段戰(zhàn)濤(綜述)，錢金橋(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院麻醉科，昆明 650032)

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分子生物醫(yī)學(xué)

微RNA在心肌梗死中的研究進(jìn)展

段戰(zhàn)濤△(綜述)，錢金橋※(審校)

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院麻醉科，昆明 650032)

摘要：微RNA(miRNA)是存在于真核生物細(xì)胞中的一類內(nèi)源性的、非編碼的、長度約為22個核苷酸的小分子RNA。生物體中，miRNA能夠在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)，廣泛參與生物發(fā)育、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡等多種生命進(jìn)程和心肌肥厚、心室重構(gòu)、心力衰竭、心律失常等多種病理生理過程。miRNA在心血管方面的生理和病理意義越來越被關(guān)注，很有希望為心血管疾病的治療提供新的手段。

關(guān)鍵詞：心肌梗死；微RNA；再灌注損傷；生物學(xué)標(biāo)記

非編碼RNA(non-coding RNA)家族新成員之一的微RNA (microRNA，miRNA)是一類長度約為22個核苷酸的調(diào)控小分子RNA，其序列高度保守，通過3′非編碼區(qū)與靶mRNA結(jié)合，以抑制或降解靶基因轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的作用。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA在進(jìn)化上高度保守，表達(dá)上均有嚴(yán)格的組織特異性和時序性，并已被證實參與和調(diào)控發(fā)育、增殖、細(xì)胞分化、脂類代謝和細(xì)胞凋亡等多種生理功能[1]。隨著對miRNA研究的深入，miRNA在心血管領(lǐng)域的重要作用越來越突出，特別是近幾十年來心肌梗死的發(fā)病率和病死率日益升高，miRNA在心肌梗死中所發(fā)揮的作用已成為國際上研究的熱點。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA表達(dá)模式的改變與心肌梗死病理性變化相關(guān)[2]。Zhu和Fan[3]對 缺血-再灌注和梗死心肌細(xì)胞不同的miRNA表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，miRNA表達(dá)改變是動態(tài)的和條件依賴的，并推測，在缺血-再灌注早期，miRNA異常調(diào)節(jié)與細(xì)胞死亡和氧化應(yīng)激相關(guān)；缺血再灌注晚期miRNA表達(dá)變化是由于梗死后重構(gòu)和功能代償機(jī)制造成的。因此，對于缺血預(yù)處理心臟，miRNA的表達(dá)變化對抗缺血-再灌注損傷的心臟起保護(hù)作用。為更好地了解心肌梗死的分子機(jī)制，需要對心肌梗死相關(guān)的miRNA在不同的心肌細(xì)胞類型、體內(nèi)和體外進(jìn)行功能分析。該文就miRNA參與心肌梗死的病理變化和可能作為心肌梗死診斷或治療手段的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1心肌梗死與miRNA異常表達(dá)

心肌梗死引起心臟組織結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生改變。梗死的缺血區(qū)域啟動細(xì)胞置換和心室重構(gòu)程序，引起細(xì)胞構(gòu)成和基因表達(dá)時序性變化為特征的動態(tài)過程。下面討論研究最為廣泛的miRNA在心肌梗死中的作用。

1.1miR-1和miR-133研究已經(jīng)表明，miR-1、miR-133a和miR-133b在骨骼肌和心臟中高表達(dá)，分別受轉(zhuǎn)錄因子血清反應(yīng)因子和肌細(xì)胞增強因子2的調(diào)控[4]，這些miRNA在小鼠和人類胚胎干細(xì)胞的心肌分化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠心臟急性缺血-再灌注損傷中，miR-1是表達(dá)上調(diào)最強烈的miRNA，而miR-133a是表達(dá)下調(diào)的miRNA之一[5]。在心肌梗死患者中，miR-1和miR-133的表達(dá)均下調(diào)[4]。在最近的應(yīng)激誘導(dǎo)心肌細(xì)胞的存活實驗中發(fā)現(xiàn)，miR-1與miR-133具有相反的調(diào)節(jié)效應(yīng)：miR-1促凋亡，miR-133抗凋亡；在大鼠胚胎心室細(xì)胞(H9C2)或離體大鼠心肌細(xì)胞中的miR-1水平增加，引起應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡；相反，過表達(dá)miR-133引起保護(hù)效應(yīng)以對抗H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡；miR-1和miR-133之間相反的作用可能很大程度上歸功于它們調(diào)控不同的靶基因；miR-1上調(diào)的原因是下調(diào)了多個抗凋亡基因，如熱激蛋白60、熱激蛋白70、類胰島素生長因子1和B細(xì)胞淋巴瘤2基因，而miR-133負(fù)調(diào)控促凋亡基因(caspsae-9蛋白)[4,6]。此外，miR-133過表達(dá)表現(xiàn)出類似于在野生型大鼠心臟主動脈縮窄術(shù)后引起心肌肥厚中的保護(hù)作用，心肌纖維化顯著減少，在某種程度上意味著miR-133過表達(dá)在缺血-再灌注損傷所引起的心肌重構(gòu)中具有保護(hù)作用[6]。這些數(shù)據(jù)表明，在缺血性心肌損傷中，降低miR-1的水平和(或)增加miR-133的水平可能會有利于減輕由缺血-再灌注所導(dǎo)致的心肌損傷。

1.2miR-21miR-21抑制心臟細(xì)胞凋亡，調(diào)控蛋白質(zhì)的程序性細(xì)胞死亡因子4和幾個公認(rèn)的心臟保護(hù)因子，包括激活蛋白1、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、熱激蛋白70和熱休克轉(zhuǎn)錄因子1[7]，磷酸酶及張力蛋白同源體是在小鼠缺血-再灌注誘導(dǎo)的心臟重構(gòu)的心臟成纖維細(xì)胞上的miR-21的靶基因，它能夠降低3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，通過上調(diào)miR-21抑制磷酸酶及張力蛋白同源體，減小了心肌缺血面積進(jìn)而促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖(存活)。Roy等[8]證實抑制miR-21將會增加磷酸酶及張力蛋白同源體的表達(dá)，而miR-21的寡核苷酸模擬物可抑制磷酸酶及張力蛋白同源體在心臟成纖維細(xì)胞中的表達(dá)，值得注意的是，miR-21通過PTEN調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶2的表達(dá)，提示miR-21在治療心力衰竭和減輕炎癥中具有一定作用。

在小鼠心肌缺血-再灌注模型中，梗死區(qū)域的miR-21表達(dá)水平增高，抑制了下游效應(yīng)物磷酸酶和磷酸酶及張力蛋白同源體，其直接后果是造成成纖維細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶2 的表達(dá)增加，激活成纖維細(xì)胞并引起梗死灶纖維化重構(gòu)[8]。最近的研究報道m(xù)iR-21對大鼠心肌梗死后的心臟起保護(hù)調(diào)節(jié)作用，與心臟過表達(dá)Rac1轉(zhuǎn)基因小鼠(隨年齡增長而自發(fā)心房顫動和心肌纖維化)比較，上調(diào)miR-21可降低其下游靶基因Spry1表達(dá)，說明miR-21可抑制心房纖維化和維持心臟功能[9]。成纖維細(xì)胞能特異性地保護(hù)缺血心肌細(xì)胞已得到驗證，提高miR-21的表達(dá)水平將減少由于成纖維細(xì)胞的增殖而導(dǎo)致的整個心肌纖維化。這也首次為反義寡核苷酸miR-21對肺臟、骨骼肌、腎臟的抗纖維化干預(yù)治療鋪平了道路[10-11]。有學(xué)者使用反義寡核苷酸miR-21化學(xué)修飾與鎖定核苷酸化學(xué)修飾相比較，證實了反義寡核苷酸介導(dǎo)的miR-21敲除在治療纖維化疾病中的價值，這些成果如能在更大的動物模型中(小型豬)得到驗證并有相應(yīng)的毒理學(xué)實驗支持，將有助于將miRNA治療方法運用于臨床研究[12]。

1.3miR-24miR-24在心臟內(nèi)皮細(xì)胞中富集并在心肌梗死后顯著上調(diào)。Fiedler等[13]證實抑制小鼠內(nèi)皮細(xì)胞miR-24的表達(dá)，可通過抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和增加血供，減小心肌缺血面積來實現(xiàn)，這有利于保護(hù)心肌功能和心肌細(xì)胞的存活。然而，在心肌梗死和缺血-再灌注動物模型左心室的缺血區(qū)和缺血邊緣區(qū)miR-24的表達(dá)是下調(diào)的，這是由于直接抑制有保守同源域的B細(xì)胞淋巴瘤2基因家族蛋白，包括蛋白Bim——凋亡激活劑，同樣有利于心肌細(xì)胞的存活[14]。最近運用病毒載體過表達(dá)miR-24，通過抑制成纖維細(xì)胞標(biāo)記基因Ⅰ型膠原α2、Ⅲ型膠原、纖維連接蛋白、平滑肌肌動蛋白來抑制心力衰竭細(xì)胞纖維化[15]。同樣Qian等[14]也發(fā)現(xiàn)慢病毒載體轉(zhuǎn)染的miR-24可減少心肌細(xì)胞凋亡，miR-24在心肌細(xì)胞中的持續(xù)表達(dá)可抗細(xì)胞凋亡和減少心肌細(xì)胞丟失。miR-24在成纖維細(xì)胞、心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞中的生物學(xué)特征研究成果突出了其在心臟中的多功能特征。

1.4miR-499研究表明，在小鼠梗死心臟，無論是在梗死區(qū)還是邊緣區(qū)，miR-499的表達(dá)均下調(diào)[15-16]。miR-499通過間隙連接蛋白從心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)運至心臟干細(xì)胞，并通過抑制其靶基因SOX6和ROD1的表達(dá)，在心臟干細(xì)胞的分化中起著重要的作用。此外，在小鼠和人類心肌梗死后的血液循環(huán)中，miR-499均增加，可能是miR-499在心肌間質(zhì)中顯著增加，通過間隙連接蛋白轉(zhuǎn)移，在心臟干細(xì)胞的分化和心肌修復(fù)中發(fā)揮作用[17]。miR-499的靶基因是磷酸酶催化亞基α異構(gòu)體和β異構(gòu)體，通過抑制磷酸酶介導(dǎo)的線粒體絲裂蛋白1脫磷酸化作用和其在線粒體中的積累來抑制心肌細(xì)胞的凋亡[18]。

1.5miR-126miR-126具有維護(hù)血管完整性和促進(jìn)血管生成作用。miR-126的促血管生成效應(yīng)部分是由于抑制Spred-1(一種細(xì)胞內(nèi)血管生成抑制劑)，并增強血管內(nèi)皮生長因子和成纖維細(xì)胞生長因子介導(dǎo)的血管生成。此外，miR-126在血管內(nèi)皮細(xì)胞衍生的凋亡小體中富集，并下調(diào)G蛋白調(diào)節(jié)子16的表達(dá)。值得注意的是，miR-126突變小鼠胚胎發(fā)育表現(xiàn)出血管生成受限和心肌梗死后存活率下降[3]。miR-126的特異性內(nèi)皮細(xì)胞功能，在心肌梗死后保持血管內(nèi)皮完整性和血管內(nèi)皮功能上發(fā)揮著重要的作用。在體內(nèi)，內(nèi)皮細(xì)胞miR-126的缺失將會導(dǎo)致血管生成信號級聯(lián)的減少，心肌梗死后，雖然miR-126仍然存在，但新生血管主要的趨化因子——血管內(nèi)皮生長因子和成纖維細(xì)胞生長因子不能發(fā)揮作用，由此得出，miR-126具有增強血管新生和維持血管內(nèi)皮特性的能力?？偟膩碚f，內(nèi)源性miR-126的突出作用是促進(jìn)血管發(fā)育以及缺血引起的血管新生。miR-126除了決定內(nèi)皮細(xì)胞功能，同時還具有在動脈粥樣硬化的凋亡小體中介導(dǎo)趨化因子配體產(chǎn)生和參與細(xì)胞間新的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的功能[18]。

2miRNA與治療策略

反義寡核苷酸沉默技術(shù)現(xiàn)已成為miRNA基礎(chǔ)研究的必要工具。反義寡聚核苷酸通過設(shè)計單鏈寡核苷酸，以直接互補結(jié)合特定的miRNA達(dá)到干擾的目的，以降低其生物利用度。通過外周靜脈注射人工合成的、能與miR-122特異性互補并將其降解的寡核苷酸，在I期動物實驗研究中，成功地抑制了靈長類動物血漿中丙型肝炎病毒的濃度[19]。這為今后反義寡聚核苷酸技術(shù)運用于臨床奠定了基礎(chǔ)。

目前，有效干預(yù)miRNA的技術(shù)有miRNA海綿、Antagomir和鎖核酸。Ebert等[20]研發(fā)的“miRNA海綿”技術(shù)，將完全或不完全配對的特定miRNA結(jié)合位點的序列克隆到靶基因的3′非翻譯區(qū)。這種人工合成基因如同競爭性抑制劑，形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物。Antagomir用于抑制內(nèi)源性miRNA；鎖核酸是一種特殊的雙環(huán)狀核苷酸衍生物，與DNA、RNA在結(jié)構(gòu)上有相同的磷酸鹽骨架，對DNA、RNA有很好的識別能力和強大的親和能力。上述物質(zhì)均能有效抑制靶miRNA的表達(dá)，然而必須指出的是，使用寡核苷酸治療所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)的不良事件，有可能會限制該技術(shù)的廣泛應(yīng)用[21]。

3展望

miRAN作為生物標(biāo)志物有望用于心臟疾病的早期診斷和判斷預(yù)后。Olivieri等[22]比較了急性非ST段抬高型心肌梗死老年患者的梗死區(qū)和邊緣區(qū)與無心肌梗死的心力衰竭的老年患者的肌鈣蛋白T和血漿miRNA水平，發(fā)現(xiàn)miR-499-5p診斷的準(zhǔn)確性優(yōu)于肌鈣蛋白T。未來的研究方向?qū)A向于研究體循環(huán)中的miRNA或miRNA診斷工具的靈敏度是否優(yōu)于肌鈣蛋白和高敏肌鈣蛋白檢測，尤其是對于心肌梗死癥狀不明顯、邊緣區(qū)肌鈣蛋白增加和具有無法解釋的疑似心肌梗死心電圖的患者來說。這為心肌梗死相關(guān)的miRNA研究提供了新的思路，也為其診斷和治療提供了全新的手段。目前，miRNA與心肌梗死的相關(guān)研究還比較局限，尚有諸多問題需要解決，如miRNA調(diào)控心肌梗死通路及其表型的變化、在體內(nèi)轉(zhuǎn)染反義寡核苷酸應(yīng)用的局限性等。如能深入地研究miRNA與心肌梗死相關(guān)性，將有利于充分認(rèn)識心肌疾病，也為其預(yù)防和治療提供潛在的新靶點和新途徑。

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Research Progress of MicroRNAs in Myocardial Infarction

DUANZhan-tao,QIANJin-qiao.

(DepartmentofAnesthesiology,FirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650032,China)

Abstract：MicroRNAs(MiRNAs) are endogenously encoded small non-coding RNAs, about 22 nucleotides in length in eukaryotic cell. In many organisms,miRNAs can regulate gene expression at post-transcriptional level,and extensively participate in biological development,cell differentiation,apoptosis, other cellular processes and cardiac hypertrophy,ventricular remodeling heart failure,arrhythmia,and other many physiological and pathological processes. Pathophysiological implications of miRNA in the cardiovascular system have been increasingly concerned, which may provide new means for cardiovascular diseases treatment in the future.

Key words：Myocardial infarction; MicroRNAs; Reperfusion injury; Biological markers

收稿日期：2013-12-19修回日期：2014-06-09編輯：孫洪芳

基金項目：國家自然科學(xué)基金(81160035)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.001

中圖分類號：R542.22

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)01-0001-03