微小核糖核酸与冠心病关系的研究进展

陆永光综述,李浪审校

微小核糖核酸与冠心病关系的研究进展

陆永光综述,李浪审校＊

微小核糖核酸是一类由18～25个核苷酸所构成的内源性非编码小核糖核酸分子,广泛参与哺乳动物基因的调控,在细胞分化、增殖、凋亡等生物学过程中具有重要的作用。微小核糖核酸参与了心肌重构,缺血性心律失常,心肌细胞坏死、凋亡,心肌保护,心肌梗死后血管再生以及动脉粥样硬化斑块形成和不稳定等病理生理过程,在冠心病发生、发展中扮演着重要的角色。

微小核糖核酸;冠心病

微小核糖核酸(miRNA)是一类由 18～25个核苷酸所构成的内源性非编码小核糖核酸(RNA)分子。既往研究认为m iRNA只是一些不具有功能特性的小 RNA片段,但近年来研究证实,miRNA作为基因表达的负性调控因素,对靶信使核糖核酸(mRNA)的稳定及翻译效率起到重要的调控作用。根据生物信息学预测表明,哺乳动物的 miRNA参与调控大约 30%蛋白的表达[1]。2005年,Zhao等[2]首先对miRNA在心血管疾病中的作用进行研究。目前,已经证实 miRNA在动脉粥样硬化斑块形成和不稳定,心肌梗死后心肌细胞坏死、凋亡,心肌保护,缺血性心律失常,心肌梗死后的血管再生、心肌重构等冠心病发生、发展过程相关的病理生理机制中具有重要的作用。

1 微小核糖核酸的生物形成和基因调控机制

在真核生物中,miRNA首先在RNA聚合酶Ⅱ的介导下,以长的 miRNA前体(pri-m iRNA)形式从基因组中被转录出来,然后被 Drosha样的核糖核酸酶Ⅲ内切酶和(或)剪接体组分切割成大约 60～70核苷酸的p ri-miRNA复合物。随后,pri-miRNA通过 Ran-GTP及其受体输出蛋白 5转运出细胞核。在细胞质中,Dicer样内切酶切割 pri-m iRNA,形成 18～25个核苷酸的双链 miRNA。最后,成熟的miRNA转配进核蛋白体形成 RNA诱导沉默复合物,执行 RNA干扰相关生物学功能。成熟的m iRNA能够与靶mRNA通过 3'UTR的碱基配对部分或完全互补,从而阻抑翻译。如果miRNA与靶mRNA不完全互补,则只是阻抑翻译而不影响其稳定性,如果是完全互补,则 mRNA可被类似小干扰 RNA的机制降解[3]。m iRNA参与了广泛的基因调控,同一个miRNA可调控多个靶基因,而同一个靶基因也可受多个 miRNA的调控。

2 微小核糖核酸与心肌重构

心肌梗死不仅导致心肌细胞坏死、凋亡,还可累及血管床和心肌外胶原组织,从而导致心肌重构和心功能不全。在心力衰竭模型中,间质纤维组织微小核糖核酸(miR)-21表达明显增加,阻抑miR-21表达则可以明显抑制心肌间质纤维化,改善心功能[4]。Roy等[5]研究证实,m iR-21同样参与了心肌梗死后的心肌重构过程。心肌梗死后m iR-21表达增高,且定位于心肌梗死区的心肌成纤维细胞,磷酸酶与张力蛋白同源物是 miR-21的靶基因。m iR-21通过下调PTEN基因表达而使基质金属蛋白酶-2表达增加,参与心肌重构。研究表明,心肌梗死后下调 miR-29的表达,可导致心肌纤维化和心肌重构。因此,上调m iR-29的表达,有可能作为一种防治心肌纤维化,改善心肌重构的治疗手段。此外 ,miR-15b、miR-199、miR-214、m iR-150也参与了心肌重构的过程。心肌梗死后心肌组织愈合的过程中,心肌细胞肥大、凋亡和纤维化发生在不同的心肌区域,并且呈动态变化的过程,上述 miRNA可能在这个过程中发挥着不同的作用[6]。

3 微小核糖核酸与缺血性心律失常

心律失常是急性心肌梗死早期常见严重并发症,恶性心律失常如室性心动过速、心室颤动或心脏停搏是冠心病患者发生心原性猝死的主要原因。近年来研究证实,miRNA参与了心律失常的病理生理过程,其机制主要与调控心脏电活动相关蛋白的表达有关。Yang等[7]研究证实,在冠心病患者心肌组织中m iR-1的表达水平明显增高。在大鼠心肌梗死动物模型中,m iR-1增高和心律失常的发生密切相关,miR-1特异性反义寡聚核苷酸可明显减少心律失常的发生。miR-1主要通过与靶基因缝隙连接蛋白CX43和钾内向整流通道超家族 J成员 2结合,抑制其蛋白表达,干扰心肌间电传导和细胞膜电位的形成而参与心律失常的发生。β肾上腺素能受体—环磷酸腺苷—蛋白激酶A信号转导通路也可刺激miR-1的表达,参与缺血相关性心律失常的发生[8]。Bostjancic等[9]研究表明,急性心肌梗死死亡的患者心肌梗死边缘区的miR-1明显增高,miR-1增高者出现恶性心律失常机率明显增加。此外,在糖尿病大鼠心脏中,miR-133也可通过调节心电活动关键蛋白的表达参与心律失常发生[10]。上述研究表明,miRNA与冠心病患者心肌缺血、梗死所发生心律失常密切相关,通过调节miRNA的表达可以对心律失常进行干预,miRNA有望成为心律失常治疗的新的靶点。

4 微小核糖核酸与心肌损伤和心肌保护

目前与缺血性心肌损伤、心肌保护及修复相关 miRNA表达及功能的研究主要集中在心肌梗死后miRNA的作用及其机制方面。在大鼠心肌梗死后的不同时间段,通过 miRNA基因芯片可筛查出不同的 m iRNA表达水平改变[11]。在急性心肌梗死患者外周血中也可检测到 miR-1,miR-133a/b和m iR-208等的表达水平改变[12]。有研究表明,一些在心肌梗死早期增高的 miRNA如m iR-1和miR-208与血清肌酸激酶同工酶呈显著正相关,可以作为急性心肌梗死早期的标志物[13]。因此,目前已经有许多研究开始探讨miRNA在心肌梗死后不同阶段参与和不同的病理生理过程中的作用及其机制。

m iRNA通过多种途径参与了心肌梗死后心肌损伤,Shan等[14]研究证实,在大鼠心肌梗死模型中,miR-1和 miR-206表达显著上调,从而使靶基因类胰岛素生长因子 1的蛋白表达减少,半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3活性增加,诱导心肌细胞凋亡。在缺血再灌注大鼠模型中,过表达 miR-320可使其靶基因热休克蛋白 20表达下调,坏死和凋亡心肌细胞增加,心肌梗死范围扩大[15]。心肌缺血再灌注损伤后 miR-320表达下调可能是心肌细胞的一种内源性的自我保护机制。

部分 miRNA也参与了心肌缺血后的心肌保护过程,目前已有几项研究证实了 miR-21的心肌保护作用。动物实验研究证实,缺血预适应可显著上调m iR-21的表达,并通过下调靶基因程序性细胞死亡因子 4,抑制其下游的转录因子活化蛋白质1的激活,从而抑制心肌凋亡[16]。Yin等[17]研究证实,缺血预适应诱导表达上调的 miR-21具有和缺血预适应延迟相相似的心肌保护作用。

m iRNA可通过调控内皮细胞、内皮祖细胞和促血管生长因子的功能参与心肌局部缺血组织的修复过程。Wang等[18]研究证实,在大鼠心肌梗死动物模型中,miR-126通过和靶基因Spred-1结合,抑制其蛋白表达,从而使促细胞分裂原活化蛋白激酶信号转导通路下游产物内皮生长因子和成纤维细胞生长因子表达上调,促进血管的形成和维持血管完整性。抑制 miR-92a的表达可以显著增加心肌梗死后的血管数量,减小梗死范围,改善左心室收缩和舒张功能[19]。在糖尿病大鼠模型中,m iR-320下调类胰岛素生长因子 1蛋白表达导致糖尿病心肌微血管再生受损[20]。临床研究证实,冠心病患者外周血内皮祖细胞中 miR-221/222表达显著高于正常对照组,miR-221/222和内皮祖细胞数量呈负相关,m iR-221/222可能参与了调控冠心病患者血管内皮损伤和参与血管新生的过程[21]。此外,体外研究证实,miR-92a、m iR-27b、m iR-130等也参与了调控血管再生[19],而这些m iRNA在体内和病理生理状态下的功能及作用机制仍有待深入研究。

5 微小核糖核酸与动脉粥样硬化

冠状动脉粥样硬化是冠心病主要的病理基础,单核/巨噬细胞介导的炎症反应和 T淋巴细胞尤其是 CD 4+T淋巴细胞介导的免疫反应参与了冠状动脉动脉粥样硬化的发生、发展过程。CD 4+T淋巴细胞特别是分泌干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α的 Th1细胞可以通过分泌的效应分子,活化动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞或直接影响斑块的稳定,导致急性冠状动脉综合征。研究证实,miRNA参与了 CD 4+T淋巴细胞活化的过程,抗CD3抗体刺激活化的 T淋巴细胞 miR-21、miR-22、m iR-24、miR-103、miR-155和 miR-204的表达明显上调,而 miR-16,m iR-26,m iR-30b/c,m iR-150和 miR-181的表达下调[22]。因此,T淋巴细胞活化相关的 miRNA直接或间接的参与了冠心病的发生、发展过程。Guo等[23]研究表明,急性冠状动脉综合征患者外周血单个核细胞 miR-146a表达明显上调,通过和靶基因 T细胞表达的 T盒和核转录因子p65结合而抑制其蛋白的表达,从而影响 Th1的分化和效应分子的分泌,并可调控 Th1/Th2的平衡。Chen等[24]研究证实,m iR-125a-5p可通过调控氧化低密度脂蛋白刺激的单核细胞过程中的炎症反应和脂类摄取,从而起到抑制动脉粥样硬化发生、发展和稳定斑块的作用。以上研究表明,miRNA直接或间接的参与了冠状动脉粥样硬化的病理生理过程,通过调控miRNA的表达,可能对延缓动脉粥样硬化斑块进展和稳定斑块,减少心血管事件的发生具有重要的意义。

6 药物治疗对微小核糖核酸的调控作用

鉴于 miRNA通过不同途径和不同机制参与了冠心病的发生和发展过程,目前已有研究通过药物治疗调控 miRNA的表达,已达到防治冠心病的目的。Lu等[8]研究证实,在大鼠急性心肌梗死动物模型中,给予β肾上腺素能受体拮抗剂普奈洛尔治疗,可以阻断β肾上腺素能受体—环磷酸腺苷—蛋白激酶A信号转导通路的激活,抑制m iR-1的表达。还有研究证实,中成药丹参酮ⅡA亦可通过调控m iR-1的表达,减少缺血性心律失常的发生[25]。Ye等[26]研究证实,在大鼠缺血再灌注动物模型中,过氧化物酶体增生物激活受体(PPAR)-γ激动剂吡格列酮通过减少 miR-29a/c的表达,使抗凋亡基因 Mcl-1基因的表达增加,减少心肌细胞凋亡和心肌梗死面积。冠心病患者循环血 miR-221/222和EPCs呈负相关,阿托伐他汀治疗可以抑制m iR-221/222的表达[21]。尽管目前对药物调控 miRNA表达的机制进行了有益的探索,但除化学合成的 miRNA特异性反义寡聚核苷酸外,尚无特异性的 miRNA调控药物。因此,现有治疗心血管疾病的药物对miRNA的调控作用及其机制尚待进一步研究,而针对miRNA调控的靶向性和特异性药物有待开发。

7 展望

虽然目前 miRNA在冠心病中的研究取得了重大的进展,但仍属于起步阶段,而且仍不断有与冠心病相关的 m iRNA被发现。miRNA通过不同途径参与了冠心病发生、发展的病理生理过程,冠心病发生、发展的不同阶段 miRNA表达和作用亦不尽相同,而且由于miRNA调控靶mRNA的复杂性,以及其下游存在着复杂的基因表达调控网络和信号转导通路,众多 miRNA在冠心病中的生物学功能尚未阐明。因此,有必要对与冠心病相关 miRNA的基因调控机制及其生物学功能进行进一步深入研究,从而为冠心病的防治和药物开发提供理论基础和临床证据。

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(编辑：漆利萍)

530021 广西壮族自治区南宁市,广西医科大学第一附属医院 心血管内科

作者介绍：陆永光 主治医师 博士研究生 主要研究方向：冠心病介入诊治 Email：lyg696@hotmail.com 通讯作者：李浪 Email：lilang99@hotmail.com

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1000-3614(2010)06-0484-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2010.06.023

2010-03-23)