micoRNA与心血管疾病

徐一平，万新红，罗玉梅

（1.广东医学院，广东 湛江 524001；2.深圳市龙岗区人民医院心血管内科，广东 深圳 518100）

micoRNA与心血管疾病

徐一平1，万新红2，罗玉梅2

（1.广东医学院，广东 湛江 524001；2.深圳市龙岗区人民医院心血管内科，广东 深圳 518100）

micoRNA是一类高度保守的非编码小RNA，通过与靶基因的3'端非编码区域（3'UTR）互补配对后降解micoRNA分子的稳定性和翻译抑制两种方式参与靶基因表达。生物信息学分析表明人类全部基因的1/3的基因都受到micoRNA调控。最新研究表明，micoRNA在心血管病理、生理过程中起了十分重要的调控作用。它参与了心脏发育、心脏重塑、心律失常、血管生成、血管病变等过程。因此，研究micoRNA在心血管疾病的发病过程中的作用机制具有重大的理论及临床意义。

MicoRNA；微小RNAs；心血管疾病

近年来心血管疾病已成为威胁人类健康最主要的疾病，心脏的病理过程常常伴随着调控心脏功能的基因表达谱的改变。最近，micoRNA在心血管系统生理和病理方面的作用被广泛探索及研究。研究表明micoRNA在心肌细胞增殖、凋亡以及疾病的发病机制中发挥着重要作用[1]。

1 MicoRNA的生成和作用机制

micoRNA[2]是一类高度保守的19～25个碱基长度的单链非编码小RNA。它通过与靶mRNA的互补碱基配对，通过抑制翻译和诱导特异性mRNA的降解，从而调控基因的表达。21世纪初，它们才被人类基因组识别以及编码。miRNA基因既可以作为独立的转录单位通过自己的启动子实现转录，也可以借助宿主蛋白编码基因(内含子)实现转录miRNA的生物合成始于RNA聚合酶Ⅱ的转录介导的基因中。一种变长的被称为pri-miRNA的初始转录产物在细胞核中被转录。这种双链的pri-miRNA再被一种大核核糖核酸酶复合物-DROSHA/DGCR8剪切成大约70个核苷酸长度并发夹样二级结构的pri-miRNA。在通过转运蛋白exportin-5运输到胞质后，pri-miRNA被Dicer(另一核糖核酸酶Ⅲ酶)和它的辅因子进一步处理，剪切成约22个核苷酸的长度的短双链miRNA。这种双链的miRNA是由一条成熟的miRNA引导链和一个随从链组成。在解开双链后，引导链被整合入RNA诱导沉默复合物(RISC)，而随从链被含有AGO2的多蛋白复合物和其他相关的蛋白质降解。在RISC中，成熟miRNA的种子区(核苷酸位置2～8)通过与靶mRNA的3-UTR的相互作用参与了基因沉默，从而主要导致靶mRNA的下调。

2 与心血管疾病的关系

2.1 与冠心病的作用 最近的一项研究表明，micoRNA在冠心病患者中显著下调[3]。有趣的是，micoRNA在冠心病患者的血液循环中显著下降，而在心肌肥厚中显著升高。例如：miR-155在冠心病患者血浆中显著下降，而与心肌肥厚的miR-133a、miR-208a在心肌肥厚患者中显著增加等。这表明，micoRNA可能被用作判断冠心病患者的生物标记物。众所周知，血管平滑肌细胞的增殖，对血管起内膜形成有重要作用。micoRNA在血管平滑肌细胞增殖中的重要作用已经被广泛研究，micoRNA是血管平滑肌细胞分化和表型转换的决定因素。在大鼠颈动脉球囊损伤实验中，miR-143/145已被显示通过改变细胞结构，从而增强血管平滑肌细胞的增殖。因此，恢复动脉球囊损伤中的miR-145可以抑制新内膜生长，miR-21也与血管平滑肌细胞增殖和血管新生内膜病变的形成相关联，在动脉粥样硬化斑块中有显著上调。研究结果表明[4]miR-21的反义寡核苷酸抑制，通过提高促凋亡蛋白Bcl-2和PTEN(磷酸酶和张力蛋白同源)的水平，减少血管内皮损伤。miR-221/222也是高度表达的micoRNA，但是在血管平滑肌细胞和内皮细胞中有截然相反的影响。虽然miR-221/222参与血管平滑肌细胞增殖和迁移，但是它们在内皮细胞中却有截然相反的抗迁移性。CDKN1B(p27Kip1的编码，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1B)，CDKN1C(编码p57kip2蛋白，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1C)和原癌基因c-Kit是miR-221/222在血管平滑肌细胞和内皮细胞的靶基因。然而，基因p27Kip1的和p57kip2蛋白虽然在血管平滑肌细胞高度表达，但在内皮细胞却没有。与之相反，c-Kit在内皮细胞高度表达，但在血管平滑肌细胞却没有。这些靶基因对细胞的影响也是截然不同的。p27Kip1的和p57kip2蛋白在血管平滑肌细胞和内皮细胞显示出抗增殖作用。与之相反，C-Kit在这些血管细胞表现出促增殖特性。因此，在血管平滑肌细胞miR-221/222通过瞄准CDKN1B和CDKN1C实现增殖和促迁移的功能。与之相反，在内皮细胞，miR-221/222通过瞄准c-Kit和转录5A实现抗迁移功能。miR-221/222的这种截然相反的作用，增加新内膜生长，并减少再内皮化在球囊的损伤，已在实验中被证实。miR-126是另一种可能发挥心脏保护作用的micoRNA。研究表明在凋亡小体中富集的miR-126具有调节内皮凋亡小体从而阻止动脉粥样硬化的功能。miR-126在内皮细胞凋亡小体通过定位RGS16(G-蛋白16的调节器)通过CXCR4(CXC受体4)诱导的趋化因子CXCL12表达。在动脉损伤的情况下，CXCL12通过趋化因子CXCR4，参与祖细胞[Sca-1的存在(干细胞抗原-1)和缺乏的血统标志物]延缓骨髓受损组织的凋亡过程。研究结果表明[5]，miR-126中的凋亡小体可防止因食物诱导而引起的颈动脉粥样硬化。大量研究表明micoRNA-195参与了心脏重塑的病理过程[6]。为研究micoRNA与心脏病变的关系，通过腺病毒质粒转染技术发现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。研究表明造成心肌蛋白的减少，从而造成心脏的扩张[7]。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，促进病变体的发展。

2.2 与血管炎关系 内皮细胞活化和血管炎症被认为是动脉粥样硬化病变的发展和心血管疾病的第一步。研究表明，促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，增加内皮细胞招募炎症部位的单核细胞的粘附分子的作用[8]。粘附分子的表达主要被核因子κB(NF-κB)通过信号通路调节。TNF-α活化内皮细胞，减少了miR-181b的表达。这项研究表明，无论是在体外和体内中，miR-181b的粘附分子如VCAM-1(血管粘附分子-1)都高度表达[9]。miR-181b的类似物可减少内皮细胞的活性和白细胞中脂多糖水平，并引起诱导性肺损伤。miR-181b通过锁定importin-α3抑制NF-κB核转。miR-181b在TNF-α诱导的粘附分子表达中的抑制效果通过抑制NF-κB核转运。事实上，在内皮细胞中高度表达的miR-126可抑制VCAM-1在内皮细胞的表达并减少结合到TNF-α激活的内皮细胞的白细胞。miR-195能显著减少白细胞介素IL-1β，IL-6和IL-8在大鼠血管平滑肌细胞中的合成。炎症诱导动脉粥样硬化还涉及后天性性免疫系统(T-淋巴细胞)和先天免疫系统(巨噬细胞和树突状细胞)的组件。研究表明，micoRNA，通过在活化的B细胞、T细胞、巨噬细胞、树突状细的miRNA的依赖性调节器的表达，参与血管炎症和动脉粥样硬化的控制[10]。例如，miR-155、miR-146a和miR-29a在冠状动脉疾病患者中表达增加，miR-125a则减少了炎性细胞因子如来自oxLDL刺激的单核细胞衍生的巨噬细胞IL-2、IL-6和TNF-α的分泌。在上述的micoRNA中，先前的研究已经表明[11]，miR-15作为一种典型的多功能micoRNA，在免疫，炎症和心血管疾病的起着举足轻重的作用。miR-155参与了预防动脉粥样硬化病变的发展和恶化，并在大鼠动脉粥样硬化模型中显著上调。miR-155的抗动脉粥样硬化的一种主要机制可能涉及一种能抑制炎症的促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶10(MAP3K10)。在给apoE大鼠饲喂高脂肪的饮食的3～10个月，miR-155也被证明是上调的。研究发现miR-155在动脉粥样硬化斑块中是来自巨噬细胞和平滑肌细胞[12]。同时研究还发现，通过LPS和IFN-γ(干扰素γ)的刺激，极化大鼠骨髓巨噬细胞的促炎症M1型巨噬细胞可诱导miR-155的表达。miR-223调节祖细胞增殖以及炎症过程中中性粒细胞的分化和活化。miR-223最近发现具有调节巨噬细胞极化的能力。在用IL-4处理的诱发抗炎M2骨髓来源的巨噬细胞中，miR-223显着升高，而在用LPS处理的诱发M1巨噬细胞中，miR-223的轻微下降。虽然miR-223最初仅被认为是骨髓细胞中调节单核细胞和巨噬细胞的炎症基因，但现在报道证实miR-223在非髓系细胞，如心肌细胞、肝细胞和内皮细胞中均表达[13]。在后缺血/再灌注损伤小鼠实验中，miR-223在肝中的水平有了显著增加。miR-223报道被用于防止饮食诱导的脂肪组织的炎症反应。

2.3 与高血压的作用 患有系统性高血压的患者具有更高的心血管疾病和心脏衰竭的发病率。几种机制参与了高血压的发病机制，包括血管张力增加、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的过度活化、血管内皮功能障碍、血管平滑肌细胞和心肌肥厚和交感神经系统活性增加。所有这些都是导致心血管疾病的危险因素[14]。而micoRNA已被证实参与了这些进程。miR-143和miR-145的表达可减少急性和慢性的血管压力。血管中缺乏miR-143和miR-145，可导致血管舒张功能受损，以及降低血管中膜厚度。缺少这些micoRNA的小鼠由于肌动蛋白应力纤维混乱和血管平滑肌细胞沉积，引起血管损伤，导致新生内膜形成。事实上，所述miR-143和miR-145簇在血管分化和血管重构具有重要作用[15]。因为miR-143/miR-145簇主要表达在血管平滑肌细胞隔室，无论是在先天还是后天，miR-143和miR-145表达的缺失导致血管平滑肌细胞的不完全分化，导致主动脉的重构。micoRNA在心脏中高度表达，miR-21在小鼠心肌肥厚被证明显著上调，并且在急性心肌梗死和血管新生内膜病变中异常增加。miR-21中的188 Ç1参与了心肌肥厚，重塑和纤维化引起的压力负载。在小鼠左心室压力负载的模型中，使用一种特定的miR-21拮抗剂能降低心肌细胞外信号调节激酶(ERK)/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的活性，并减弱心脏肥大、纤维化和心功能不全。但是miR-21在心脏纤维化和肥大的参与似乎更复杂。研究表明，在小鼠中靶向的删除miR-21，或抑制带8-mer LNAs的miR-21，不足以改善纤维化病变或肥大导致的心脏应激刺激[16]。miR-208A是一种依赖心脏肥大增长的特异性的micoRNA。目前已被证实miR-208a转基因过度表达会导致小鼠的心脏肥大性生长。另一方面，在高血压大鼠模型中，以LNA为基础的治疗通过抑制miR-208a改善心脏存活和功能，可防止心脏重塑中高血压引起的心脏衰竭[17]。

2.4 心肌梗死和心脏衰竭 心肌梗死可导致冠状动脉闭塞并伴随着心脏重构的形成。这个重构过程涉及纤维组织形成和细胞外基质沉积。这些过程是由心脏成纤维细胞介导的。micoRNA被发现在后发性心肌梗死中引起的心肌重塑发挥潜在作用。其中，miR-29家族被发现在小鼠后发性心肌梗死引起的左冠状动脉闭形成的纤维组织区域显著下调。miR-29的下调会导致与之相关联的各种胶原和细胞外基质蛋白质的基因[18]，如原纤蛋白1、Ⅰ型胶原蛋白、α1、α2和Ⅲ型胶原蛋白α1上调。miR-199B在心肌肥厚动物模型的心脏中的上调被证明在心脏衰竭和心脏肥大中扮演了重要作用[19]。参与心脏衰竭的一个重要的细胞内信号转导途径是亲肥厚性磷酸酶钙调磷酸酶的激活和其下游效应子的转录活化T细胞的核因子(NFAT)。miR-199B通过主动下调的直接靶基因DYRK1A的[双特异性酪氨酸(Y)的磷酸化调节激酶1A]，促进钙/NFAT介导的心肌肥大。miR-199B促进钙/NFAT介导的心肌肥大通过主动下调的直接靶基因DYRK1A的[双特异性酪氨酸(Y)的磷酸化调节激酶1A]。在活体内注射miR-199B拮抗剂(特异性针对的miR-199B经化学修饰的反义寡核苷酸)，使其受到经受横向主动脉缩窄压力超载，从而预防小鼠心脏疾病的发展。miR-499是一种在心脏丰富存在的miRNA，它的下调引起心肌细胞的缺氧和缺血。研究表明，在缺血/再灌注损伤中，miR-499转基因小鼠的心脏与对照组相比，表现出较少的细胞凋亡并且减少梗死面积[20]。miR499的心脏保护特性来源于这种可以防止心肌细胞凋亡靶向α和β亚型磷酸酶。钙调磷酸酶是一种丝氨酸和苏氨酸蛋白磷酸酶，去磷酸化后可导致它们的激活和失活。另一方面，极低的miR-499使用胆固醇修饰的拮抗剂(胆固醇部分被修饰的反义寡核苷酸)会导致心肌细胞凋亡，并增加了梗塞的面积。

3 展望

人类在生命活动过程中，micoRNA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，细胞的增殖、凋亡是心室重构与心血管疾病发生重要的病理生理机制有着密切关系[21-22]。研究MicroRNA在心血管疾病中的作用及机制，寻找micoRNA的靶基因，评价治疗因子稳定性及增强治疗因子效果仍是microRNA研究领域面临的主要问题。随着对micoRNA了解的不断深入，以miRNA为靶点设计药物，进行心脏疾病靶向治疗，将为心血管疾病患者带来新的希望。目前miRNA-195、bcl-2、bax对于高血压病理状态下心血管重构均有着密切的关系，直接影响到心血管事件的发生及死亡。由此可预测血管紧张素Ⅱ、bcl-2、bax可能为miRNA-195参与心血管重构的靶基因，但micoRNA-195在调节上述因子表达的作用机制尚不清楚，micoRNA-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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MicoRNA and cardiovascular disease.

XU Yi-ping1,WAN Xin-hong2,LUO Yu-mei2.1.Guangdong Medical College, Zhanjiang 524001,Guangdong,CHINA;2.Department of Cardiovascular Medicine,People's Hospital of Longgang District of Shenzhen,Shenzhen 518100,Guangdong,CHINA

MicoRNAs are a class of small non-coding RNAs with highly conserved sequence which mediate repression or degradation of protein expression through matching with the 3'UTR of target genes.Bioinformatics analysis indicated that about one-third of human genes were controlled by micoRNAs.Recent studies have demonstrated that micoRNAs play a crucial role in the regulation of cardiovascular physiology and pathological process.MicoRNAs also participate in the process of heart development,cardiac remodeling,arrhythmia,angiogenesis and vasculopathy.Therefore it is of great theoretical and clinical significance to study the mechanism of micoRNAs in cardiovascular diseases．

MicoRNA;MicroRNAs;Cardiovascular diseases

R54

A

1003—6350（2015）08—1173—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0419

2014-09-24)

徐一平。E-mail：286636349@qq.com