微小RNA在心力衰竭心脏重构中的作用研究进展

曾芳 赵强

微小RNA(microRNA，miRNA)最早于1993年由美国著名遗传学家维克托·安博斯(Victor Ambros)发现［1］。它是一类由约22个核苷酸组成的非编码单链小RNA，以mRNA为靶分子，通过切割降解mRNA或者抑制蛋白质翻译、调节基因表达来实现其生物学功能［2］。心脏重构是心力衰竭(heart failure，HF)的基本机制，也是HF进展的病理生理学基础。近几年的研究表明，多种miRNAs及相关机制参与了心脏重构的发生和发展，我们拟对此作一综述。

1 miRNAs与心肌细胞肥大、心肌肥厚

心肌细胞肥大是心脏结构重构的重要特征之一。病理性肥大的心肌细胞舒缩功能下降，最终导致失代偿性HF。目前，已有多种miRNAs被发现或进一步证实参与了心肌肥大、心肌肥厚的发生、发展过程。

Li等［3］发现，作为心脏中表达最多的 miRNA，miR-1过表达可抑制含细胞骨架调节蛋白twinfilin-1(TWF1)3'-非翻译区荧光素酶报告基因的表达，也抑制内源性TWF1蛋白的表达;在大鼠肥厚的左心室心肌细胞，miR-1水平降低导致TWF1蛋白表达上调，反之，过表达TWF1则促进心肌肥厚的发生，提示TWF1是miR-1的一个直接靶点。肥大的心肌细胞过表达miR-1则使细胞体积变小，心肌肥厚标志基因Acta1、Myh7和Nppa的表达下调;miR-1沉默后，心肌细胞体积变大，心肌肥厚标志基因的表达上调。Karakikes等［4］进一步证实了miR-1的抗心肌肥厚作用，该研究采用升主动脉缩窄法建立心肌肥厚大鼠模型，携带miR-1的重组腺病毒载体通过尾静脉注入大鼠体内。结果发现，miR-1转染大鼠的左心室后壁及室间隔厚度显著减小，左心室收缩末容积和舒张末容积显著缩小，左心室短轴缩短率显著增加。

Wang等［5］发现，miR-9可在转录后水平抑制心肌蛋白的表达，进而抑制心肌肥厚;异丙肾上腺素和醛固酮诱导的心肌细胞miR-9水平显著下调，miR-9的拟似物能显著减轻异丙肾上腺素诱导的心肌肥厚和改善左心室短轴缩短率。

Yang等［6］发现，硫氧还蛋白1(Trx1)可以上调心肌细胞中let-7家族成员 miR-98的表达，对抗血管紧张素Ⅱ(AngiotensinⅡ，AngⅡ)诱导的小鼠心肌肥厚。在培养的小鼠心肌细胞转染表达miR-98(Ad-miR-98)，能显著减轻AngⅡ诱导的心肌细胞肥大;而基因敲除miR-98可加重AngⅡ诱导的心肌肥厚，减弱Trx1对AngⅡ诱导的心肌肥厚的抑制作用;反义miR-98(Ad-anti-miR-98)能够逆转Trx1对心肌肥厚的抑制作用。细胞周期素D2是miR-98作用的靶基因。

Sharma等［7］的研究发现，在TAC诱导的小鼠肥厚心肌中miR-142-5p表达显著下调，人衰竭心肌中miR-142-5p和-3p表达均显著下调。体外培养的乳鼠心肌细胞中miR-142水平与乙酰转移酶p300、丝裂原活化蛋白激酶活性(mitogen activated protein kinase，MAPK)呈负相关;转染p300的乳鼠心肌细胞中miR-142-5p和-3p表达显著下调，且miR-142-5p的靶基因为p300和α辅肌动蛋白。

Reddy等［8］通过 TAC 和肺动脉缩窄(pulmonary artery constriction，PAC)分别建立左、右心室肥厚的小鼠模型。结果发现，与正常心室类似，肥厚心室表达最多的miRNA是miR-1、miR-133和let-7家族成员，但miR-21在肥厚的右心室表达较多，miR-23、-26、-29、-30则在肥厚的左心室表达较多。在早期右心室代偿性肥厚阶段，miRNAs表达水平无显著变化;但从失代偿性肥厚进展到显性HF阶段，则有相应miRNAs表达的变化，且许多与左心室的变化趋势相一致。而既往报道在肥厚/衰竭左心室表达下调的miRNAs(miR-34a、-28、-93、-148a)在肥厚/衰竭右心室中表达上调，且这 4种miRNAs靶基因的表达也有相应的变化。

此外，Nagalingam等［9］研究发现，培养的心肌细胞过表达miR-378通过负性调节Ras通路而抑制MAPK/ERK和PI3K/AKT这两个重要的促细胞生长的信号通路的激活。通过生物信息学方法预测发现，miR-378以Ras通路上游的Grb-2为靶点，通过抑制该蛋白的表达从而对Ras通路进行负调控。Ge等［10］的研究则发现，miR-350通过抑制MAPK信号通路中p38和氨基末端激酶的蛋白合成而导致病理性心肌肥厚。

2 miRNAs与心肌纤维化

miRNAs对心肌纤维化同样具有调控作用。相关研究发现，miR-1转染大鼠的左心室纤维化明显减轻，转化生长因子-β1、结缔组织生长因子基因表达水平显著降低［4］。与野生型小鼠相比，心肌细胞过表达miR-133a的转基因小鼠TAC后的心肌纤维化显著减轻。且miR-133a、-30抑制心肌纤维化的作用可能是通过下调结缔组织生长因子基因表达而实现的［11］。在体内，分别用腺病毒介导miR-98或反义miR-98灌注AngⅡ处理的大鼠，同样发现Ad-miR-98能削弱AngⅡ引发的心肌纤维化及细胞凋亡［6］。Reddy 等［8］研究发现，不仅 miR-1，miR-34、-21亦参与了心室纤维化和细胞凋亡。

Villar等［12］以75例因主动脉瓣狭窄行瓣膜置换的患者为研究对象，32例其他心脏手术患者为对照。通过原位杂交技术发现，主动脉瓣狭窄患者心肌间质细胞miR-21水平显著上调，但在心肌细胞未发现 miR-21表达。Castoldi等［13］的研究证实，AngⅡ诱导的伴心肌纤维化的高血压SD大鼠心肌miR-133a和miR-29b表达显著下调;作为miR-133a和miR-29b靶基因的第1型胶原纤维相关基因A1表达显著增加。Wang等［14］的研究发现，miR-24在大鼠梗死的心脏区域表达下调，且与细胞外基质的重构密切相关。miR-24转染至大鼠在体心肌可减轻梗死边缘区心肌纤维化和健康心脏组织的细胞凋亡，缩小梗死面积、改善左心室功能;进一步的研究发现，miR-24以弗林蛋白酶(furin)为靶点，调节心脏纤维母细胞的分化和迁移。

3 miRNAs与心肌细胞凋亡、心肌损伤

研究已经证实，心肌细胞凋亡、心肌损伤过程中伴随着多种 miRNAs 及其靶基因表达的变化［4，6-8，10，14］。

Karakikes等［4］的研究显示，miR-1转染大鼠的左心室抗凋亡基因Bcl-2表达显著增加，而促凋亡基因Bax表达显著减少。He等［15］的研究发现，miR-1和miR-133a可以减轻心肌缺血再灌注(ischemia reperfusion，IR)损伤和细胞凋亡，其作用是通过抑制凋亡相关基因Caspase-9实现的。但Xu等［16］的研究却得出了不同的结论，他们发现，病毒性心肌炎小鼠模型心室miR-1表达显著上调，而其靶基因缝隙连接蛋白43表达显著下调;转染miR-1的心肌细胞缝隙连接蛋白43水平显著降低。另外，Ye等［17］的研究发现，吡格列酮和罗格列酮通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体-γ抑制大鼠H9c2心肌细胞miR-29a、-29c表达，进而降低Caspase-3活性来保护H9c2心肌细胞免受IR损伤;相反，过表达miR-29则促进细胞凋亡，阻断吡格列酮的心肌细胞保护作用。

Sayed等［18］发现，心脏过表达miR-21可以抑制缺血诱发的抑癌基因PTEN、FasL表达上调，增加AKT磷酸化，减轻心肌细胞凋亡，缩小转基因大鼠的心肌梗死面积和改善心功能。Wang等［19］的研究显示，心肌缺血、缺氧时小鼠心肌细胞miR-499水平显著下调;miR-499可减轻IR诱导的心肌细胞凋亡和缩小心肌梗死面积。进一步研究显示，钙调磷酸酶催化亚基(CNA)的两种亚型CnAα、CnAβ均为miR-499的直接作用靶点，miR-499通过抑制钙调磷酸酶介导的动力相关蛋白1(Drp1)去磷酸化，减少线粒体中Drp1积聚，抑制Drp1介导的线粒体分裂程序激活，从而抑制心肌细胞凋亡的发生。Fang等［20］结扎大鼠冠状动脉左前降支后发现，缺血心肌 miR-1、-126、-145、-208、-21、-223、-23a、-24 和 miR-98 表达上 调，miR-125b-5p、-133a、-143、-199a-3p、-214、-26a、-378 和miR-499表达下调;对 miR-378进一步研究发现，其以Caspase-3为靶基因，通过抑制Caspase-3的表达来抑制心肌细胞的缺血性损伤和凋亡。Suh等［21］的研究证实，miR-26a通过抑制其靶基因糖原合成酶激酶-3β蛋白表达来促进活性氧簇诱导的心肌细胞凋亡。Hullinger等［22］通过对IR猪和小鼠的研究发现，IR后24 h miR-15家族(miR-15a、15b、-16、-195和-497)在心肌梗死区域表达上调，但只有miR-15b在IR后数周仍保持较高的表达水平。应用锁核酸技术沉默miR-15可以从缺氧-复氧损伤中挽救更多的心肌细胞;同样，Ad-anti-miR-15可以缩小梗死面积、减轻心脏重构、改善心脏功能。

4 miRNAs与心律失常

HF患者具心律失常易感性，HF的程度越严重，发生心律失常的倾向就越大，此为心脏电重构所致。心律失常发生时已经观察到心肌多种miRNAs表达的改变。

Matkovich等［6］研究发现，增加心肌miR-133a水平可以延长心肌肥厚小鼠体表心电图的QT间期和单个心室细胞的动作电位时程(action potential duration，APD)，同时伴有瞬时外向钾电流的快成分I(to，f)的电流密度下降;虽然过表达miR-133a的转基因小鼠体表心电图的QT间期和心室细胞APD变化不明显，但心肌细胞I(to，f)可以恢复到非转基因小鼠的水平。Lu等［23］对快速起搏诱导的心房颤动(atrial fibrillation，AF)犬和风湿性心脏病AF患者心房组织的研究发现，AF心房miR-223、-328、-664表达较对照组增加2倍以上，尤其是miR-328，在AF犬升高了3.9倍，在AF患者升高了3.5倍，而miR-101、-320、-499表达下降至少50%。分别编码L型钙通道α1c、β1亚单位的CACNA1C、CACNB1基因可能是miR-328的作用靶点，miR-328转染犬的L型钙通道电流减弱、心房APD缩短、AF易感性增加;而使用反义miR-328或基因敲除miR-328可以抑制AF的易感性。

Belevych等［24］研究心室快速起搏诱导的HF犬发现，与对照组比较，心室细胞miR-1和miR-133的表达显著上调，miR-1和miR-133的靶基因蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A，PP2A)的催化和调节亚基表达则显著下调;PP2A的催化亚基为miR-133的直接作用靶点。抑制PP2A的激活可以增强Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ介导的的兰尼碱2型受体的磷酸化，增加舒张期Ca2+波的频率和诱发早期后除极;阻断Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ可以抑制心肌细胞舒张期自发性Ca2+释放(钙渗漏)的频率。Li等［25］对AF犬的研究则发现，心房miR-133和miR-30的表达显著下调。

5 问题与展望

miRNAs与HF心脏重构的关系作为HF一个新的研究方向，已经取得了巨大的进展，但存在的问题也显而易见。首先，对miRNAs与HF心脏重构的研究明显滞后于miRNAs被发现的速度。其次，相对于HF时miRNAs表达水平的研究，其调节心脏重构机制方面的研究进展较慢，大多数的研究只是涉及到其调节通路中的某一个靶点，而对整个调节通路缺乏深层次和全面的研究。

当然，近3年来miRNAs与HF心脏重构的研究进展迅速，越来越多的miRNAs作用机制和基因靶点被逐步发现，除了对个别miRNAs(如miR-1、miR-133等)的研究结果还有争议外，多数miRNAs的研究结论相当一致。因此，我们期待在不久的将来miRNAs会成为HF诊治、甚至预防的新靶点。

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