竇京彬 王娜娜 張紅明

微小RNA在心肌缺血/再灌注損傷中保護作用及機制的研究進展

竇京彬 王娜娜 張紅明

作者單位：266071 山東省青島市，海軍青島第一療養(yǎng)院療養(yǎng)二科（竇京彬、王娜娜）；濟南軍區(qū)總醫(yī)院心血管內(nèi)科（張紅明）

心肌缺血再/灌注損傷； 微小RNAs； 保護作用； 機制

冠心病是導(dǎo)致人類死亡的主要疾病之一。溶栓療法、經(jīng)皮腔內(nèi)冠脈血管成形術(shù)及冠脈搭橋術(shù)等治療手段可以使缺血心肌很快重新恢復(fù)血液灌流及氧供應(yīng)[1]。近來研究發(fā)現(xiàn)，冠狀動脈的驟然開通及血流恢復(fù)，會引起血管內(nèi)皮細胞功能異常、激活相關(guān)炎癥因子等，反而會加重缺血心肌的損傷，導(dǎo)致再灌注損傷[2]。心肌缺血再/灌注損傷（myocardial ischemia/reperfusion injury，MIRI）發(fā)生主要有以下幾種觀點：①自由基損傷學(xué)說；②鈣超載；③心肌能量代謝障礙；④內(nèi)皮細胞抗氧化系統(tǒng)損傷；⑤相關(guān)細胞因子作用。目前減少再灌注損傷成為防治冠心病的非常重要環(huán)節(jié)之一。

微小 RNA（microRNAs，miRNAs）是一種內(nèi)源性保守的小核苷酸片段，是由20~23個核苷酸組成的單鏈非編碼 RNA[3,4]。MiRNAs首先由細胞核內(nèi)RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生具有5′帽子和3′多聚腺苷酸的長片斷初級轉(zhuǎn)錄本，即pri-miRNAs；隨后primiRNAs在核內(nèi)被核糖核酸酶Ⅲ Drosha-DiGeorge綜合征危象區(qū)基因8復(fù)合體識別，并剪接成長70~90堿基的具有發(fā)卡結(jié)構(gòu)的miRNAs前體，即premiRNAs；最后pre-miRNAs進細胞質(zhì)由Tar RNA結(jié)合蛋白及P53相關(guān)細胞蛋白形成的復(fù)合物加工為雙鏈 miRNAs，進一步解鏈形成成熟 miRNAs。預(yù)計人類有1000余種miRNAs，現(xiàn)已檢測出700多種。MiRNAs憑借結(jié)構(gòu)中的2~8個保守序列，以堿基互補配對原則與靶基因信使RNA（mRNA）中的 3′-UTR區(qū)序列互補配對，促進靶基因mRNAs的降解或抑制翻譯[5,6]。人類基因組中大約30%的基因受miRNAs的調(diào)控。MiRNAs可參與各種生理及病理過程，包括分化、生長、凋亡、血管生成、脂肪代謝、免疫應(yīng)答、腫瘤發(fā)生與發(fā)展等[7,8]。

研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs在心血管疾病中異常表達并發(fā)揮重要作用[9]。MiRNAs在心律失常、心肌梗死及心力衰竭等疾病的研究中取得了一系列重要進展，使其成為國際心血管研究領(lǐng)域的熱點，并將成為臨床心血管疾病治療的一個新的分子靶點。近年來研究發(fā)現(xiàn)，多種miRNAs參與MIRI的病理過程，并在MIRI中扮演了重要角色[10]。Wang等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-214通過抑制人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（PTEN），進而影響PI3K/Akt凋亡通路，促進MIRI區(qū)心肌細胞生存。Di等[12]報道，miR-146b通過抑制Smad4對MIRI發(fā)揮保護作用。Yang等[13]提示，miR-22通過抑制p38 MAPK/CBP/c-Jun-AP-1信號對MIRI區(qū)心肌發(fā)揮抗炎保護作用。探討miRNAs在MIRI的作用及發(fā)病機制，減輕或預(yù)防再灌注損傷的發(fā)生，是臨床上亟待解決的重要課題。本文就miRNAs在MIRI中保護作用及機制的研究進展綜述如下。

1 MiR-17-3p對MIRI的保護作用及機制

MiR-17-3p位于人基因組13q31.3區(qū)域。Boggs等[14]首先報道，miR-17-3p、miR-17-5p、miR-18、miR-19a、miR-19b、miR-20和 miR-92在犬 5種組織（心、肺、腦、腎和肝）呈現(xiàn)高表達。Zhang等[15]概括出miR-17-3p在哺乳動物發(fā)展及腫瘤發(fā)生中的作用。Du等[16]發(fā)現(xiàn)，miR-17-3p通過靶向調(diào)控凝血酶受體4（PAR4）抑制小鼠的心臟成纖維細胞衰老。最近文獻報道，miR-17-3p在大鼠運動模型心肌組織高表達，miR-17-3p具有促進心肌細胞肥大、增殖和生存的作用；更重要的是，大鼠注射miR-17-3p模擬物后可避免心臟MIRI的不良重塑[17]。

2 MiR-21對MIRI的保護作用及機制

MiR-21位于人基因組17q23.1區(qū)域。MiR-21在MIRI區(qū)心肌表達上調(diào)，而其表達在大鼠心臟缺血核心區(qū)域顯著降低，這種現(xiàn)象與再灌注相關(guān)。在大鼠MIRI模型中，過表達miR-21可使左室厚度、心肌梗死面積、左室/體質(zhì)量比、Ⅰ型膠原蛋白和增殖細胞核抗原染色陽性細胞數(shù)明顯降低，并且細胞凋亡明顯減少，提示miR-21對缺血條件誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡具有保護作用[18]。進一步探究發(fā)現(xiàn)，miR-21不僅可直接抑制PTEN，亦可同時抑制基質(zhì)金屬蛋白酶2（MMP-2），進而發(fā)揮對心肌細胞的保護作用[19,20]。

3 MiR-22對MIRI的保護作用及機制

MiR-22位于人基因組17p13.3區(qū)域。Xu等[21]報道，miRNAs在肥大心肌細胞中呈現(xiàn)異常表達，miR-22通過影響PTEN的表達能有效地防止大鼠心肌細胞肥厚的形成。Jazbutyte等[22]亦報道，miR-22在年老心臟中可促進衰老和激活心臟成纖維細胞。Huang等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-22可作為心肌細胞肥大和心臟重構(gòu)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器。目前研究發(fā)現(xiàn)，miR-22對MIRI具有明顯保護作用。例如，miR-22靶向調(diào)控環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）介導(dǎo)的抗凋亡在大鼠MIRI中發(fā)揮保護作用[24]。Gu等[25]提示miR-22通過針對VE鈣黏素在MIRI中調(diào)節(jié)炎癥和血管生成。

4 MiR-125b對MIRI的保護作用及機制

MiR-125b位于人基因組11q24.1區(qū)域。MiR-125b在不同的組織中呈現(xiàn)不同的表達特征，可作為癌基因或抑癌基因在多種腫瘤中發(fā)揮作用。Ren等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過缺血45 min再灌注7 d后，miR-125b在大鼠心肌組織呈現(xiàn)明顯高表達，過表達miR-125b可明顯減少心肌梗死面積并改善心功能。Wang等[27]進一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-125b通過降低p53和腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白6表達，抑制p53介導(dǎo)的細胞凋亡信號通路活性，進而在大鼠MIRI細胞損傷中發(fā)揮保護作用。

5 MiR-133a對MIRI的保護作用及機制

MiR-133a位于人基因組18q11.2區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)miR-133a是一種抗凋亡miRNA。MiR-133在MIRI區(qū)心肌表達下調(diào)，但是在缺血后自適應(yīng)階段上調(diào)。在體內(nèi)研究中應(yīng)用miR-133a抑制物預(yù)處理大鼠的心臟可增加MIRI誘導(dǎo)的細胞凋亡率，伴隨Caspase-9和Bax的活性增加；而使用miR-133a的模擬物處理MIRI大鼠模型則可導(dǎo)致相反效果[28]。上述結(jié)果表明，miR-133a在MIRI中發(fā)揮保護作用，提示靶向調(diào)控miR-133a可能成為治療MIRI的一種新方法。

6 MiR-141對MIRI的保護作用及機制

MiR-141位于人基因組12p13.31區(qū)域。Liu等[29]的芯片結(jié)果表明，miR-146a、miR-146b-5p、miR-155、miR-497和miR-451在腫瘤壞死因子α處理6 h的內(nèi)皮細胞中顯著上調(diào)，miR-141和miR-564顯著下調(diào)。在大鼠MIRI模型中，通過尾靜脈預(yù)注射miR-141模擬物能顯著下調(diào)細胞間黏附分子-1（ICAM-1）的表達，減少MIRI梗死面積和降低血清肌鈣蛋白I和乳酸脫氫酶的濃度[29]。MiR-141作為ICAM-1抑制因子，通過減少炎性細胞浸潤參與、發(fā)揮對MIRI的保護作用。

7 MiR-146a對MIRI的保護作用及機制

MiR-146a位于人基因組5q33.3區(qū)域。薈萃分析發(fā)現(xiàn)，miR-146a可能是中國人心血管疾病的一個保護性因素，但對韓國和印度人則可能是一個風(fēng)險因素。MiR-146a在MIRI中的作用在近期得到確認。Wang等[30]報道，miR-146a直接作用于其靶基因白介素1受體相關(guān)激酶1（IRAK1）和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（TRAF6），抑制核因子的NF-κB活性和炎癥因子產(chǎn)物，保護心肌免受再灌注損傷。當(dāng)使用慢病毒載體在大鼠心肌組織過表達miR-146a 7 d后，可顯著減少再灌注區(qū)心肌梗死面積，并且恢復(fù)MIRI誘導(dǎo)的射血分數(shù)減少。

8 MiR-146b對MIRI的保護作用及機制

MiR-146b位于人基因組10q24.32區(qū)域。之前的研究發(fā)現(xiàn)，miR-146b在心房顫動患者血清中呈現(xiàn)高表達，miR-146b通過調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-4（TIMP-4）在心房纖維化中發(fā)揮重要作用[31]。抑制miR-146b可增加低氧誘導(dǎo)心肌細胞凋亡。最新研究發(fā)現(xiàn)，miR-146b超表達明顯減少心肌梗死面積，心肌細胞凋亡，肌酸激酶、乳酸脫氫酶的釋放；而轉(zhuǎn)染miR-146b抑制劑增強乳酸脫氫酶的釋放，促進缺氧-誘導(dǎo)細胞凋亡，并增加核NF-κB的激活[12]?？傊?，miR-146b通過抑制Smad4對MIRI發(fā)揮保護作用，而miR-146b的抑制會增加低氧誘導(dǎo)心肌細胞凋亡[12]。

9 MiR-214對MIRI的保護作用及機制

MiR-214位于人基因組1q24.3區(qū)域。MiR-214同其他miRNAs一樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了其通過調(diào)控多種靶基因在諸多疾病中發(fā)揮著重要作用。MiR-214的研究主要集中在腫瘤的診斷及治療中的意義，對于miR-214在心血管中的作用，目前還處于初步探索階段。例如Aurora等[32]于2012年研究發(fā)現(xiàn)，miR-214通過抑制鈣超載和細胞凋亡對小鼠心肌缺血發(fā)揮保護作用。Wan等[33]于2015年研究發(fā)現(xiàn)，miR-214通過調(diào)控低氧誘導(dǎo)因子1A對大鼠MIRI發(fā)揮著保護作用。最近Wang等[11]通過大鼠體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，miR-214通過抑制人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（PTEN），進而影響PI3K/Akt凋亡通路保護MIRI區(qū)心肌細胞。

10 MiR-494對MIRI的保護作用及機制

MiR-494位于人基因組14q32.31區(qū)域。研究報道，在過表達miR-494的轉(zhuǎn)基因小鼠進行MIRI之后，該小鼠的心臟表現(xiàn)出明顯左室收縮力和心功能的恢復(fù)，伴隨著乳酸脫氫酶、凋亡因子釋放減少，心肌梗死面積亦明顯減小[34]。體外細胞功能實驗發(fā)現(xiàn)，心肌細胞過表達miR-494可抑制 Caspase-3和Bax的活性。經(jīng)證實miR-494限制前凋亡蛋白和凋亡蛋白的表達，最終導(dǎo)致Akt通路的激活，并發(fā)揮對MIRI的心血管保護效應(yīng)，提示miR-494可能成為治療缺血性心臟病一種新的分子靶點[34]。

11 MiR-613對MIRI的保護作用及機制

MiR-613位于人基因組12p13.1區(qū)域。研究報道，miR-320的表達水平在MIRI區(qū)心肌組織明顯上調(diào)，并能預(yù)防MIRI后左心室重構(gòu)[35]。MiR-320轉(zhuǎn)基因小鼠MIRI中細胞凋亡程度和梗死面積相對于野生型小鼠明顯減少。進一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-320可增加磷酸化Akt蛋白的表達[36]。最近，Song等[37]亦報道，上調(diào)miR-320的表達可抑制心肌細胞凋亡，并可靶向調(diào)控人程序性細胞死亡因子10（PDCD10）對MIRI發(fā)揮保護作用。

12 結(jié)論與展望

近年來，miRNAs在心血管疾病中的研究已成為該領(lǐng)域研究的熱點。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)一些miRNAs參與MIRI的調(diào)節(jié)，并對受損心肌發(fā)揮保護作用。部分miRNAs可作為MIRI的重要生物學(xué)標(biāo)記，對缺血性心肌病的防治提供新的思路和靶點。由于MIRI復(fù)雜的調(diào)控機制，如白細胞激活、內(nèi)皮損傷、鈣超載、活性氧產(chǎn)物蓄積和補體激活等，目前關(guān)于miRNAs對MIRI作用機制仍不十分清楚。雖然有研究致力于開發(fā)相應(yīng)的miRNAs治療藥劑，但其臨床應(yīng)用仍然受到嚴重制約。但我們堅信，不久的將來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展，越來越多的miRNAs在MIRI中的功能及機制將得以明確，相關(guān)治療試劑的應(yīng)用將更為廣泛。

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The protective effects and mechanisms of microRNAs in myocardial ischemia/reperfusion injury

Myocardial ischemia/reperfusion injury； MicroRNAs； Protective effects； Mechanisms

張紅明，E-mail：13295416075@163.com

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