微小RNAs在心肌肥厚中作用和分子機(jī)制的研究進(jìn)展

王 帆，鄧勇志

山西醫(yī)科大學(xué)附屬心血管病醫(yī)院 山西省心血管病醫(yī)院 山西省心血管病臨床醫(yī)學(xué)研究中心心血管外科，山西 太原 030024

國(guó)家心血管病中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,隨著老齡化及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速,居民生活方式改變,心血管疾病的發(fā)生率持續(xù)增高。目前,中國(guó)心血管病死亡位居城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位,城市為43.81%,農(nóng)村為46.66%[1]。因此,亟待提升心血管疾病的診療手段,以降低其病死率。心力衰竭(heart failure, HF)是由各種心內(nèi)心外原因所致心臟疾病的終末階段,目前尚無有效的治療手段。心肌肥厚貫穿于心力衰竭的整個(gè)過程,干預(yù)心肌肥厚是目前防治心力衰竭的基礎(chǔ)。微小RNAs(microRNAs,miRNAs)是一類非編碼RNA,在心血管疾病發(fā)生過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用,其作用機(jī)制已成為目前研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。大量研究表明,miRNAs通過調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的能量代謝、生物合成、自噬等過程參與心肌肥厚的發(fā)生[2],現(xiàn)就miRNAs在心肌肥厚發(fā)生過程中分子機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 miRNAs概述

miRNAs是一類廣泛存在于真核生物中的單鏈非編碼RNA,長(zhǎng)約19～25個(gè)核苷酸,通過種子區(qū)剪切靶mRNA促進(jìn)其降解或抑制其翻譯兩種方式參與調(diào)控轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)。近期的研究發(fā)現(xiàn),多種miRNAs參與了心肌肥厚的發(fā)生,如miR-22、miR-23a、miR-199和miR-133等。根據(jù)其作用效果分為兩類,一類促進(jìn)心肌肥厚的發(fā)生,另一類則抑制心肌肥厚的發(fā)生。

2 促進(jìn)心肌肥厚的主要miRNAs

2.1 miR-22

心肌肥厚微觀表現(xiàn)為心肌細(xì)胞肥大(cardiomyocyte hypertrophy, CH)。miR-22在血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,AngⅡ)誘導(dǎo)的肥大心肌細(xì)胞模型中過度表達(dá),且miR-22可以調(diào)節(jié)張力蛋白同源基因(phosphatase and tension homology deleted on chromosome ten, PTEN)的表達(dá)水平,而PTEN的異常表達(dá)可導(dǎo)致心肌肥厚[3]。有細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明[4],miR-22可抑制PTEN的釋放,激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, AKT)信號(hào)通路,促進(jìn)心肌肥厚的發(fā)生。這說明,miR-22可激活PI3K/AKT信號(hào)通路促進(jìn)心肌肥厚。

2.2 miR-23a

將miR-23a抑制劑anti-miR-23a靶向遞送到小鼠心肌肥厚模型心肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)[5],觀察到左心室質(zhì)量減輕,心肌肥厚改善。miR-23a通過靶向調(diào)節(jié)溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)參與LPA誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大[6]。在小鼠模型中,LPA抑制心肌細(xì)胞自噬,促進(jìn)心肌肥厚發(fā)生,而加入哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian rapamycin target protein, mTOR)和PI3K抑制劑能顯著阻止LPA誘導(dǎo)的mTOR磷酸化和自噬抑制[7]。綜上可知,miRNA-23可通過激活mTOR/PI3K信號(hào)通路抑制心肌細(xì)胞自噬,促進(jìn)心肌肥厚。

2.3 miR-199a/199b

miR-199a/199b都可調(diào)節(jié)心肌肥厚的發(fā)生,但作用機(jī)制有所不同。

miR-199a過表達(dá)可抑制心肌細(xì)胞自噬并誘導(dǎo)心肌肥厚,同時(shí)mTOR信號(hào)在miR-199a轉(zhuǎn)基因心臟中被顯著激活。通過在轉(zhuǎn)基因小鼠心肌細(xì)胞中過表達(dá)自噬相關(guān)基因5,觀察到miR-199a誘導(dǎo)的心肌肥大效應(yīng)減弱,并且通過雷帕霉素治療可以恢復(fù)心肌自噬并減輕miR-199a轉(zhuǎn)基因小鼠心肌肥厚[8]。這說明,miR-199a通過抑制心肌細(xì)胞自噬促進(jìn)心肌肥厚。小鼠心肌肥厚模型輸入腺相關(guān)病毒介導(dǎo)的抗miR-199a硬性誘餌(tough decoys, TuDs),其心功能及心肌肥厚改善;進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該過程是由過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活受體-1α(peroxisome proliferator activated receptor γ co-activator-1α, PGC-1α)/雌激素相關(guān)受體α(estrogen-related receptor α, ERRα)通路介導(dǎo)的[9]。

作為miR-199家族中的一員,miR-199b-5p被發(fā)現(xiàn)在主動(dòng)脈狹窄或慢性高血壓繼發(fā)的心力衰竭的小鼠模型中表達(dá)升高,并且激活鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(cacineurin, Ca N)/活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T, NFAT)信號(hào)通路,導(dǎo)致心肌肥厚[10]。因此miR-199b可通過激活Ca N/NFAT通路促進(jìn)心肌肥厚。

2.4 miR-212 /132

miR-132與miR-212是具有高度相似序列和功能的miRNA。抑制miR-132可以減少氧化應(yīng)激和刺激血管生成,干預(yù)微循環(huán)功能障礙的發(fā)生,阻止心肌肥厚[11]。抑制miR-132,靶向調(diào)節(jié)Sirt1激活PGC-1a/核因子E2相關(guān)因子(nuclear factor E2 correlator, NRF2)通路,導(dǎo)致氧化應(yīng)激受抑,干預(yù)心肌肥厚[12]。表明miR-132可通過激活PGC-1a/NRF2信號(hào)通路調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激促進(jìn)心肌肥厚。

2.5 miR-320

在接受主動(dòng)脈縮窄手術(shù)心肌肥厚小鼠中觀察到miR-320高表達(dá),并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transduction protein and transcriptional activator 3, STAT3)表達(dá)增多、PTEN表達(dá)減少。提示miR-320通過激活STAT3/PTEN通路促進(jìn)心肌肥大和心肌纖維化[13]。

2.6 其他促進(jìn)心肌肥厚的miRNAs

在Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大模型中miR-410-3p表達(dá)明顯上調(diào),且miR-410-3p抑制劑能阻止Ang Ⅱ誘導(dǎo)的Smad同源物(Sma-and Mad-related protein 7,Smad7)7下降,實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)Smad7過表達(dá)時(shí),miR-410-3p的促肥大作用可以被逆轉(zhuǎn)[14]。因此miR-410-3p通過抑制Smad7促進(jìn)心肌肥厚。在小鼠心肌肥厚模型中, miRNA-29通過激活PTEN/AKT/mTOR通路抑制心肌細(xì)胞自噬,促進(jìn)心肌肥厚的發(fā)生[15]。

3 抑制心肌肥厚的主要miRNAs

3.1 miR-1

miR-1的高表達(dá)可預(yù)防心肌肥厚發(fā)生[16]。在異丙腎上腺素誘導(dǎo)小鼠心衰模型中過表達(dá)miR-1a-3p,觀察到小鼠心臟射血分?jǐn)?shù)增加,心肌肥厚減輕,并且線粒體DNA編碼蛋白NADH脫氫酶1(NADH dehydrogenase 1,ND1)和細(xì)胞色素C氧化酶I(cytochrome c oxidase I,COX1)表達(dá)增加[17]。提示miR-1a-3p可通過增加ND1和COX1的表達(dá)抑制心肌肥厚的發(fā)生。

3.2 miR-499

在糖尿病心肌病小鼠模型中[18],miR-499-5p高表達(dá)可以靶向調(diào)控?；撬嵘险{(diào)基因1(taurine upregulated gene 1, TUG1)的表達(dá),減輕糖尿病心肌病小鼠的心肌肥厚和舒張期功能障礙,抑制心肌肥厚。

3.3 其他抑制心肌肥厚的miRNAs

miR-155可通過激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB信號(hào)在心肌肥厚中發(fā)揮保護(hù)作用[19]。在Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大模型中觀察到miR-384-5p可通過和原鈣黏蛋白17結(jié)合,減輕Ang-Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大[20]。

4 miRNAs在心血管疾病中的應(yīng)用

miRNAs被越來越多應(yīng)用于臨床心血管疾病的診療。在一項(xiàng)關(guān)于血管角質(zhì)瘤綜合征(Anderson-Fabry disease, AFD)酶替代療法(enzyme replace-ment therapy,ERT)的臨床研究中,發(fā)現(xiàn)miR-184是AFD的生物標(biāo)志物,在ERT后會(huì)發(fā)生改變。檢測(cè)其血漿水平對(duì)提高AFD患者心臟損害的預(yù)測(cè)有一定的臨床價(jià)值[21]。以表達(dá)白介素-17為特征輔助T(type 17 helper T, Th17)細(xì)胞增殖是心肌炎急性期心肌損傷的特征,miRNA MMU-miR-721由Th17細(xì)胞合成,miRNA MMU-miR-721的人類同源物,命名為hsa-miR-Chr8:96,被發(fā)現(xiàn)存在于急性自身免疫性或病毒性心肌炎患者血漿中,而不存在于急性心肌梗死患者血漿中。因此,hsa-miR-Chr8:96可用于區(qū)分心肌炎和心肌梗死[22]。近期,一項(xiàng)臨床1b期研究發(fā)現(xiàn),心力衰竭患者心臟 miR-132-3p水平升高,miR-132抑制劑CDR132L是一種特異性反義寡核苷酸,可使臨床心衰患者心肌纖維化指標(biāo)和心力衰竭指標(biāo)下降,心功能得到改善。因此,認(rèn)為CDR132L對(duì)治療心力衰竭有效[23]。相信隨著研究深入,miRNAs將廣泛應(yīng)用于臨床疾病的診療。

5 問題與展望

綜上可知,miRNAs可以在心肌細(xì)胞中特異性表達(dá),調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞代謝、增殖、凋亡,加重或減輕實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心肌肥厚。miRNAs在心肌肥厚過程中分子機(jī)制復(fù)雜,一個(gè)miRNA如miR-320通過不同通路作用于心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞產(chǎn)生不同結(jié)果,而一條通路如Ca N/NFAT可受到miR-199b-5p和miR-133等多個(gè)miRNA的調(diào)控,找出共同通路及miRNA與通路的調(diào)控關(guān)系可為干預(yù)心肌肥厚提供思路。調(diào)控miRNAs可能存在潛在的診治價(jià)值。首先,異常表達(dá)的miRNAs可作為診斷不同類型心臟疾病的生物標(biāo)志物。其次,miRNAs也可能成為心血管疾病治療的潛在靶點(diǎn),為靶向藥物的研發(fā)提供了新思路。但目前還需解決很多問題,比如對(duì)其潛在靶點(diǎn)的作用,以及藥物毒性,仍需大量實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。以期miRNAs能早日應(yīng)用于臨床心血管疾病診療。