MicroRNA与年龄相关心脏功能失调的关系

张 岩 郑连文 王晔玲 (吉林大学第一医院心血管内科，吉林 长春 3002)

MicroRNA最早由Ambros等在秀丽新小杆线虫(Caenorhabditis elegans)中发现第一个 miRNA基因Lin-4〔1〕，MicroRNA是一组调节后转录基因表达的非编码RNA，miRNA可以与靶基因转录产生的mRNA的3'配对结合，从而降低或者抑制靶基因的表达。相关基因研究揭示MicroRNA在心脏的发生发展与功能方面起着至关重要的作用，与心血管系统疾病密切相关。

年龄被认为是心血管疾病发生发展的重要影响因素，并且与心脏的形态学、信号途径、收缩功能的改变有关。氧化应激是导致年龄相关的心脏形态学与功能的重要原因。研究显示〔2〕，随着年龄增加，心肌肥厚，心脏收缩舒张功能下降，心律失常增多。本文笔者综述了年龄与心血管相关疾病的关系，氧化应激对心血管系统的影响以及miRNA在三者中的联系。

1 老龄与心血管系统的关系

大量的研究表明，年龄增长导致血管结构和心脏结构的改变，进一步引起心脏和血管功能的缺失，从而引起高血压、糖尿病、血脂异常等心血管系统疾病。随着年龄的增加，大的弹性动脉管壁的厚度不断增加。90岁老年人的颈动脉内中膜厚度会增加2～3倍〔3〕。而且研究还表明，内中膜的不断增厚是独立于年龄导致动脉粥样硬化的一个重要威胁因素〔4〕。衰老引起血管内皮细胞NO释放减少。一些证据表明由于eNOS水平降低，导致老化血管内皮细胞NO释放减少，然而这并未在所有的研究中得到证实〔5〕。衰老还能导致心脏钙化，随着年龄的增长，心腔结构的一个显著变化是心房扩大，左心室壁厚度增厚〔6〕。和收缩功能相比，老年人静息状态下心脏舒张率降低，原因是衰老心脏的胶原蛋白增加，弹性蛋白结构变化，二者导致左心室将硬度增加，致使左心室被动充盈障碍〔7〕。

2 氧化应激对心血管系统的影响

由于氧自由基过量生成或细胞内抗氧化防御系统受损而导致氧自由基及其代谢产物过量聚集，从而对细胞产生毒害作用。近年来研究表明，氧化应激是导致心血管系统结构、功能异常的重要原因之一〔8〕。近来研究发现氧化应激能够诱导血管相关基因的改变，促进炎症反应的存在。单核细胞黏附在其中发挥关键作用。参与此过程的重要黏附分子有血管细胞黏附分子VCAM-1、单核细胞趋化蛋白MCP-1等，在氧化应激可以诱导多种血管基因表达的改变，包括VCAM-1基因和MCP-1基因等。有实验研究表明过氧化氢可诱导内皮细胞间黏附因子ICAM-1和mRNA表达增加，而抗氧化剂对此有抑制作用。有报道〔9〕氧自由基可通过损伤心肌细胞膜和改变离子通道造成心肌细胞损伤。近年研究表明，氧化应激参与了心肌细胞的凋亡。细胞产生的ROS所引起的继发性氧化应激反应对心肌细胞凋亡的发生起着非常重要的作用。ROS可上调促凋亡基因bax的表达，破坏线粒体内膜电势，导致细胞发生不可逆的凋亡。在高血压时，ROS产生过多，它可以作为信使参与信号转导通路，影响细胞功能，调节血管紧张度，参与血管重构。血管紧张素Ⅱ是人体内在的氧化剂，可促使氧化应激的发生，在高血压中发挥重要作用。Care等〔10〕通过实验表明Ang可诱导主动脉产生ROS，导致内皮依赖性血管舒张功能减退。

Cheng等〔9〕研究表明，在心肌氧化应激模型中，过度表达的miRNA-21，可以抑制凋亡基因Programmed cell death 4的表达，从而保护心脏免于氧化应激损伤。van Rooij等〔11〕研究表明，在心肌缺血模型中，miRNA-1和miRNA-133的表达水平显著增高，而心肌细胞凋亡加剧。同时对H9c2大鼠心肌细胞研究揭示，miRNA-1和miRNA-133在氧化应激引起的细胞凋亡效应中起到的作用是不同的，miRNA-1能够导致细胞凋亡，而miRNA-133则抑制细胞凋亡。在氧化应激下，miRNA-1表达水平升高，能够在抗凋亡蛋白(heat shock cognate protein)和HSP70转录水平不变的情况下，下调其蛋白质的表达量。但是，miRNA-133能从mRNA水平和蛋白质水平抑制凋亡相关的半胱氨酸肽酶的表达。推测miRNA-133能够负向调节心肌凋亡，而对心肌起到保护作用。

3 MicroRNA对年龄相关心脏功能改变的调节

目前研究发现，在心肌肥厚和心衰发生发展过程中表达下调的miRNA的功能常常是抑制心肌细胞肥厚的，有研究发现在AKT转基因鼠和人心肌肥厚组织检测揭示miRNA-1和miRNA-133作用于 RhoA、Cdc42、Nelf-A/WHSC2基因而抑制心肌肥厚〔12〕。当二者表达下调时则促发心肌肥厚。van Rooij等〔11〕利用miRNA微阵列分析发现，人类心肌细胞肥大时，miRNA-21、miRNA-23、miRNA-24、miRNA-195 和 miRNA-214 等一系列microRNA表达上调。MiRNA-24、miRNA-195和miRNA-214转基因小鼠的研究发现，miRNA-24会导致小鼠胚胎致死，miRNA-214则对表型没有明显影响，而miRNA-195出生后2 w就发展成扩张性心肌病和心衰，这表明miRNA-195过表达就足以促发心肌病〔13〕。

Zhao等〔14〕通过研究敲除了miRNA的模式小鼠发现纯合子小鼠出现室间隔缺损，并且发现他们中一半死于胚胎期，活下来的突变体很大一部分出现心脏电生理异常。进一步研究表明，miRNA-1-2靶基因为Irx5。这个基因编码1个心肌转录因子，他能抑制钾离子通道蛋白KV4的表达，从而调控心脏的电活动。Yang等〔15〕研究揭示大鼠心肌梗死后往心脏导入miRNA-1，能够导致QRS波群增大，QT间期延长，心律失常率增加。若用反义寡核苷酸抑制miRNA-1的表达，可以降低心律失常率。miRNA通过抑制靶基因Kcnj2(Potassium inwardly-rectifying channel)和Gja1的表达实现的。Kcnj2编码钾离子通道亚单位Kir21蛋白，调控心脏细胞静息电位，Gja1编码传导兴奋的缝隙连接蛋白CX43编码。

4 展望

随着年龄的增长，血管和心脏结构均发生结构重构。microRNA对靶基因的作用导致相关信号分子或者功能蛋白的增加和减少。导致心血管系统疾病的发生。microRNA的研究对于RNA干扰提供了新思路，为基因治疗年龄相关的心血管疾病提供依据。

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