韓克麗,趙國安,2,3,朱 麗,陳志剛,2,3,林 飛,2,3

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院心臟病診療中心， 河南 衛(wèi)輝 453100；2.河南省心臟線粒體生物醫(yī)學(xué)工程研究中心，河南 衛(wèi)輝 453100；3.河南省心血管損傷與修復(fù)國際聯(lián)合實驗室，河南 衛(wèi)輝 453100)

心力衰竭(heart failure，HF)是各類心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)共同的最終結(jié)局，具有較高的致殘率和病死率，是世界上最常見的死亡原因之一，已成為臨床醫(yī)生面臨的一大挑戰(zhàn)[1-3]。心臟重構(gòu)是HF的病理生理學(xué)基礎(chǔ)，即在HF發(fā)展過程中，心臟發(fā)生重量、幾何形狀、心肌結(jié)構(gòu)及其細(xì)胞和間質(zhì)成分的改變。心臟重構(gòu)主要包括心臟結(jié)構(gòu)、形態(tài)重構(gòu)和能量代謝重構(gòu)。從病理基礎(chǔ)上講，心臟重構(gòu)一方面指心肌細(xì)胞肥大、凋亡，另一方面指細(xì)胞外基質(zhì)膠原沉積和纖維化，心肌細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)比例失衡，心功能由代償轉(zhuǎn)向失代償，最終導(dǎo)致HF[4-5]。如何預(yù)防或逆轉(zhuǎn)心臟重構(gòu)，改善心功能，已成為臨床防治HF、降低HF病死率的關(guān)鍵。近年來，多項研究已經(jīng)證明血漿中循環(huán)微RNA (microRNA，miRNA)可通過多種途徑參與調(diào)節(jié)心臟重構(gòu)及心力衰竭的整個生理病理學(xué)過程。鑒于此，本文就miRNA調(diào)節(jié)心臟重構(gòu)的病理生理機制研究進展進行綜述，以期為尋找逆轉(zhuǎn)心力衰竭的生物標(biāo)志物及治療靶點提供思路與方法。

1 miRNA

1.1 miRNA的產(chǎn)生和生物學(xué)特性miRNA是在多種真核細(xì)胞及病毒中發(fā)現(xiàn)的長度為21～25 nt的短序列[6]。絕大多數(shù)miRNA是通過RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄而來，僅少數(shù)通過RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄而來。基因組非編碼區(qū)在RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ作用下首先合成一段發(fā)卡結(jié)構(gòu)的初級miRNA；初級miRNA在細(xì)胞核經(jīng)Drosha酶切割成前體miRNA；前體miRNA通過Exportin-5進入細(xì)胞質(zhì)，隨后進入由Dicer酶、TAR核糖核酸結(jié)合蛋白(TAR RNA-binding protein，TRBP)和Argonaute2蛋白(argonaute protein 2，Ago2)酶組成的RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-induced silencing complex，RISC)。Dicer酶水解前體miRNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生1個miRNA二倍體后，Ago2酶水解其中的1條鏈，最終生成成熟miRNA[7]。最先發(fā)現(xiàn)的miRNA是線蟲中控制發(fā)育時序的lin-4和let-7基因，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)miRNA廣泛存在于哺乳動物、線蟲、果蠅和植物等生物中。同一物種內(nèi)相同或極相近似的miRNA可以使用相同的數(shù)字，在數(shù)字之后加數(shù)字或字母作為后綴以區(qū)別，其基因在序列上有微小的差別[8]。

miRNA的生物學(xué)特性主要表現(xiàn)為高度保守性、時序表達特異性和組織表達特異性[9]。miRNA的序列結(jié)構(gòu)在各個物種間具有高度的進化保守性，表明在不同的生物發(fā)育過程中，miRNA具有相同的調(diào)控機制，為生物早期進化同源性提供了可靠依據(jù)。一些miRNA的表達呈時間發(fā)育特異性，在不同組織、不同發(fā)育階段中，miRNA的表達水平有顯著差異，這是物種間差別最主要的原因。一些miRNA表達具有細(xì)胞和組織特異性，對miRNA的調(diào)控功能有重要意義。

1.2 miRNA的作用機制miRNA基因不編碼蛋白質(zhì)，在進化上具有高度保守性。成熟的miRNA與其互補鏈結(jié)合成雙螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋結(jié)構(gòu)打開，其中1條與RNA誘導(dǎo)的基因沉默復(fù)合物形成非對稱的RISC復(fù)合物。該復(fù)合物能夠通過與靶信使RNA(messenger RNA，mRNA)特異性的堿基互補配對，引起靶mRNA降解或者抑制其翻譯，從而對基因進行轉(zhuǎn)錄后的表達調(diào)控[10]。miRNA可以在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控數(shù)千個基因的表達。單個miRNA能夠平行地調(diào)控多個靶基因，這些基因在功能上不一定重疊。單個mRNA可以包含不同miRNA的多個結(jié)合位點，從而形成一個復(fù)雜的miRNA-mRNA相互作用網(wǎng)絡(luò)，進而發(fā)揮生物學(xué)作用[11-12]。單個miRNA通過其多個靶基因來調(diào)節(jié)多個生物過程和信號通路，形成多靶點、多環(huán)節(jié)的功能特點，一旦出現(xiàn)失常，將引起疾病的發(fā)生[13]。

1.3 miRNA與CVDmiRNA在胚胎發(fā)生、增殖、血管生成、凋亡、細(xì)胞生長分化和腫瘤發(fā)生等多種病理生理過程中起著重要作用，在血管生成、心肌收縮、脂質(zhì)代謝、能量代謝、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、斑塊形成、心律排列和心肌細(xì)胞生長等過程中發(fā)揮潛在的作用[14-15]。異常的miRNA表達可能導(dǎo)致不同的CVD，如冠狀動脈性心臟病、高血壓病、心律失常、急性心肌梗死、再狹窄、心臟瓣膜病、肺動脈高壓、糖尿病伴血管并發(fā)癥以及冠狀動脈和外周動脈疾病等。HF被定義為一種臨床綜合征，冠狀動脈性心臟病、高血壓、瓣膜性心臟病、心律失常、病毒性感染(如心肌炎、心肌病)等一些CVD是HF的常見病因[16-18]。大量研究報道，循環(huán)miRNA主要從心臟結(jié)構(gòu)、形態(tài)重構(gòu)和能量代謝重構(gòu)方面來調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞肥大、凋亡及細(xì)胞外基質(zhì)膠原沉積和纖維化，從而參與HF的病理過程[19-21]。

2 miRNA參與調(diào)節(jié)心臟結(jié)構(gòu)、形態(tài)重構(gòu)

2.1 miRNA與心肌肥大心肌肥大是指心肌細(xì)胞體積增大、直徑增寬或長度增加和肌節(jié)數(shù)量增多。

有學(xué)者在主動脈弓縮窄(coarctation of aorta，TAC)導(dǎo)致的心功能障礙小鼠模型中調(diào)控miR-217的表達，在體內(nèi)壓力超負(fù)荷心肌肥大小鼠模型中調(diào)控miR-20b的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，miR-217、miR-20b可通過抑制第10號染色體上磷酸酶和張力蛋白同源缺失基因(phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)在心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中的表達來激活蛋白激酶B (protein kinase B，Akt)通路，進而增大心肌細(xì)胞體積，減弱心肌收縮力，加重心肌肥厚和功能障礙[19-20]。miR-1通過其3′未翻譯區(qū)域內(nèi)高度保守的靶位點抑制鈣調(diào)蛋白編碼mRNA的翻譯，通過鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶下調(diào)鈣調(diào)蛋白信號(心肌細(xì)胞生長和功能的中樞調(diào)節(jié)因子)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制Mef2a和Gata4(鈣依賴性基因表達變化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子)，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的生長反應(yīng)[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，異丙腎上腺素和醛固酮誘發(fā)心肌細(xì)胞肥大時，miR-23a表達上調(diào)，其表達受鈣神經(jīng)素-激活T細(xì)胞核因子通路所調(diào)節(jié)，通過下調(diào)肌肉特殊指環(huán)蛋白1發(fā)揮調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞肥大的作用[22]。PlScr 4可以競爭性地與miR-214結(jié)合，使miR-214靶基因的表達下調(diào)，進而調(diào)控miR-214-Mfn2軸，促進Mfn 2基因表達，減輕心肌細(xì)胞肥大[23]。

MiR-29可以直接針對以下4個通路因子來抑制Wnt/β-catenin信號通路，調(diào)節(jié)心肌肥大。(1)糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK 3β)：GSK 3β可降解β-catenin，在小鼠體內(nèi)，GSK3β被轉(zhuǎn)基因為高活性的S9A突變體，可保護心臟免受TAC誘導(dǎo)而形成心肌肥厚；(2)CTNNB1基因：CTNNB1基因編碼的蛋白質(zhì)能夠阻止激活的β-catenin與轉(zhuǎn)錄因子T細(xì)胞增強因子/淋巴細(xì)胞增強因子相互作用，CTNNB1基因缺乏會導(dǎo)致心臟肥大；(3)HMG盒轉(zhuǎn)錄抑制因子(HMG-box transcription factor 1，HBP1)：HBP1是T細(xì)胞增強因子/淋巴細(xì)胞增強因子的負(fù)調(diào)節(jié)因子，能夠減輕心肌肥大；(4)p120 Catenin：p120 Catenin是一種骨架蛋白，GLIS2蛋白與連接素p120 Catenin結(jié)合后形成被HBP1切割的轉(zhuǎn)錄抑制因子，同樣能抑制心肌肥厚[24]。

p53-miR-18-hsf2-IGF-IIR軸是體外和體內(nèi)心肌細(xì)胞肥大的關(guān)鍵調(diào)控途徑。在血管緊張素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，Ang-Ⅱ)刺激的新生大鼠心肌細(xì)胞中，被激活的p53基因能夠下調(diào)miR-18的表達，此過程觸發(fā)了熱休克因子2(heat shock factor 2，HSF-2)的表達和胰島素樣生長因子受體Ⅱ(insulin-like growth factor receptor，IGF-IIR)誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的肥大[25]。Ang-Ⅱ/miR-154-5p/Arsb軸是心臟重塑的關(guān)鍵級聯(lián)，miR-154-5p的過表達程度與Ang-Ⅱ的誘導(dǎo)程度相似時，miR-154-5p與芳基硫酸酯酶對應(yīng)的mRNA非翻譯區(qū)3′端相互作用，直接抑制α-硫酸酶B的表達，參與絲裂原活化蛋白激酶p38/Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子通路的調(diào)控，加速氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，進而激活心肌肥大的細(xì)胞信號[26]。

2.2 miRNA與心肌纖維化(myocardial fibrosis，MF)MF的重要病理基礎(chǔ)是心臟細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成與降解失衡，心臟成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblasts，CFs)的過度增殖及其向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化可促進α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的表達，以及膠原的過度合成和分泌。

研究發(fā)現(xiàn)，在TAC小鼠皮下注射靶向抗miR-154的核酸后，可抑制誘導(dǎo)纖維化的膠原Ⅲ、膠原Ⅰ和潛在基質(zhì)金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2，MMP2)的表達，使膠原沉積、MMP2豐度減弱；miR-154對Dickkopf相關(guān)蛋白2(Dickkopf related protein 2，DKK2)的靶向性可上調(diào)β-catenin的表達，激活Wnt信號通路及CFs，提高β-catenin、α-SMA、膠原Ⅰ和膠原Ⅲ的表達水平，增強CFs的增殖和遷移能力[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病心肌病小鼠心臟內(nèi)皮細(xì)胞中miR-146a過度表達，其以白細(xì)胞介素-1相關(guān)激酶1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(tumor necrosis factor associated factor 6，TRAF6)為靶點，通過調(diào)節(jié)核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的活性來降低心臟炎癥標(biāo)志物和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白水平，從而減輕MF[28]。

Ang-Ⅱ和轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)可誘導(dǎo)血管生成性級聯(lián)反應(yīng)。有研究報道，用α-組織相容性復(fù)合體2(actin alpha 2，Acta-2)啟動子構(gòu)建的轉(zhuǎn)基因小鼠中，Ang-Ⅱ可顯著降低心肌細(xì)胞中miR-1954的表達，上調(diào)α-SMA和成纖維細(xì)胞特異性蛋白-1(fibroblast specific protein-1，F(xiàn)SP-1)的表達[29]。心肌特異性過表達miR-1954可減弱膠原、TGF-β1、FSP-1、Acta-2和結(jié)締組織生長因子等纖維化標(biāo)志物的表達，加速心臟CFs的表型轉(zhuǎn)換。同樣，在經(jīng)Ang-Ⅱ誘導(dǎo)處理過的小鼠心肌細(xì)胞中，miR-101a/b的表達受抑制，c-Fos/TGF-β1信號傳導(dǎo)通路的信號活動被減弱，心臟CFs的增殖被抑制[30]。

miR-29家族可以調(diào)控多種mRNA，編碼參與纖維化的蛋白質(zhì)，包括多種膠原、纖維蛋白和彈性蛋白。在急性梗死心肌附近的心肌組織中，miR-29的表達水平減低，膠原、纖維蛋白及彈性蛋白含量增多，纖維化反應(yīng)增強。miR-29在心臟CFs中的過度表達也會降低膠原的產(chǎn)生[31]。

2.3 miRNA與心肌細(xì)胞凋亡心肌細(xì)胞為非再生細(xì)胞，死亡后心肌細(xì)胞數(shù)量減少，心肌纖維增殖，導(dǎo)致心臟重構(gòu)，心肌細(xì)胞凋亡和自噬是與心臟重構(gòu)相關(guān)的2種細(xì)胞死亡類型。

miR-223在人體和大鼠梗死的心肌組織中過表達，靶向沉默聚ADP-核糖聚合酶-1(poly ADP-ribose polymerase-1，PARP-1)可通過Akt/哺乳動物雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)途徑保護心肌細(xì)胞免受缺氧導(dǎo)致的凋亡和過度自噬[32]。miR-199a可通過靶向GSK 3β/mTOR復(fù)合物信號通路，來減弱自噬相關(guān)基因5(autophagy related gene 5，ATG5)的表達，miR-199a過表達能夠抑制心肌細(xì)胞自噬[33]。miR-19a-3p/19b-3p可通過靶向TGF-β受體Ⅱ的mRNA，抑制TGF-β/Smad2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，改變Smad2和Smad3的磷酸化激活方式，進而抑制心臟CFs自噬[34]。

miR-155通過細(xì)胞因子信號抑制物1(suooressor of cytokine signaling 1，SOCS1)/NF-κB信號途徑加速巨噬細(xì)胞向M1型分化，促進炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，激活CCAAT增強子結(jié)合蛋白(CCAAT enhancer binding protein，C/EBP)和caspase-12，加速心肌梗死后心肌細(xì)胞的凋亡[35]。抑制miR-153可影響核因子E2相關(guān)因子/血紅素加氧酶-1信號通路，使神經(jīng)元免受缺氧/復(fù)氧過程誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷，維持氧化還原狀態(tài)的動態(tài)平衡，防御細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激，減少缺血/再灌注誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡[36]。miR-23a靶向Fox O3a基因(forkhead box O3a， Fox O3a)可調(diào)控心肌細(xì)胞凋亡，下調(diào)miR-23a可抑制缺血/再灌注誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡；過表達miR-23a可減弱磷脂酰肌醇3-激酶/Akt信號通路活性，降低Fox O3a的磷酸化水平，抑制B細(xì)胞淋巴瘤-2基因的表達，減少過氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[37]。

心源性細(xì)胞分泌的外泌體富集了包括miR-146a、miR-181b和miR-126在內(nèi)的多種miRNA，其中miR-181b在巨噬細(xì)胞極化過程中變化顯著，miR-181b靶向調(diào)節(jié)蛋白激酶Cδ(protein kinase Cδ，PKCδ)，巨噬細(xì)胞被PKCδ抑制后發(fā)生過繼轉(zhuǎn)移，該過程對心臟發(fā)揮了保護性作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在梗死心肌巨噬細(xì)胞富集區(qū)提高miR-21的轉(zhuǎn)錄水平，能夠減少梗死組織內(nèi)CD68陽性的巨噬細(xì)胞數(shù)量，巨噬細(xì)胞的極化狀態(tài)從促炎性轉(zhuǎn)變?yōu)樾迯?fù)性，從而促進心臟微血管生成，減少遠(yuǎn)端心肌細(xì)胞的凋亡，減輕心肌梗死后重塑[38-40]。

3 miRNA參與調(diào)節(jié)心臟能量代謝重構(gòu)

心肌維持正常泵功能需要的95%的能量中(所需總能量的95%由脂肪酸氧化和葡萄糖酵解)，60%～90%來源于游離脂肪酸的氧化生成，10%～40%來源于葡萄糖酵解。心力衰竭時，心臟發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的同時伴隨著不良的代謝改變，包括心臟能量代謝底物代謝紊亂和細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷。心肌能源供給由以脂肪酸氧化為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐云咸烟墙徒鉃橹骷礊榇x重構(gòu)[41-42]。

有學(xué)者用生物合成的miR-蘋果酸酶1(malate dehydrogenase 1，ME1)處理經(jīng)過TAC手術(shù)的大鼠心臟后發(fā)現(xiàn)，該大鼠心肌細(xì)胞中ME1的生成被抑制，心肌細(xì)胞中谷胱甘肽的含量增多，乳酸積累量減少，心肌細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)改善，葡萄糖氧化效率提高，心肌收縮性增強[43]。在壓力超負(fù)荷小鼠模型中，miR-146a可靶向調(diào)節(jié)二氫脂肪酰化琥珀酰轉(zhuǎn)移酶，降低α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的靶區(qū)亞組分，減弱葡萄糖代謝反應(yīng)。無論是miR-146a的先天性缺失或是后天性被抑制，壓力超負(fù)荷小鼠的心功能均能維持在正常范圍[44-45]。

MiR-21-3p在脂多糖處理的小鼠心臟中可靶向抑制SH3結(jié)構(gòu)域蛋白2，導(dǎo)致心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷[46]；miR-181c可靶向調(diào)節(jié)細(xì)胞色素C氧化酶1 的mRNA，miR-181c過度表達可使線粒體復(fù)合體Ⅳ組分失衡，進一步導(dǎo)致線粒體活性氧生成增加，線粒體出現(xiàn)功能紊亂[47]；miR-199a和miR-214協(xié)同調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體-δ，使HF小鼠心肌細(xì)胞中線粒體的能量代謝從游離脂肪酸代謝向糖酵解方向轉(zhuǎn)變[48]；miR-210可靶向抑制鐵硫簇組裝蛋白，降低線粒體復(fù)合體Ⅰ活性，進而抑制心肌細(xì)胞線粒體呼吸，促進過氧化氫誘導(dǎo)的H9C2心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激過程中細(xì)胞能量代謝的轉(zhuǎn)移[49]；miR-106靶向抑制線粒體融合蛋白2后，心肌細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)線粒體嵴缺陷、線粒體膜明顯去極化、活性氧生成增加，進而誘導(dǎo)心肌細(xì)胞代謝改變[50]；miR-208a通過靶向抑制肉堿棕櫚酸轉(zhuǎn)移酶1C介導(dǎo)的脂肪酸轉(zhuǎn)運，進而降低心肌線粒體脂肪酸β氧化水平[51]。

4 展望

miRNA家族是基因表達調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，參與多條信號傳導(dǎo)通路。目前，miRNA不僅被用于疾病早期診斷和中長期預(yù)后潛在標(biāo)志物，還被用于各種CVD的治療。隨著對miRNA在心血管系統(tǒng)中的作用研究的深入，將miRNA與心血管疾病的傳統(tǒng)危險因素相結(jié)合，能夠提高對患者危險分層的精準(zhǔn)性，甚至進一步開展疾病診斷和治療的新技術(shù)，開發(fā)更好的治療靶點，研發(fā)新藥物。