余震坤，韓永建 綜述，?！s 審校

(1.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院　810016；2.青海省人民醫(yī)院心血管內(nèi)科　810007)

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·綜述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.26.038

微小RNAs調(diào)控低氧誘導(dǎo)因子-1α/2α與低氧肺動脈高壓*

余震坤1，韓永建1綜述，常榮2△審校

(1.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院810016；2.青海省人民醫(yī)院心血管內(nèi)科810007)

微小RNAs；低氧誘導(dǎo)因子；低氧肺動脈高壓

肺動脈高壓(pulmonary hypertension,PH)臨床病因復(fù)雜，由心血管、呼吸等疾病引起肺血管病理生理紊亂發(fā)展而來[1]。PH形成主要的原因是肺動脈平滑肌細胞(pulmonary arterial smooth muscle cells,PASMCs)、肺血管內(nèi)皮細胞(pulmonary artery endothelial cells,PAECs)等血管形成細胞的增殖或遷移而致肺血管管腔進行性狹窄或閉塞、肺血管重建和血管收縮反應(yīng)增強，最終發(fā)展為右心衰竭甚至死亡[1-2]。低氧肺動脈高壓(hypoxia-induced pulmonary hypertension，HPH )是肺動脈高壓類型之一,由于長期低氧或缺氧引起[3]。研究表明，HPH形成過程中低氧誘導(dǎo)因子-1α及低氧誘導(dǎo)因子-2α(HIF-1α/2α)激活了血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、內(nèi)皮素1(endothelin-1，ET-1)等，促使PASMCs、PAECs等血管形成細胞的增殖或遷移[4-5]。因此，HIF-1α/2α在HPH形成中發(fā)揮著極其重要的作用。目前，微小RNAs(miRNAs)被廣泛研究，它是約22 nt的單鏈RNA分子，低氧環(huán)境中對HIF-1α/2α起到直接或間接的調(diào)控作用。本文旨在對該調(diào)控與HPH肺血管的重建及收縮這一疾病途徑進行綜述。

1　miRNAs、低氧誘導(dǎo)因子的生物學(xué)特征

1.1微小核糖核酸miRNAs家族于1993年被研究發(fā)現(xiàn)，是約22 nt的單鏈核糖核酸分子[6]。在其后研究中人們發(fā)現(xiàn)，miRNAs在高等動物體內(nèi)精準(zhǔn)地調(diào)控著mRNAs的轉(zhuǎn)錄。由于miRNAs在成熟的不同階段以及它們靶基因的不同，因而被剪切成不同長度的片段。首先，在細胞核內(nèi)由RNA聚合酶Ⅱ/Ⅲ轉(zhuǎn)錄成發(fā)夾樣結(jié)構(gòu)雙鏈miRNA前體 (pri-miRNA)，其長度約小于33 bp；其次，miRNA前體被轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)，根據(jù)不同的靶基因剪切修飾成長度約20～22 nt單鏈成熟的miRNA；最后，成熟的miRNA在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上同靶基因的mRNA 3′UTR配對，降解或者沉默該mRNA,從而抑制其轉(zhuǎn)錄后的生物學(xué)功能[7]。miRNA家族種類繁多,據(jù)估計,人類基因組中有超過1 000種miRNAs,它們可以調(diào)控體內(nèi)1/3以上的靶mRNA[8]。同一靶基因可以有單個或多個靶點，也可以被多個miRNAs聯(lián)合調(diào)控。同樣，一種miRNA可以調(diào)控多種靶基因,但生物學(xué)效應(yīng)是不同的。miRNAs在不同組織、細胞分化的不同階段的表達譜也各不相同。

1.2低氧誘導(dǎo)因子低氧誘導(dǎo)因子是Semenza等[9]于1992年在低氧誘導(dǎo)的細胞核提取物中發(fā)現(xiàn)的,當(dāng)時認(rèn)為能促進紅細胞生成素(EPO)的生成，被命名為HIF-1。HIF-1是由α和ARNT亞單位 (也稱β亞單位)組成的異二聚體，分別是功能亞單位(氧調(diào)節(jié)亞單位)與結(jié)構(gòu)亞單位[10]。兩者都具有helix-loop-helix-PAS (bHLH-PAS)結(jié)構(gòu)域,此結(jié)構(gòu)域位于HIF兩個亞單位的N端，作用是連接靶DNA。HIF-α亞單位C端有一個獨特的氧依賴降解結(jié)構(gòu)域(ODD)和兩個反式轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(C-TAD,N-TAD主要參與轉(zhuǎn)錄激活作用)。HIF-ARNT亞單位具有與HIF-α亞單位反式相似的結(jié)構(gòu)，其功能是在低氧環(huán)境中和HIF-α形成HIF-α-ARNT復(fù)合體，保持HIF 、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。HIF-α亞單位目前認(rèn)為有3種同源體：HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α，它們均受氧濃度調(diào)節(jié)，前兩者結(jié)構(gòu)及功能相似，但長時間低氧時HIF-2α更為敏感、結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[10-11]。HIF-3α目前機制還不明確。常氧下，HIF-α不穩(wěn)定，很短時間內(nèi)被脯氨酰羥化酶(PHD)聯(lián)合泛素蛋白酶所降解[10]。在低氧環(huán)境中，HIF-α 穩(wěn)定性增加,并轉(zhuǎn)移到細胞核，與HIF-ARNT亞單位結(jié)合成穩(wěn)定的HIF-α-ARNT復(fù)合體，再與靶基因的缺氧反應(yīng)元件(HRG，典型的核苷酸序列為5`TACGTG-3 )結(jié)合，啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄。目前研究在HPH肺血管細胞中，HIF-1α/2α有大量共同的靶基因，如：ET-1、VEGF、EPO等[12-16]。它們在HPH形成中被HIF-1α/2α靶向激活，促使PASMCs、PAECs的增殖或遷移，導(dǎo)致肺血管狹窄及重建。

2　低氧miRNAs調(diào)控HIF與HPH的形成

2.1 低氧miRNAs調(diào)控HIF與組織血管增殖與重建低氧與循環(huán)呼吸疾病、炎癥、腫瘤、缺血性疾病等密切相關(guān)。為恢復(fù)機體的供氧，組織或器官就重建一些無規(guī)則的組織血管。這些改變在缺血性腦卒中或心肌梗死中對機體有利，但重建血管在HPH、腫瘤、青光眼等疾病中對機體有害。低氧會導(dǎo)致體內(nèi)miRNAs水平變化，這種變化直接影響到HIF，從而促進或抑制血管在組織中的增殖與重建。miRNAs對HIF-α的調(diào)控主要有兩種:一種是直接以HIF靶基因進行調(diào)控；另一種是間接以HIF為靶基因進行調(diào)控。直接以HIF-α為靶基因的有:miRNA-17、miRNA-20a、miRNA-145 、miRNA-519c、miRNA-155 等，它們和HIF結(jié)合后形成HIF-miRNA復(fù)合體，從而沉默HIF,抑制其轉(zhuǎn)錄后表達[17-20]。miRNAs間接調(diào)控HIF的中間靶基因有很多種：miRNA-130a、miRNA-130b[21]，它們是通過沉默ATP依賴RNA解螺旋酶6(DDX6)，使HIF免受降解或沉默，促進在核糖體的表達；miRNA-200b、miRNA-200c、miRNA-429沉默PHD，使HIF穩(wěn)定，免受損害[22]；miRNA-424沉默泛素連接酶(CUL2)，使HIF1α/2α免受泛素化降解[13]。見表1[13，14-22]。

表1　低氧條件下組織中miRNAs水平的變化對HIF的調(diào)控影響組織血管的重建

CUL2:泛素連接酶；DDX6：RNA依賴性ATP酶；PHD：脯氨酰羥化酶； 低氧條件下miRNA-155與HIF-1α水平都上調(diào)，是反饋循環(huán)的結(jié)果[20]；a：miRNAs間接調(diào)控靶基因HIF。

2.2低氧miRNAs調(diào)控HIF與HPH肺血管增殖及重建在研究肺動脈高壓時，學(xué)者常用低氧或野百合堿誘導(dǎo)動物模型。因此，可以將低氧誘導(dǎo)下形成的肺動脈高壓動物模型研究得出的結(jié)論應(yīng)用于HPH的生理病理討論。相關(guān)研究已經(jīng)證實，低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓中miRNAs直接或間接調(diào)控HIF-α?xí)鸱窝茉鲋砙13-16]。查閱相關(guān)文獻，有以下幾種： miRNA-124，肺組織中直接靶基因為HIF-2α[14]；miRNA-206家族，肺組織中直接靶基因為HIF-1α[15]。前述兩種miRNAs在小鼠HPH模型肺組織中水平是下調(diào)的，但肺組織中HIF-1α/2α卻明顯增高，因而PASMCs 、PAECs、成纖維細胞增殖的也很明顯，當(dāng)上調(diào)miRNA-124、miRNA-206后，HIF-1α/2α水平得到抑制，進而阻止了HPH的發(fā)展。miR-424，在低氧誘導(dǎo)HPH的鼠模型的肺組織中水平是上調(diào)的,它聯(lián)合miRNA-322靶向調(diào)控CUL2，穩(wěn)定HIF免受泛素酶的降解，從而促進肺血管的增生[13]；miRNA-21，在HPH肺組織中水平也是上調(diào)的，它可以直接抑制骨形成蛋白受體Ⅱ(BMPRⅡ)轉(zhuǎn)錄，從而降低BMPRⅡ在組織中水平，穩(wěn)定HIF,促進HPH肺血管增殖與重建[16]。見表2[13-16]。

2.3miRNAs調(diào)控HIF對HPH肺血管收縮影響HPH的形成的另一關(guān)鍵原因是肺血管的收縮。ET-1被認(rèn)為是肺血管收縮的主要物質(zhì)之一，具有強烈的收縮肺血管的作用和促進肺淋巴管的新生作用，也是肺血管收縮及重建重要的標(biāo)志物[23]。研究認(rèn)為，ET-1基因為HIF-α轉(zhuǎn)錄靶基因之一[12]。在HPH模型肺組織中，兩者都升高，它們之間存在相互調(diào)節(jié)的作用(圖1)。其機制是：首先，在低氧環(huán)境中肺血管內(nèi)皮細胞分泌ET-1增多。其次，ET-1的增多促進肺動脈平滑肌細胞內(nèi)Ca2+的迅速增加，Ca2+可刺激肺動脈平滑肌細胞產(chǎn)生活性氧族(ROS)，ROS激活細胞調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK1/2)，ERK1/2的激活會導(dǎo)致HIF-1的mRNA水平上調(diào)，同時導(dǎo)致PHD2的mRNA的水平下調(diào)。最后，由于HIF-1水平上調(diào)以及它的抑制酶PHD2下調(diào)，HIF-1轉(zhuǎn)錄活躍，也增加了對ET-1的轉(zhuǎn)錄。最終導(dǎo)致肺血管收縮、增殖與重建而發(fā)展成肺動脈高壓。在HPH研究中，miRNAs對HIF調(diào)控對肺血管收縮產(chǎn)生影響，目前通過動物實驗證實的有miRNA-98、miRNA-648，它們靶基因都為ET-1、HIF-1α[24-25]。兩種miRNAs在HPH模型肺組織中的水平都是下調(diào)的，肺組織中ET-1、HIF-1α因而沒有得到有效的抑制，使的肺血管收縮反應(yīng)增強；當(dāng)上調(diào)miRNA-98、miRNA-648水平后，ET-1的分泌也明顯減少，HIF-1α蛋白水平下降，肺血管收縮反應(yīng)降低。

表2　低氧條件下miRNAs直接或間接調(diào)控HIF對HPH的影響

CUL2：泛素連接酶；BMPRⅡ:骨形成蛋白受體Ⅱ。a：miRNAs間接調(diào)控靶基因HIF。

2.4miRNAs、HIF、ET-1與HPH之間的關(guān)系在長期低氧環(huán)境中，肺組織中miRNAs的水平出現(xiàn)上調(diào)或下調(diào)的變化，而ET-1則為持續(xù)的高水平[12]。miRNAs、HIF-α、ET-1它們之間存在相互調(diào)節(jié)，互相影響的關(guān)系(圖1)：(1)當(dāng)miRNA(如miRNA-21、miRNA-322、miRNA-424)的靶基因為CUL2、BMPRⅡ、PHD2等HIF-α的抑制酶基因時，由于這些miRNAs在肺組織中水平上調(diào)抑制前述基因的表達，從而穩(wěn)定HIF的結(jié)構(gòu)并使其免受降解或沉默，因而HIF-α水平上調(diào)。(2)當(dāng)miRNAs(如miRNA-124、miRAN-206)的直接靶基因為HIF-α?xí)r，長期低氧條件下使它們在肺組織中水平都是下調(diào)的，因此HIF-α得不到抑制或降解，其水平也是上調(diào)的。(3)長期低氧時，肺組織中ET-1為持續(xù)的高水平，而以ET-1為直接靶基因的miRNAs(如miRNA-98、miRNA-648)是下調(diào)的，PHD2也隨之下調(diào)，因此HIF-α水平上調(diào)，同時HIF-α的上調(diào)也增加了對ET-1的轉(zhuǎn)錄。以上幾條途徑的結(jié)果都會引起肺組織中HIF-α水平上調(diào)，導(dǎo)致血管形成細胞PASMCs、PAECs增殖和肺血管的重建與收縮，進一步發(fā)展為HPH。

CUL2：泛素連接酶；BMPRⅡ：骨形成蛋白受體Ⅱ；PHD2：脯氨酰羥化酶2；ET-1內(nèi)皮素1；PASMCs：肺動脈平滑肌細胞；PAECs：肺血管內(nèi)皮細胞?！缴险{(diào)；↓水平下調(diào)。

圖1miRNAs、HIF-α、ET-1、HPH之間關(guān)系

3　面臨的問題及展望

miRNAs與HIF-1α/2α作為HPH肺血管形成過程中轉(zhuǎn)錄調(diào)控關(guān)鍵分子，大量的研究也表明其水平的變化影響HPH的形成。但目前最大挑戰(zhàn)是關(guān)于miRNAs調(diào)節(jié)生命體的其他生理變化還不明確。若將miRNAs調(diào)控HIF-1α/2α的途徑應(yīng)用到HPH臨床的治療，可能還需長時間的驗證。HPH形成除肺血管的增殖重建及收縮外，還有肺血管內(nèi)皮細胞的炎癥、局部代謝紊亂等病理改變,等等諸多因素交織在一起，才促使HPH病情的發(fā)展。盡管miRNAs和HIF-1α/2α在HPH研究中有許多挑戰(zhàn)，但外周循環(huán)的miRNAs 90%以上都非常穩(wěn)定，所以將miRNAs作為HPH疾病無創(chuàng)診斷的標(biāo)志物，未來可能會普遍的應(yīng)用于臨床[26]。并隨著miRNAs及HIF-1α/2α研究的深入，也有可能選miRNAs或HIF-1α/2α作為HPH基因治療的靶點，起到對疾病的預(yù)防和治療作用，讓更多的HPH患者從中受益。

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國家自然科學(xué)基金資助項目(81360301)；青海省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃資助項目(2013-Z-743)。作者簡介：余震坤(1984-)，主治醫(yī)師，碩士，主要從事心血管疾病科研及臨床的研究?！?/p>

，E-mail:qhschangrong@126.com。

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1671-8348(2016)26-3716-04

2016-03-18

2016-06-02)