肖薩 綜述 馬丹 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院內科危重癥病房，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 前言

心肌纖維化(myocardial fibrosis，MF)是心肌損傷后心臟成纖維細胞中多種炎性因子和促纖維化因子表達上調，促進成纖維細胞增殖并轉化為肌成纖維細胞，進而細胞外基質沉積增多導致心室肌順應性下降，影響心臟正常舒縮功能[1]。MF形成機制復雜，涉及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)及多種生物介質如轉化生長因子(TGF)、結締組織生長因子(CTGF)、基質金屬蛋白酶(MMP)、炎性因子、反應性氧化物(ROS)、內皮縮血管肽-1等。目前認為，MF是多種常見心臟病如高血壓、心肌梗死、擴張型心肌病、肥厚型心肌病及心力衰竭等向終末期心臟病發(fā)展的必然過程，是心功能由代償期向失代償期轉變的關鍵時期，它對心血管疾病預后起決定性作用，也是心血管研究領域的重點、難點課題之一。

MicroRNA(miRs)是一類高度保守的非編碼短小單鏈RNA，研究顯示miRs可調節(jié)體內約33%的基因，參與細胞增殖、分化、細胞代謝、細胞凋亡與血管生成等過程，直接調控心血管疾病相關靶基因[2]。近年來隨著人們對MF發(fā)病機制研究的不斷深入，miRs在纖維化潛在的生物學價值已取得一系列重要進展。大量文獻顯示miR-133a是MF過程中的關鍵調節(jié)因子之一，因其特異性表達于心臟組織，與其作用機制相關的實驗研究較為廣泛，最新研究表明它不僅能作為診斷心臟疾病的潛在標志物，還可通過對MF基因的調控抑制心臟疾病發(fā)生發(fā)展，有望成為臨床治療心血管疾病的一個新靶點。現(xiàn)通過闡述miR-133a在MF發(fā)展過程中的信號傳導通路及其靶基因作用機制，以期為臨床診斷及治療MF提供參考指標。

2 MiR-133a簡介

MiR-133是500多種已知哺乳動物miRs中的一種，其家族包括miR-133a-1、miR-133a-2、miR-133b，特異性表達于心臟心肌細胞及骨骼肌組織中，并且在進化中高度保守。MiR-133與其他miRs簇集存在，通過其前體RNA的加工產生不同的轉錄物，進而抑制不同的靶基因而表現(xiàn)出多種生物學功能。MiR-133a不僅被報道參與胚胎心臟發(fā)育、心臟肥大和肌肉細胞增殖的調節(jié)[3]，還被證實其表達水平的改變與纖維化心臟表型相關[4]。MiR-133a可抑制纖維化，增加血管形成和心肌細胞增殖，明顯改善心肌梗死大鼠心臟功能[5]，而且miR-133a可直接調節(jié)膠原蛋白α1(I)鏈表達[6]，在體外轉導miR-133a能使成纖維細胞中的促纖維化因子水平下調，均提示其與MF有直接聯(lián)系。Chen等[7]對糖尿病小鼠早期MF標志物檢測發(fā)現(xiàn)：伴隨著TGF、CTGF、纖連蛋白和膠原蛋白α1的增加，miR-133a表達急劇下降，證實了miR-133a對MF及心臟功能障礙的積極預防作用。

3 MiR-133a在MF中的調節(jié)機制

3.1 MiR-133a與TGF-β/CTGF通路

TGF-β1被認為是最強的促MF的細胞因子，活化的TGF-β1可促進成纖維細胞的增殖、分化，促進胞外基質沉積；并可激活RAAS系統(tǒng)、介導炎癥因子白介素-6、上調氧化酶NADPH的表達產生等共同促進MF進展[8-9]。Shan等[10]在纖維化的心房模型中轉染miR-133后，TGF-β1和TGF-β2受體的水平降低，膠原蛋白合成減少，證實了miR-133a通過調節(jié)TGF-β1和TGF-β2抑制MF。

CTGF是TGF-β1的下游信號因子，且與TGF-β1具有協(xié)同作用，在MF中作為中間環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，TGF-β1誘導CTGF表達可促進細胞增殖趨化，使成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞，通常需要Smads、蛋白激酶C、細胞外信號調節(jié)激酶等信號分子級聯(lián)調節(jié)表達。實驗證明通過敲除新生大鼠心肌細胞和成纖維細胞中miR-133a基因，使CTGF在mRNA水平上升高超過一倍、在蛋白質水平上升高超過三倍，相反，miR-133a過表達將顯著下調CTGF，減少膠原產生。而且體外研究已經證實miR-133a能特異性結合到CTGF的3’-UTR直接影響蛋白水平[11]，表明CTGF是miR-133a在MF發(fā)展過程中的直接靶點?？偟膩碚f，miR-133a可以直接靶向抑制TGF-β1、CTGF的表達，并通過影響它們相互之間的作用進一步調節(jié)膠原蛋白產生從而抑制纖維化。

3.2 MiR-133a與PI3K/Akt蛋白通路

PI3K/Akt信號通路普遍存在于生物體細胞內，在促細胞分化、抗凋亡以及各種器官、組織纖維化中發(fā)揮重要作用。研究顯示TGF-β1可通過激活PI3K/Akt 信號通路促進大鼠成纖維細胞增殖及膠原纖維增生[12]。其他細胞生長因子，如血小板源性生長因子(PDGF)、CTGF等亦可激活PI3K/Akt通路使肺成纖維細胞具有抗凋亡的能力，進而促進纖維化[13-14]。

最近的研究表明，心肌細胞中的信號因子-磷酸化Akt蛋白可以調節(jié)心臟功能。Sang等[15]發(fā)現(xiàn)了Akt與miR-133a的相互作用：miR-133a過表達導致心力衰竭大鼠心臟重量/大鼠體重和左心室舒張末期壓的降低，左心室峰值收縮壓增加，MF程度顯著降低；miR-133a抑制劑組與過表達組結果相反；而Akt抑制劑組消除了miR-133a對慢性心力衰竭大鼠的作用，即結果與過表達組相反，加劇了MF。通過實驗說明miR-133a過表達增加了靶基因Akt的表達，Akt表達被抑制亦可阻斷miR-133a表達，從而調節(jié)心力衰竭大鼠MF。因此miR-133a與PI3K/Akt信號通路在MF的進展中必然存在著密不可分的關系，PI3K/Akt不僅可被多種促纖維化因子激活，也可受miR-133a調節(jié)，但是miR-133a與PI3K/Akt信號通路之間具體作用靶點尚不確切，有待進一步研究。

3.3 MiR-133a與Gq/PLC/IP3信號通路

MF涉及心肌肥厚、心肌細胞凋亡等一系列病理變化，Gq蛋白是去甲腎上腺素(NE)下游信號因子，與NE受體相結合調節(jié)心肌細胞內鈣通道。有活性的Gq蛋白激活磷脂酶C(PLC)，進一步激活第二信使三磷酸肌醇(IP3)及二酰甘油(DAG)，二者導致細胞內鈣超載，造成心臟功能障礙和細胞凋亡[16]；而DAG可靶向激活蛋白激酶C進一步激活RAAS系統(tǒng)導致MF。以前的研究證實miR-133a水平的降低與IP3誘導的鈣超載有關，IP3受體ⅡmRNA是miR-133a的下游靶基因，并且miR-133a水平與IP3受體Ⅱ的表達水平呈負相關[17]。因此，Gq蛋白、IP3激活心肌細胞凋亡機制，導致miR-133a水平降低，加劇了MF。

最新研究發(fā)現(xiàn)miR-133a可以靶向抑制Gq蛋白，從而阻斷NE受體的多條下游信號通路，抑制大鼠心肌細胞凋亡，實驗證明了miR-133a基因序列可結合于Gq mRNA的3’UTR區(qū)，且與對照組相比，轉染miR-133a的心肌細胞，其Gq在mRNA水平、蛋白質水平均顯著降低[18]。Gq/PLC/IP3信號通路通過調節(jié)細胞內鈣超載導致心肌細胞肥厚、凋亡，參與MF，miR-133a不僅可以在mRNA水平調節(jié)Gq蛋白、IP3受體Ⅱ表達，亦可在蛋白質水平抑制Gq蛋白表達。因此Gq蛋白、IP3受體Ⅱ將作為miR-133a在體內保護心臟正常功能，抑制MF進程的關鍵靶基因及直接作用靶點。

3.4 MiR-133a與IGF-1/Akt/GSK-3β信號通路

胰島素樣生長因子-1(IGF-1)是心臟存活、增殖和分化的重要生長因子。IGF-1參與三種主要營養(yǎng)素的代謝分解，并對心臟氧化應激、纖維化和凋亡有保護作用[19]。大量研究表明激活Akt/糖原合成酶激酶(Akt/GSK-3β)信號通路可誘導心肌炎癥、內質網氧化應激，隨后促進MF和細胞凋亡[20-21]。Wang等通過對糖尿病性心肌病大鼠心肌組織病理學分析，證明IGF-1抑制了Akt/GSK-3β信號通路的激活，改善了糖尿病性心肌病的病理進展[22]。經IGF-1治療的糖尿病大鼠其代謝異常及心肌細胞凋亡減輕，間質性纖維化、氧化應激和炎性因子水平均下降，這表明IGF-1介導的Akt/GSK-3β的失活在預防MF中起關鍵作用。

實驗證實IGF-1轉基因小鼠還可阻斷因血清反應因子缺失所致的CTGF表達上升，從而抑制成纖維細胞增殖，明顯改善擴張型心肌病小鼠MF和心肌細胞炎癥[23]。最近的研究已經發(fā)現(xiàn)miR-133a通過延長IGF-1受體mRNA的半衰期刺激IGF-1受體表達，且不阻斷IGF-1受體mRNA 3’UTR功能[24]，而且miR-133a前體可顯著刺激血管平滑肌中IGF-1受體的表達，經miR-133a抑制劑處理后IGF-1受體水平、細胞中miR-133a含量均顯著下降。綜上，miR-133a可通過刺激IGF-1表達，抑制MF進展，IGF-1將是miR-133a在MF治療研究中的一個關鍵作用靶點。

4 MiR-133a對MF治療的應用前景

近幾年，成纖維細胞轉分化逐漸成為人們熱衷于研究的實驗方向，其為miR-133a在纖維化中的治療提供了新的思路。研究發(fā)現(xiàn)miR-133a在老鼠心肌缺血時可以直接誘導原位心肌成纖維細胞轉化成心肌細胞[25]。同時，最新研究表明通過GATA4等多種轉錄因子過表達，miR-1和miR-133a轉染等分子操作實現(xiàn)了人類真皮成纖維細胞向心肌細胞轉化，并伴隨著心臟特異性基因上調、與肌肉收縮相關途徑活化以及成纖維細胞標志物水平降低[26]；并且實驗也證實了糖原合成酶激酶-3(GSK-3)的抑制顯著提高了轉分化的效率。這為今后治療MF提供了實驗基礎和理論依據。

MiR-133a生物學性質穩(wěn)定，具備分子生物標志物的多種優(yōu)點，主要以游離狀態(tài)存在于外周血中，即使在強酸、強堿、高溫沸騰、反復凍融等條件下也能保持穩(wěn)定狀態(tài)，可在室溫下長期儲存。而且檢測循環(huán)miR-133a的技術手段多樣化， 經典的有Northern Blot、微陣列法、RT-PCR等檢測技術，新型檢測方法有滾環(huán)擴增法、指數擴增檢測法、納米金標記技術等[27]，具有高度的敏感性和特異性，便于檢測及篩選，但是檢測成本較高仍需改進。綜合大量實驗及臨床研究，miR-133a在臨床治療中的應用可從以下方面入手：對于心肌細胞中miR-133a水平下調的，可采用基因敲入、導入特定外源miRs或模擬物以增加靶基因表達水平[28]；也可通過調節(jié)miR-133a的直接靶作用點來調控MF中各大信號通路的傳導，以此抑制MF進展，從而起到心臟保護的作用。

5 展望

近年來miRNA在心血管疾病中的研究已成為該領域研究的熱點，MF參與多種心血管疾病的進展過程，是終末期心臟病的基礎病理改變，miR-133a在轉錄水平上調節(jié)多條纖維化信號通路抑制心臟疾病的發(fā)生發(fā)展，在MF進程中起著至關重要的作用。然而，miR-133a及其靶基因種類繁多，許多作用機制尚未明確，進一步對信號轉導過程的深入研究不僅有助于闡明MF的發(fā)病機制，也將為MF診斷與治療帶來新的希望，而且針對miR-133a下游靶基因和其信號通路在細胞中作用位點的研究將為臨床防治MF提供新的理論指導，并能夠為創(chuàng)新藥物的研究提供新的可能的靶位，從而為臨床開辟新的有效的治療途徑。