肌細胞凋亡和進一步的功能障礙。有研究表明，缺血再灌注分別引起(27.9±5.9)%、(51.1±5.8)%、(37.14±4.10)%的心肌細胞凋亡，雖然凋亡率不一致，但都會顯著引起心肌細胞凋亡，并且缺血再灌注損傷程度與細胞凋亡呈正相關[6-8]。與急性心肌梗死誘導心肌細胞凋亡相似，缺血再灌注一方面會引起caspase-3、caspase-9和Bax等促凋亡基因和蛋白表達升高，活性氧(ROS)和硝基絡氨酸含量顯著升高；另一方面它會顯著降低Bcl-2等抑凋亡基因mRNA和蛋白表達、Bcl-2/Bax比值、抗氧化酶GPx1和SOD的基因表達，但也存在一些差異，如誘導凋亡的程度和通路不同。研究者在激活相關通路抑制缺血再灌注誘導的心肌細胞凋亡方面做了大量的研究，他們發(fā)現(xiàn)激活TLR4/NF-kB、PI3K/Akt/eNOS和JAK2/STAT3信號通路可抑制心肌細胞凋亡[7,9-10]。

1.3 氧化應激引起心肌細胞凋亡 心肌在發(fā)生急性心肌梗死和缺血再灌注時，會產生過量的氧自由基，引起氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)作用失衡，即處于氧化應激狀態(tài)，進而引發(fā)或加劇心肌細胞凋亡和壞死，導致不可逆的損傷。氧化應激與多種心血管疾病(如急性心肌梗死、缺血再灌注損傷、心衰等)都有牽連，它通過攻擊心肌細胞中的DNA、RNA和蛋白的局部構象來誘導凋亡，是引起心肌細胞凋亡的主要因素。目前，雖然氧化應激引起心肌細胞凋亡的作用機制還不明晰，但人們在減少氧化應激引起的心肌細胞凋亡方面做了很多研究。Sahu等[11]通過分析血清中抗氧化物(GSH、GR、GPx、GST、SOD、CAT、NQO1、HO-1)和凋亡(活性caspase-3、Bax、Bcl-2、p53、DNA片段化)相關基因指標發(fā)現(xiàn)，提高心肌細胞的抗氧化水平可顯著抑制心肌細胞凋亡。更進一步的研究發(fā)現(xiàn)，激活雌激素受體α/β(ERα/β)，提高Akt磷酸化水平[12]，抑制MAPK/p53信號通路可以減少氧化應激引起的心肌細胞凋亡[13]。Tao等[14]研究發(fā)現(xiàn)，用200 μmol/L的H2O2刺激大鼠心肌細胞6 h會引發(fā)超過50%的細胞凋亡，且細胞活率減至(12.4±3.7)%，作用機制可能是H2O2引起的氧化應激導致Dvl-1、β-catenin和c-Myc基因的mRNA和蛋白表達升高，Bcl-2/Bax降低和 Wnt/frizzled通路激活等多方面的變化，從而誘發(fā)心肌細胞凋亡。

2 miRNA調控心肌細胞凋亡

miRNA是一類長約22 nt的非編碼小RNA，能夠通過與靶mRNA特異性的堿基配對引起靶mRNA降解或者抑制其翻譯，從而對基因進行轉錄后表達調控，廣泛參與細胞的增殖、分化、病變、修復和凋亡等多種生命活動。研究表明，一些miRNA在心肌細胞凋亡中發(fā)揮著重要的調控作用，控制miRNA的表達可以影響心肌細胞凋亡進程，這為人類和動物心血管疾病的預測、診斷與治療提供了新的思路。

2.1 miRNA的合成與作用機制 大多數(shù)miRNA在不同物種間高度保守，它們的表達具有時序性和組織特異性。目前對miRNA的生物合成研究得較為清晰，在其合成過程中所產生的一些中間體是判斷miRNA的標識物。經典的miRNA形成途徑如下：(1)核內編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ作用下轉錄生成幾百個核苷酸長度的初始miRNA(pri-miRNA)。(2)pri-miRNA在核內被RNaseⅢ核酸酶Drosha和伴侶蛋白DGCR8組成的微處理器復合體加工成長約70 nt的發(fā)夾狀前體miRNA(pre-miRNA)。(3)pre-miRNA在Ran-GTP依賴的核質/細胞質轉運蛋白exportin5的作用下，由核內轉運到胞質中。(4)胞質中的pre-miRNA在RNaseⅢ核酸酶Dicer的作用下，被切割形成約20nt的雙鏈miRNA。(5)最后在解旋酶的作用下，雙鏈RNA解鏈為單鏈RNA，即形成成熟miRNA。

miRNA成熟體與特定的核糖核蛋白AGO(Argonaute)結合形成RNA誘導的沉默復合體(RNA-induced silencing complex,RISC)，然后以miRNA5′端第2～8個核苷酸為“種子序列(seed region)”與靶基因mRNA的3′-UTR或ORF區(qū)進行互補配對，若二者完全互補配對則指導RISC對靶基因mRNA進行切割降解，若二者只是種子序列完全互補其他部位部分互補則指導RISC抑制靶基因mRNA翻譯。通常，一個miRNA可以靶向調控多達數(shù)百個靶基因，而一個基因也可能同時受到多個miRNA的影響。

2.2 miRNA調控急性心肌梗死引起的心肌細胞凋亡 在機體正常的生理狀態(tài)下，適量表達的心肌特異性miRNA維持著機體有序的生命活動。在心臟發(fā)生急性心肌梗死時，心肌特異性miRNA會表達異常，它所靶向作用的細胞凋亡相關基因和分子信號通路也會產生相應變化。有些miRNA發(fā)揮著抑制心肌細胞凋亡的作用。Dong等[15]發(fā)現(xiàn)，小鼠急性心肌梗死早期，miRNA-21在梗死區(qū)域內的表達明顯下調，在梗死區(qū)周圍則明顯升高，過表達miRNA-21能抑制促凋亡基因PDCD4和AF-1，從而顯著降低急性心肌梗死小鼠的心肌細胞凋亡數(shù)量。Wang等[16]在大鼠和小鼠急性心肌梗死模型中發(fā)現(xiàn)，miRNA-499可通過上調CnAα和CnAβ的表達，激活鈣依賴磷酸酶的活性，減少線粒體分裂蛋白聚集并阻礙由它介導的線粒體裂解，進而發(fā)揮抑制心肌細胞凋亡的作用。有學者向大鼠心肌梗死區(qū)域移植miRNA-1高表達的胚胎干細胞后，與對照組相比，發(fā)現(xiàn)心肌磷酸化Akt蛋白水平顯著升高，原因可能是miRNA-1激活了Akt-caspase-3通路，從而抑制了心肌細胞凋亡[17-18]。

2.3 miRNA調控缺血再灌注引起的心肌細胞凋亡 缺血再灌注引起的心肌細胞凋亡是造成缺血再灌注損傷的重要因素，這一過程比較復雜，其觸發(fā)機制尚不清楚。一些miRNA可以促進缺血再灌注引起的心肌細胞凋亡。Yeh等[19]進行大鼠心臟的缺血再灌注實驗發(fā)現(xiàn)，用miRNA-27a前體轉染心肌細胞會降低白細胞介素(interleukin,IL)10和核因子(NF)-κB的表達，進而激活caspase-3并促進心肌細胞凋亡。有些miRNA也可以發(fā)揮抑制心肌細胞凋亡的作用。Wang等[20]研究表明，在大鼠缺血/再灌注模型中miRNA-494水平顯著上調，它通過作用于促凋亡基因(PTEN、ROCK1和CaMKIIδ)和抗凋亡基因(FGFR2和LIF)最終達到抑制心肌細胞凋亡的效果。Huang等[21]發(fā)現(xiàn)在miRNA-21-PTEN/AKT-P-P38-caspase-3和miRNA-146a-TRAF6-p-p38-caspase-3信號通路的協(xié)同作用下miRNA-21和miRNA-146a具有更強的抑制作用。Wang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，過表達miRNA-125b可降低心肌細胞中caspase-3/7和caspase-8的活性，抑制p53和Bak1的蛋白表達，最終減少心肌細胞凋亡。

2.4 miRNA調控氧化應激引起的心肌細胞凋亡 氧化應激會造成心肌細胞、腎臟細胞、肝細胞等不同類型細胞的凋亡。心肌梗死和缺血再灌注過程中也伴隨著一定程度的心肌細胞氧化應激，進而誘導或加劇心肌細胞凋亡，在這過程中，有些miRNA會加劇心肌細胞凋亡。崔燕[23]研究結果表明，H2O2通過激活心肌細胞線粒體凋亡途徑損傷心肌細胞，在氧化損傷過程中miRNA-135a被激活，其靶向作用于下游的Bcl-2基因，進一步加重了H2O2誘導的心肌細胞氧化損傷及線粒體凋亡途徑的活化；抑制miRNA-135a可以釋放對Bcl-2的靶向抑制作用，從而減輕了H2O2誘導的心肌細胞氧化損傷。Wang等[24]報道，下調miRNA-181a能夠釋放其對谷胱甘肽過氧化物酶1(GPX1)的靶向抑制作用，從而顯著抑制氧化應激誘導的細胞凋亡、ROS產生、線粒體結構的破壞以及關鍵信號蛋白在線粒體凋亡途徑的活化。楊寶鋒等[25]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-1和miRNA-133對氧化應激導致細胞(鼠心室肌細胞)凋亡產生相反的作用，miRNA-1促進凋亡，miRNA-133則抑制凋亡，在氧化應激中miRNA-1的水平顯著上升，它作用于HSP60和HSP70基因3′非翻譯區(qū)(3′UTR)的單獨位點；miRNA-133作用于caspase-9基因全序列的多個位點；miRNA-1可抑制HSP60和HSP70蛋白表達，但不影響它們的轉錄過程，miRNA-133與之相反，從蛋白和mRNA水平兩方面抑制caspase-9的表達。

3 小結與展望

急性心肌梗死等心血管疾病伴隨著大量心肌細胞凋亡，研究并控制心肌細胞凋亡的起始和發(fā)展對于治療心血管疾病具有極大的幫助。一些miRNA及其靶基因對心肌細胞凋亡發(fā)揮重要調控作用，它們在心血管疾病中會異常表達和功能失調。這些miRNA通過協(xié)同或拮抗作用促進或抑制了心肌細胞凋亡的啟動和發(fā)展。在不同病理因素下同一個功能基因可能受到不同miRNA調控(如PTEN受到miRNA-214、-21、-494的調控)，同一個miRNA也可能同時調控促凋亡基因和抑凋亡基因(如miRNA-1調控HSP60、HSP70、Akt)，最終對心肌細胞凋亡發(fā)揮不同的作用。

目前在人類心臟組織已發(fā)現(xiàn)有200多種miRNA穩(wěn)定表達，但是參與心肌細胞凋亡調控的miRNA的研究主要集中在動物模型和體外培養(yǎng)的心肌細胞上，并且其詳細作用機制尚不清楚。隨著研究的深入，人們也提出了許多利用miRNA來預測、診斷、治療心肌細胞凋亡的思路，例如，應用反義寡核苷酸、海綿技術、屏蔽技術沉默呈高表達并起癌基因作用的miRNA，借助miRNA模擬技術補償呈低表達的miRNA，運用差異性表達的miRNA來預測和診斷心肌細胞凋亡是否發(fā)生等。要將這些思路付諸實踐，需要進一步明晰miRNA調控心肌細胞凋亡的機制，完善技術體系，以期為心血管疾病的治療提供有力支撐。

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國家自然科學基金資助項目(31302055，31470117)；重慶市基本科研業(yè)務費(16418)。

吳泳江(1990-)，在讀碩士，主要從事miRNA對肌肉和脂肪細胞的調控研究。

△通信作者，E-mail:qirenli1982@163.com。

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.24.036

R714.252

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1671-8348(2017)24-3422-03

2017-02-24

2017-04-12)