沐嘉馨 林 利

微小RNA(microRNA，miRNA)是一種內(nèi)源性RNA，長度為19～25個(gè)核苷酸，可調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，單個(gè)miRNA可以靶向數(shù)百個(gè)信使RNA(mRNA)，參與許多基因的表達(dá)并影響基因間的相互作用[1]。當(dāng)前，已知的人類miRNA超過1000種，miRNA控制著哺乳動(dòng)物50%以上的蛋白質(zhì)編碼基因，在細(xì)胞動(dòng)態(tài)平衡中起著至關(guān)重要的作用[2]。在心血管系統(tǒng)中，miRNA通過影響mRNA穩(wěn)定性來調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯，進(jìn)而影響細(xì)胞間通信，并控制著心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的功能，這為心血管疾病在病理生理學(xué)方面提供了新的視角[3]。近年來多項(xiàng)研究表明，miRNA廣泛參與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，并為疾病的治療帶來更多可能，miRNA已然成為心血管領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

一、miRNA的形成和功能

miRNA是廣泛存在于細(xì)胞、組織和體液的短RNA分子，其可通過靶向mRNA的3′非翻譯區(qū)來介導(dǎo)靶基因的轉(zhuǎn)錄，并使基因沉默[1]。miRNA被 RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄為約有幾千個(gè)堿基的發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄物pri-miRNA，在細(xì)胞核中，蛋白復(fù)合物Drosha和雙鏈RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域蛋白DGCR8在發(fā)夾堿基附近切割pri-miRNA，對(duì)pri-miRNA進(jìn)行加工，釋放出約70～90個(gè)核苷酸的帶有發(fā)夾形莖環(huán)結(jié)構(gòu)的pre-miRNA；在細(xì)胞質(zhì)中，雙鏈特異性核酸內(nèi)切酶RNase Ⅲ(ds-RNAseⅢ)Dicer蛋白將pre-miRNA加工成一個(gè)22個(gè)核苷酸的雙鏈miRNA[4]。miRNA靶向mRNA的3′非翻譯區(qū)，將自身雙鏈當(dāng)中的一條引導(dǎo)鏈整合到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物中，以此介導(dǎo)基因沉默，隨后另一條稱為乘客鏈的單鏈降解[1]。

成熟的miRNA參與調(diào)控基因表達(dá)，miRNA序列可靶向其互補(bǔ)的mRNA，導(dǎo)致mRNA翻譯抑制，從而負(fù)向調(diào)節(jié)基因表。miRNA-mRNA相互作用機(jī)制的主要決定因素是miRNA與靶標(biāo)之間的互補(bǔ)程度，miRNA與mRNA接近完美互補(bǔ)的情況下，可以切割和降解目標(biāo)mRNA，miRNA與mRNA序列配對(duì)不完全的情況下，mRNA翻譯將受到抑制[5]。來自同一家族的miRNA簇基因可以潛在地調(diào)節(jié)細(xì)胞各項(xiàng)功能，包括生長、增殖、分化、發(fā)育、代謝、免疫、細(xì)胞死亡、細(xì)胞器生物發(fā)生、信號(hào)傳遞、DNA修復(fù)和自我更新等；miRNA簇也受到遺傳和表觀遺傳事件的調(diào)控，失調(diào)的miRNA簇是導(dǎo)致其他疾病發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵，包括神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病和自身免疫性疾病等[6]。miRNA不編碼蛋白質(zhì)，但可以利用自身序列特異性控制翻譯，在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)和疾病的生理病理中起著重要作用，這種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因的方式給醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來新的思考方式和利用手段。

二、miRNA與心血管系統(tǒng)的發(fā)育

miRNA是一種豐富且穩(wěn)定的小RNA類，它廣泛存在于人體中，其中心臟特異性miRNA在心臟發(fā)育、功能和病理中起著重要作用。miR-1和miR-133a是肌肉特異性miRNA，主要控制心臟形成的早期階段。miR-1和miR-133a參與多功能干細(xì)胞的早期發(fā)育，兩種miRNA的表達(dá)都促進(jìn)多能干細(xì)胞中胚層的形成；但在心臟分化的過程中，miR-1和miR-133a表現(xiàn)出拮抗作用，miR-1促進(jìn)心臟分化，而miR-133a降低心臟分化[7]。除miR-1和miR-133a參與誘導(dǎo)和維持心臟特異性的肌肉發(fā)育外，miR-208可調(diào)節(jié)心肌中主要的收縮蛋白肌球蛋白重鏈的表達(dá)，調(diào)控心肌細(xì)胞的終末分化，介導(dǎo)成纖維細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化；miR-499與miR-208一樣調(diào)節(jié)晚期心臟分化，將成纖維細(xì)胞最終分化為心肌細(xì)胞[8]。Luo等[9]通過注射他莫昔芬破壞小鼠體內(nèi)的Dicer蛋白，使成熟miRNA水平急劇下降，實(shí)驗(yàn)過程中用超聲檢查發(fā)現(xiàn)，miRNA缺陷小鼠的左心室迅速擴(kuò)張，心臟功能嚴(yán)重受損，且Dicer突變小鼠全部9周內(nèi)死亡；而搶救性注射miR-1可以減緩Dicer缺陷小鼠的心力衰竭，抑制心臟肥大和纖維化。另有研究發(fā)現(xiàn)，在新生小鼠中，miR-128的心臟特異性過表達(dá)損害了心肌細(xì)胞(CM)的增殖和心臟再生，刪除miR-128會(huì)促進(jìn)成年CM的細(xì)胞周期重新啟動(dòng)，使它們進(jìn)入增生狀態(tài)，增強(qiáng)CM可塑性[10]。

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種miRNA調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的功能，并調(diào)節(jié)血管生成的各個(gè)階段。miR-126和miR-132是內(nèi)皮特異性miRNA，miR-126的上調(diào)可激活血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)信號(hào)通路，抑制發(fā)芽相關(guān)蛋白1(SPRED1)，促進(jìn)血管發(fā)育和血管發(fā)生；miR-132除發(fā)揮促生理性血管生成作用，也可下調(diào)p120Ras分子制動(dòng)器(RasGAP)來促進(jìn)病理性血管生成[11]。miR-143和miR-145為血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，可調(diào)節(jié)VSMC增殖、遷移和凋亡，兩者協(xié)同增強(qiáng)VSMC收縮表型[12]。

三、miRNA在心血管疾病中的作用

1.miRNA與動(dòng)脈粥樣硬化：動(dòng)脈粥樣硬化是以脂質(zhì)代謝障礙為病變基礎(chǔ)的動(dòng)脈病變，可導(dǎo)致動(dòng)脈壁增厚變硬，血管狹窄甚至阻塞，從而影響血管所供應(yīng)的組織或者器官的血流，是冠心病、心肌梗死、腦梗死的主要原因。miRNA可調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化基因并參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后基因的表達(dá)，影響內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和白細(xì)胞的功能，調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的生長，在動(dòng)脈粥樣硬化的病理生理中發(fā)揮作用，因此可利用miRNA作為新型療法，從而可能更好地管理血管疾病[13]。控制炎癥是動(dòng)脈粥樣硬化治療的關(guān)鍵，載脂蛋白E(apoE)具有抗發(fā)炎特性，可預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化和其他發(fā)炎性疾病，細(xì)胞中apoE的表達(dá)通過增強(qiáng)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的miR-146a水平，來抑制核因子-κB介導(dǎo)的炎癥，減緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[14]。Huang等[15]通過將高膽固醇飲食喂養(yǎng)的Mir652-/-Apoe-/-(Mir652-/-)小鼠和Mir652+/+Apoe-/-(Mir652+/+)小鼠進(jìn)行頸動(dòng)脈損傷，來分析miR-652對(duì)內(nèi)皮修復(fù)的影響，發(fā)現(xiàn)miR-652-3p抑制了內(nèi)皮修復(fù)基因細(xì)胞周期蛋白D2(Ccnd2)的表達(dá)，導(dǎo)致Mir652+/+小鼠內(nèi)皮修復(fù)緩慢，動(dòng)脈粥樣硬化病變進(jìn)程推快，而敲低miR-652有助于延緩動(dòng)脈粥樣硬化。

氧化的低密度脂蛋白(ox-LDL)可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞損傷，推動(dòng)動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程，也可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞自噬，在ox-LDL誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)的自噬中，miR-155的表達(dá)上調(diào)，且miR-155對(duì)ox-LDL誘導(dǎo)的HUVEC自噬具有促進(jìn)作用[16]。因此，miR-155可能通過增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的自噬抑制動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展，為miR-155調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化過程提供新思路。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在oxLDL誘導(dǎo)人單核細(xì)胞(THP-1)建立的泡沫細(xì)胞模型中和動(dòng)脈粥樣硬化患者的血漿和斑塊中miR-155的表達(dá)顯著升高，增加的miR-155可利用負(fù)反饋回路，抑制鈣調(diào)節(jié)的熱穩(wěn)定蛋白1(CARHSP1)介導(dǎo)的腫瘤壞死因子α(TNF-α)刺激，由此減輕炎癥和泡沫細(xì)胞形成，延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程[17]。Zhang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，miR-155的過表達(dá)可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞中的膽固醇酯水解酶(CEH)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，減少細(xì)胞內(nèi)膽固醇酯(CE)的積累并增強(qiáng)游離膽固醇(FC)和膽固醇的外流，顯著抑制巨噬細(xì)胞向泡沫細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的積累減少，抑制動(dòng)脈粥樣硬化的形成。

2.miRNA與心肌梗死：心肌梗死是因冠狀動(dòng)脈缺血、缺氧所引起的心肌壞死，其高發(fā)生率和病死率是威脅人類健康的主要原因。成人的心臟再生能力非常有限，壞死的心肌細(xì)胞被纖維化瘢痕所替代，接著周圍心肌開始重塑，最終可導(dǎo)致心臟功能受損，觸發(fā)心力衰竭。臨床上對(duì)心肌梗死的治療通常采用冠狀動(dòng)脈介入術(shù)和血運(yùn)重建術(shù)，這些手段可及時(shí)有效地緩解心肌梗死癥狀，疏通堵塞的血管，但也可能帶來一些并發(fā)癥，比如冠狀動(dòng)脈破裂、血管閉塞、心肌穿孔、再灌注損傷等，更嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致心臟永久性結(jié)構(gòu)損傷，miRNA為心肌梗死提供一條不同傳統(tǒng)治療方案的新道路。Gabisonia等[19]研究發(fā)現(xiàn)，通過腺相關(guān)病毒載體遞送miRNA-199a到心肌梗死的動(dòng)物體內(nèi)1個(gè)月后，被治療的動(dòng)物心肌的去分化和增殖能力提升，心臟在總體和局部收縮力方面均表現(xiàn)出明顯的改善，肌肉質(zhì)量增加，瘢痕大小減少，證實(shí)miRNA-199a可以刺激心臟修復(fù)。

miR-21是心肌梗死病理生理中的重要調(diào)控分子，它參與心肌梗死和心臟纖維化的發(fā)病機(jī)制，在心肌梗死后的心臟重塑中起關(guān)鍵作用，也是心肌梗死的潛在診斷生物學(xué)標(biāo)志物。Zhang等[20]通過對(duì)患有急性心肌梗死(AMI)和心絞痛(AP)的患者進(jìn)行研究，用實(shí)時(shí)PCR測(cè)定血漿miR-21水平，發(fā)現(xiàn)與AP或健康人比較，AMI患者的血漿miR-21水平顯著升高，證實(shí)血漿miR-21可能是診斷AMI的新型生物學(xué)標(biāo)志物。在梗死心臟的巨噬細(xì)胞富集區(qū)域提高miRNA-21轉(zhuǎn)錄水平，可以將巨噬細(xì)胞表型從促炎性轉(zhuǎn)變?yōu)樾迯?fù)性，促進(jìn)血管生成，并減少遠(yuǎn)端心肌的肥大，纖維化和細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)炎癥消退并改善心臟愈合[21]。心臟富含多種特異性miRNA，這些miRNA療法對(duì)心肌梗死的治療有著巨大潛力。

3.miRNA與心力衰竭：心力衰竭是心排出量不足以滿足人體的代謝需求的復(fù)雜疾病，是心臟疾病發(fā)展的終末階段。miRNA參與了與心力衰竭有關(guān)的多種病理生理過程，miRNA能在循環(huán)中發(fā)揮積極作用，可作為心力衰竭的治療靶點(diǎn)，為治療心力衰竭提供有效策略。Xiao等[22]研究發(fā)現(xiàn)，miR-129-5p通過靶向高遷移率族蛋白B1(HMGB1)改善慢性心力衰竭大鼠的心臟功能，轉(zhuǎn)染miR-129-5p的心力衰竭模型大鼠的心臟功能和血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)得到改善，氧化應(yīng)激和炎性因子減弱。Verjans等[23]發(fā)現(xiàn)，在伴有嚴(yán)重心肌纖維化的擴(kuò)張型心肌病或主動(dòng)脈瓣狹窄的的患者中，miRNA-221/222水平顯著降低，并利用血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)介導(dǎo)的壓力超負(fù)荷模型小鼠，證實(shí)miRNA-221/222的抑制會(huì)導(dǎo)致纖維化增加，繼而引發(fā)心肌僵硬，心臟舒張和收縮功能障礙，最終導(dǎo)致心力衰竭，其機(jī)制與miRNA-221/222靶向轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和下游基因表達(dá)有關(guān)。另有研究指出，miR-223可以顯著抑制含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD,ARC)的表達(dá)，從而誘導(dǎo)心肌肥厚和心臟衰竭，而心臟相關(guān)環(huán)狀RNA可消除miR-223對(duì)ARC表達(dá)的抑制作用，保護(hù)心臟免受心力衰竭的侵害[24]。

許多miRNA已顯示在心力衰竭中具有潛在的生物學(xué)標(biāo)志物作用，對(duì)心力衰竭的診斷提供更多參考。有研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組和無心力衰竭的患者比較，急性心力衰竭患者的血漿miR-302家族成員水平升高，且miR-302水平與NT-proBNP(N末端B型利鈉肽原)水平呈正相關(guān)，并使用ROC曲線證實(shí)，循環(huán)中的miR-302s，特別是miR-302b-3p，似乎是診斷急性心力衰竭和區(qū)分疾病嚴(yán)重程度的新型生物學(xué)標(biāo)志物[25]。Liu等[26]觀察發(fā)現(xiàn)，在7例健康對(duì)照組和9例C或D 期心力衰竭患者中，有7種miRNA差異表達(dá)，并進(jìn)一步研究了這些miRNA，證實(shí)心力衰竭的循環(huán)標(biāo)志物miR-197-5p與50歲以下心力衰竭患者的心肌纖維化和不良心臟事件相關(guān)。

4.miRNA與高血壓：高血壓是以體循環(huán)動(dòng)脈血壓增高為主要特征(收縮壓≥140mmHg,舒張壓≥90mmHg,1mmHg=0.133kPa)的心血管疾病，是許多其他心血管疾病的危險(xiǎn)因素，可發(fā)生嚴(yán)重的心臟、腦、腎臟等器官的損害和病變，比如腦卒中、冠狀動(dòng)脈疾病、心力衰竭和慢性腎衰竭。miRNA被認(rèn)為是高血壓的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其可介導(dǎo)高血壓基因表達(dá)調(diào)控以及調(diào)控靶點(diǎn)和信號(hào)通路，在高血壓的診斷和治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。血管僵硬在高血壓的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，蛋白質(zhì)復(fù)合物translin(TN)/trax(TX)為miRNA降解酶，TN/TX復(fù)合物的缺失可選擇性地增加主動(dòng)脈miR-181b，阻止因攝入高鹽水引起的血管僵硬[27]。因此，干擾miRNA降解可能成為治療高血壓的一種有潛力的手段。Li等[28]研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)誘導(dǎo)的VSMC表型轉(zhuǎn)化模型中HMGB1升高，miR-181b-5p顯著下調(diào)，并進(jìn)一步證實(shí)miR-181b-5p是HMGB1的負(fù)調(diào)節(jié)劑，HMGB1調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化，使其從收縮型轉(zhuǎn)向合成型，與血壓呈正相關(guān)，推動(dòng)高血壓發(fā)展。miR-181b-5p 靶向 HMGB1，調(diào)節(jié)VSMC的表型轉(zhuǎn)化，參與高血壓中血管重塑，是治療高血壓的新途徑。另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-21在高血壓及相關(guān)疾病(包括肺動(dòng)脈高壓、心臟相關(guān)性高血壓和高血壓腎病等)中顯著上調(diào)，并參與了誘導(dǎo)高血壓的信號(hào)通路來推動(dòng)高血壓和相關(guān)疾病，且miR-21水平與臨床收縮壓、臨床舒張壓、C反應(yīng)蛋白(CRP)和頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度(CIMT)呈正相關(guān)，其是高血壓重要的預(yù)后/診斷標(biāo)志物[29]。

5.miRNA與心律失常：miRNA參與心律失常的發(fā)病過程，是潛在的治療靶標(biāo)，并可預(yù)測(cè)疾病的預(yù)后。在心肌中特異性表達(dá)的miRNA可調(diào)節(jié)與心臟電活動(dòng)有關(guān)的各種離子通道和蛋白質(zhì)，參與許多心肌病理情況下的心律失常的發(fā)生。心肌細(xì)胞間的連接縫隙通道由連接蛋白組成，是保障心臟電活動(dòng)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵，連接蛋白43(Cx43)在心室和心房表達(dá)，Cx43失調(diào)將會(huì)導(dǎo)致心律失常。Jin等[30]使用螢光素酶活性測(cè)定法，驗(yàn)證Cx43是miR-206的直接靶標(biāo)，并建立miR-206過表達(dá)小鼠模型發(fā)現(xiàn)，miR-206直接識(shí)別Cx43 mRNA的3′-非翻譯區(qū)，下調(diào)心肌細(xì)胞中的Cx43水平，從而引起異常的心率和PR間隔，導(dǎo)致室性心律失常并縮短了實(shí)驗(yàn)小鼠的壽命。鋅指同源盒3基因(ZFHX3)的功能喪失突變與心房顫動(dòng)(AF)風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，Cheng等[31]用實(shí)時(shí)定量PCR分析ZFHX3敲低(KD)心房肌細(xì)胞和對(duì)照組細(xì)胞的miRNA，發(fā)現(xiàn)17種差異表達(dá)的miRNA，其中6種人類同源的miRNA中miR-133a和miR-133b顯著下調(diào)，并用遙測(cè)心電圖證實(shí)轉(zhuǎn)染miR-133a/b模擬物后逆轉(zhuǎn)了ZFHX3KD小鼠的房性心律失常。因此，增加miR-133水平可能是患有ZFHX3功能障礙的心房顫動(dòng)患者的潛在治療方法。此外，Zhang等[32]通過實(shí)時(shí)PCR分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)律成功的AF患者中復(fù)發(fā)患者與非復(fù)發(fā)患者比較，血漿miRNA-155明顯上調(diào)，并通過ROC曲線分析，證實(shí)血漿miRNA-155可預(yù)測(cè)心臟復(fù)律后的心房顫動(dòng)復(fù)發(fā)。

四、展 望

miRNA有著復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)miRNA可以有多個(gè)靶基因，而一個(gè)靶基因可受多個(gè)miRNA的調(diào)控。miRNA廣泛參與真核基因的表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞分化、增殖和凋亡等過程，對(duì)疾病發(fā)生、發(fā)展和治療有著重要作用。miRNA在心血管領(lǐng)域發(fā)揮著不俗的作用，其調(diào)控心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞等，影響心血管系統(tǒng)的發(fā)育，并參與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展。miRNA是潛在的心血管疾病的生物學(xué)標(biāo)記，提供了新型的治療方案，并可預(yù)測(cè)心血管病的預(yù)后。但目前還面臨著許多問題，例如，如何有效、快速地模擬miRNA進(jìn)行新藥研發(fā)，怎樣確保miRNA靶向藥物進(jìn)行準(zhǔn)確的靶向傳遞，以及如何避免miRNA脫靶刺激所帶來的各種不可預(yù)測(cè)的不良反應(yīng)。目前miRNA尚處于研究起步階段，利用miRNA在臨床上解決心血管疾病還未到成熟階段，這需要科研人員深入開展miRNA與心血管疾病的研究。