miRNA-195的作用机制及与心血管疾病的关系

王文峰 罗玉梅 万新红*

（广东医学院深圳市龙岗区人民医院心血管内科，广东 深圳 518172）

miRNA-195的作用机制及与心血管疾病的关系

王文峰 罗玉梅 万新红*

（广东医学院深圳市龙岗区人民医院心血管内科，广东 深圳 518172）

microRNA-195（miRNA-195）是 microRNA-15/16/195/424/497 家族中的重要成员，通过与其靶基因结合，降解靶 mRNA 或抑制蛋白质翻译而调控基因的表达，从而在心血管病理、生理过程中起了十分重要的调控作用，尤其是心血管重塑、心力衰竭等。研究miRNA-195 参与心血管疾病发生的机制可能为治疗心血管疾病提供新的思路和方法，目前对 miRNA-195 的作用机制尚未完全阐明，本文就近年来 miRNA-195 的作用机制以及与心血管疾病的关系作一综述。

microRNA-195；心血管疾病；综述

小分子RNA包括microRNA（简称miRNA）、siRNA、shortRNA等。MicroRNA是小分子RNA中的一种，广泛存在于动物、植物、微生物和病毒中[1]。miRNA大多是基因组的非编码区产生的一些小RNA分子，长度为18～23个核苷酸，参与调控多种水平的基因表达，其调控方式是结合到靶mRNA上，降解靶mRNA或者阻断靶mRNA的翻译过程[2]。自1993年Lee和2000年Reinhart等在研究线虫的发育调控过程中发现了小分子RNA（microRNA，miRNA）Lin-4和Lin-7以来[3-5]，有关miRNA的研究迅速成为生命科学领域研究的热点。目前在人类已经发现了1000多个miRNA，据推测，人类基因组中约30%基因受miRNA调节。同一种miRNA可能同时参与100多个基因的表达调节，而同一基因的表达可能同时受多种miRNA调节。

1 miRNA的生物合成及作用机制

miRNAs是一类高度保守的18～23个碱基长度的非编码小RNA，通过与靶基因的3'UTR区结合来调控靶基因的表达，从而影响目标蛋白质的合成，起到调节和协调各种生命活动。miRNA包括外显子miRNA和内含子miRNA，其主要区别是在细胞核内产生precursor miRNA（pre-miRNA）的过程。前者miRNA由miRNA基因首先在细胞核内经RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ转录出一个具有5'帽子和3'多聚腺苷酸的长片断初级转录本，被称为pri-miRNA，其中包含miRNA成熟体的序列形成茎环结构。在核内，茎环结构被Drosha-DGCR8复合体识别，pri-miRNA被剪接成长约70bp的具有发卡结构的miRNA前体，即pre-miRNA。后者是由相应的mRNA的内含子转录后，形成套索结构，然后经过剪接折叠成pre-miRNA。随后，生成的pre-miRNA被Ran-GTP/Exportin5转运出核[6,7]。在胞质，pre-miRNA被另一个RNaseⅢDicer剪切形成约18～22个核苷酸的双链miRNA，其中一条链装配入RNA诱导的沉默复合体（RISC）成为有功能的miRNA，另外一条链则被降解[2]。也有少数双链miRNA的两条链都可以进入RISC发挥重要的生物学功能[8,9]。有功能的miRNA通过碱基互补配对原则结合于核糖体靶基因的3'UTR，抑制靶基因翻译或者降解mRNA。在植物中，miRNA多与靶基因的结合位点完全匹配导致靶mRNA的降解。对于哺乳动物，大多数miRNA与靶基因不完全配对结合，其与靶基因结合起关紧识别作用的是5'端第2～8位碱基序列，被称为“种子序列（seedsequence）”。当miRNA与靶基因不完全配对时并不影响mRNA的表达水平，主要引起mRNA翻译抑制，从而实现对靶基因的转录后调控。

2 miRNA-195的生物学功能

microRNA-195是microRNA-15/16/195/424/497家族中的重要成员，最初被预测并证实存在于小鼠中[10]，它在小鼠肺组织中特异性的高表达，随后在人体细胞中也发现了同源的miR-195[11]。目前已证实人类miRNA-195编码基因位于17号染色体的基因间隔区p13.1，它的成熟序列是：UAGCAGCACAGAAAUAUUGGC，与miR-15、miR-16、miR-424、miR-497拥有相同的5’核心序列：CGACGA。miRNA通过碱基配对嵌人沉默复合体与靶mRNA结合发挥作用[12]。成熟的miRNA可以有能与一个或多个mRNA部分互补，通常有3种方式：①与靶mRNA完全互补结合降解靶mRNA，多见于植物中；②与靶基因不完全互补抑制靶mRNA的翻译，多见于哺乳动物中[13]；③有研究发现一些内源性miRNAs可能在转录水平对靶标mRNA及其蛋白的表达进行调控[14]。目前研究表明，miRNA-195作用的靶基因主要有WEE1、CDK6、Bcl-2、BNDF、Arl2、FLT3等，miRNA-195与其靶基因结合，相应发挥其各种重要生物学功能，下面从近年来的研究探讨有关这几种靶基因的作用机制。

2.1 WEE1

Wee1基因表达的Wee1蛋白激酶是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族的一员，从Targetscan等网站可预测Wee1在其3_UTR有两个miR-195结合位点。在哺乳动物中，Wee1蛋白激酶家族包括Wee1A、Wee1B和Myt1三个成员，Wee1A在体细胞中表达，Wee1B在胚细胞中表达，Myt1在体细胞和胚细胞中都表达[15]。Wee1的作用方式是通过磷酸化Cdc2的Tyr15和Thr14位点，使Cdc2的活性被抑制从而来抑制细胞的有丝分裂[16]。Wee1蛋白激酶也在DNA损伤检查点作用的过程中发挥着自己的作用。实验证明，在裂殖酵母中，用伽马射线诱变的种群由于Wee1蛋白激酶编码基因缺失而无法使得G2期延长，以完成组织含有DNA损伤的细胞进入有丝分裂周期的作用[17]。已有研究表明，转染了Wee1Hu基因的哺乳动物细胞表达Wee1激酶后可阻止颗粒酶诱导的细胞凋亡，其作用是通过抑制CDC2的活化调控细胞周期，并且Weel基因转染靶细胞在一定程度上可抵抗CTL介导的细胞凋亡[18]。在细胞周期中，Wee1是调控G2期阻滞的关紧元件，在保证细胞进入有丝分裂前完成DNA复制以及在DNA损伤修复中起着关键作用。

2.2 CDK6

哺乳动物正常细胞的增殖分化有赖于细胞有序的周期活动，细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）的激活和失活在细胞周期活动中起重要调控作用。CDK被细胞周期蛋白（cyclin）激活或被CDK抑制蛋白（CKI）抑制。通过G1/S期需要CDK2、CDK4、CDK6激活，CDK6与cyclinD结合后被激活，形成Cyclin/CDK复合物，促进G1/S期的过度，在细胞增殖中起正性调节作用。

2.3 BCL-2

BCL-2基因家族广泛存在于生物机体中，在细胞凋亡调控中可分为两类：①抑制细胞凋亡基因：BCL-2、BCL-w、BCL-xl、Mcl-1；②促进细胞凋亡基因：Bax、Bad、Bak、Bik、Bid、Bcl-xs。机体内存在多条细胞凋亡的信号转导途径，其中“线粒体途径”是最重要的途径之一，Bcl-2家族蛋白是该途径的关键调节因素[19]。研究发现，Bcl-2家族能够调节线粒体膜上通透性转换孔（MPTP）的启闭，稳定MPTP的作用。BCL-2、BAX、BCL-X组成一个凋亡调控系统。BCL-2家族属凋亡抑制基因，抗氧化阻遏细胞凋亡，延长细胞寿命，组织或减少各种刺激引起的细胞损伤，BCL-2蛋白抑制细胞器内Ca2+离子向细胞质释放，从而抑制Ca2+离子超载导致的细胞凋亡。如在心血管疾病中，心肌细胞凋亡是心室重构和心功能不全发生的一个重要的病理生理机制，缺血、缺氧、药物和病毒感染等因素能够通过多个信号转导途径引起心肌细胞中Bcl-2家族成员表达水平的变化，影响心肌细胞凋亡的发生。

2.4 BDNF

BDNF是一种具有防止神经元死亡功能的蛋白质，近几年的研究表明，BDNF主要通过与TrkB受体结合后激活两条细胞内信号传导通路：细胞外信号激酶（extracellular signal-regu|ated kinase1/2，ERK1/2）信号通路和磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI-3-K/AKT）信号通路而发挥神经保护机制[20]。前者主要激活有丝分裂蛋白激活酶进一步作用于如Elk-1等转录因子，增加突触生长防止神经元凋亡，并可激活CREB而引起一系列表达反应，产生一些抗凋亡蛋白如Bcl-2等发挥抗凋亡作用。后者主要通过下调P53、GSK-3、Bad、Fasl等促凋亡蛋白并上调Bcl-2及CREB等促存活蛋白而发挥抗凋亡作用。

2.5 ADP ribosylation factor-like 2（Arl2）

ADP ribosylation factor-like 2（Arl2）即ADP核糖基化因子样2，分布在细胞内，其具有与核苷酸结合，作为GTP酶抑制因子，与GTP结合；参与rRNA加工，微管蛋白折叠，小GTP酶介导信号转导等活性。Arl2蛋白浓度的变化与微管蛋白池的修饰、微管动力学及细胞周期进程有关[21]。

2.6 FMS like tyrosine kinase3（FLT3）

FMS like tyrosine kinase3（FLT3）即FMS样酪氨酸激酶3是一种酪氨酸激酶受体，与其配体结合能够调节原始造血干/祖细胞增殖和分化，动员和刺激髓系及淋巴祖细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞和自然杀伤树突状细胞增殖和分化。

3 miRNA-195与心血管疾病的关系

心血管疾病已成为危害人类健康及导致死亡的主要原因，研究心血管疾病发病机制对于心血管疾病的防治具有重要意义。近来研究表明，miRNA-195与心血管疾病的发生发展有着密切关系。

3.1 miRNA-195与心脏疾病

心脏重构是心脏疾病重要的病理变化，心肌梗死等多种急慢性缺血性心肌病，都会引起心肌肥厚、心肌纤维化、基因表型改变，近期大量研究表明miRNA-195参与了心脏重塑的病理过程。为研究miRNA与心脏病变的关系，Sokol等[22]通过腺病毒质粒转染技术在心肌细胞内过表达miRNA-195基因时发现体外培养的心肌细胞均发生肥大改变，这种改变与肾上腺素能所诱导的心肌肥大相似。Sayed等[23]的研究表明过度表达的miRNA-195引起了心脏肥大细胞的病理重构及心力衰竭。通过对病理性肥大时不同模型的研究表明，在病理情况下部分miRNA-195上调，可能启动了胚胎时才表达的一些基因，以修复不同的应激及各种压力给心肌造成的损害。Evavan Rooij[24]等发现在大鼠心肌肥厚过程中miR-195得到过渡的表达，从而导致了心肌的病理性生长和心衰。他们发现在活体内过度表达miR-195将导致心脏肥厚，但表现为心脏的扩张，发生扩张型心肌病，并很快导致心衰的发生。在过表达miRNA-195的转基因小鼠中发现，早期过表达时可引起心肌肥厚，更高水平的miRNA-195过表达则引起心室腔扩大和心室变薄，主要表现为左心室壁变薄，左室半径增大，心脏功能恶化，最终出现心力衰竭。但又指出在心脏生长过程中miR-195能重叠其抑制心肌肥大的效应，造成心肌蛋白的减少，从而造成心脏的扩张。进一步行RT-PCR显示在转基因小鼠中与心肌肥大相关的胚胎基因如：β-MHC、心房钠尿肽因子及B型钠尿蛋白表达明显增高。提示在心肌肥大过程中出现的miRNA-195上调可能启动了肥大的信号传导通路，促进病变的发展。刁雪红等[25]在糖尿病模型小鼠心肌组织中发现miR-195表达显著上调，推测miR-195可能在高糖致心肌细胞肥大和心肌纤维化中发挥重要作用。Zhu等[26]研究表明，miR-195可能通过下调Sirt1、Bcl-2和ROS起促心肌细胞凋亡作用，因此，miR-195的可能成为糖尿病心肌病治疗的新靶点。这些研究结果均说明miR-195参与了心脏病理重构，在心脏疾病的发生发展中起着重要作用。

3.2 miRNA-195与血管病变

血管平滑肌的增殖和迁移可能会导致动脉粥样硬化和新生内膜形成，目前已证实miRNA可调节细胞增殖和表型转化，并发现血管平滑肌细胞中含有丰富的miR-195。Wang[27]等研究发现，miR-195减少血管平滑肌细胞增殖、迁移和合成IL-1β、IL-6、IL-8，抑制Cdc42、CCND1，FGF1基因表达。通过腺病毒携带miR-195基因的大鼠模型中发现球囊损伤的颈动脉内膜的形成大大降低，提示miR-195抑制血管平滑肌增殖、迁移和促炎症因子的合成，并可能减少支架植入术后患者新生内膜的形成，在血管病变中起重要作用，有望解决支架术后等血管再狭窄的问题。

4 总结与展望

在人类生命活动过程中，miRNA与靶基因不完全互补从而抑制靶mRNA的翻译，实现对靶基因的转录后调控，影响多种蛋白的表达而发挥巨大的生理调控作用。研究发现，细胞增殖、凋亡是心室重构和心功能不全发生的一个重要的病理生理机制，与心血管疾病发生有着密切关系。通过上述miRNA-195的几种重要靶基因生物学功能的总结，miRNA-195在心血管疾病中可能通过调控各种靶基因的转录，影响多种蛋白的表达，通过各种机制抑制细胞增殖，促进细胞凋亡，或影响细胞周期进程，调节细胞增殖分化参与心血管疾病的发生发展。自1993年miRNA发现以来，有关miRNAs的研究迅速成为生命科学领域研究的热点，各种miRNA的生物学功能及作用机制将逐步揭晓，miRNA-195作为miRNAs中的一员，其与心血管疾病的关系正引起国内外学者关注。研究miRNA-195与心血管的关系，可能为心血管疾病的治疗提供新思路，也可能在心血管疾病的评估及预后提供依据。目前有关miRNA-195的作用机制尚未阐明，为探讨miRNA-195与心血管重构的关系，我们选用自发性高血压大鼠为研究对象，用贝那普利干预，分析干预组及对照组中miRNA-195及相关指标的变化及血管增生和心肌肥厚程度，在这个实验中，我们将会了解miRNA-195与心血管重构的作用机制。miRNA-195在心血管疾病中的作用机制及在心血管疾病防治中的应用有待进一步研究。

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R714.252

：A

：1671-8194（2013）04-0070-04

*通讯作者