微小核糖核酸在心肌梗死后的作用及机制研究进展

张 芸，鸿嘎鲁，席建军

微小核糖核酸(microRNAs，miRNAs)是一类基因编码长度约22个核苷酸的非编码单链核糖核酸分子，参与调控转录后基因表达。通过与目的基因翻译结合抑制靶基因，从而调控蛋白质的表达，调节生理稳态，并参与包括心脏病、肌营养不良、糖尿病等多种疾病的发生和调节。目前miRNAs已成为分子生物学研究热点，通过对13个物种的检测发现14 197种 miRNAs前体，可修饰成熟 miRNAs的15 632种。随着miRNAs与缺血性心肌病的关系研究逐渐深入，作为一种常见的缺血性心脏病，心肌梗死后miRNA与心肌损伤、心肌保护及修复的作用及其机制成为研究热点。本文将对该领域的研究进展进行综述。

1 miRNAs的生物形成和功能

miRNA是一种内源性非编码RNA，长约22个核苷酸，通过识别靶向mRNA通过与特定信使核糖核酸(mRNA)结合，调节蛋白质的翻译过程，参与多种重要的生物进程［1］。初级miRNAs一般长度约为1000个核苷酸，在基因组中RNA聚合酶转录出来，在Drosha-DGCR8复合体的作用下被切割成60～70个核苷酸的单链miRNAs前体。随后被Dicer样内切酶切割形成18～25个核苷酸的双链miRNA，即成熟miRNAs。成熟的miRNAs通过与靶 mRNA 3＇UTR的碱基配对阻抑翻译。配对部分互补仅导致阻抑翻译而不影响其稳定性，但如果完全互补，mRNA则可被类似小干扰 RNA的机制所降解［2］。另有研究发现也有miRNAs结合位点在5＇UTR，但尚不清楚其具体调控机制［3］。由于miRNAs广泛参与个体发育的调控、细胞分化和组织发育以及基因调控，且存在同一个miRNAs调控多个靶基因，和同个靶基因受多个miRNA调控的情况，因此目前只有少数miRNAs的功能被初步阐明。以往研究表明，miRNAs广泛参与生长发育、肿瘤发生、细胞增殖与凋亡、造血器官形成等生物学过程。最近另有研究证实，miRNAs不但参与心脏发育、心脏机械重构和心脏电重构等过程，并在调节血管重构方面发挥重要作用，参与多种心血管疾病的病理过程［4-5］。

2 miRNAs与心肌梗死后心肌纤维化和心肌重构

心肌梗死发生后，由于冠状动脉闭塞，出现心肌细胞损伤坏死，不同区域的心肌细胞广泛出现细胞肥大、细胞凋亡及纤维化，这一过程是动态变化的。单次或多次心肌梗死导致的心脏收缩功能降低和负性重构等情况，最终将导致心力衰竭。细胞外基质纤维化在此过程中是一个主要的决定因素。同时纤维细胞转变为肌纤维母细胞并分泌细胞外基质，加速了细胞外基质纤维化的进程。细胞外基质纤维化主要导致心肌舒张功能下降同时心肌僵硬度增加，并且对心脏的传导系统产生不良影响，进而诱发心律失常。已发现多种miRNA在心肌细胞纤维化过程中发挥着不同的作用。目前研究显示，miRNA-34a在心肌纤维化过程中起着至关重要的作用，为心肌纤维化的预防和治疗提供新的研究方向［6］。Wang等［7］研究发现，稳定型冠心病发病12 h内的急性心肌梗死患者，血浆miRNA-208a含量显著升高。提示miRNA-208存在于心肌组织的同时会在特定条件下释放入血，使之有望成为早期反映心肌损伤纤维化的重要指标。Melo等［8］研究发现，心肌梗死边缘带 miRNA-21、miRNA-214和 miRNA-223表达增加，同时miRNA-29b与miRNA-143表达减弱。研究还发现细胞间质纤维组织中miRNA-21表达也明显增加，同时抑制miRNA-21的表达可显著抑制心肌间质纤维化，改善心功能。另有研究显示，心肌成纤维细胞miRNA-21作用的直接靶点是同源性磷酸酶张力蛋白(phosphatase and tensin homolog，PTEN)［9］，在应答各种形式心脏张力的试验中，miRNA-21是上调最明显的 miRNAs［10］。有研究显示，在大鼠心肌梗死区域miRNA-29表达被严重抑制，miRNA-29家族主要集中于心肌成纤维细胞，编码包括多重胶、原纤维素、弹性蛋白的多种细胞外基质蛋白，参与心肌纤维化过程［8］。因此，上调miRNA-29或许可以为治疗心肌梗死提供新的方法。

心肌梗死后心肌组织愈合过程中，心肌细胞的肥大、凋亡和纤维化发生在不同区域，同时累及心肌外胶原组织和血管床，进而导致心肌重构，这一过程是动态变化的，多种miRNA发挥着不同的作用［7］。在心肌重构过程中miRNA-21和miRNA-29同样发挥重要的调节作用。Duan等［11］研究发现，心肌梗死发生后在梗死区的心肌成纤维细胞内miRNA-21表达增高，且证实miRNA-21的靶基因定位于磷酸酶与张力蛋白同源物。miRNA-21通过下调PTEN基因使基质金属蛋白酶-2表达增加，从而参与心肌重构［12］。研究同时显示上调miRNA-29的表达可作为防止心肌纤维化、改善心肌重构的治疗手段。Bostjancic等［13］通过对比心肌梗死患者和健康人研究发现，miRNA-133a/b在心肌梗死患者的梗死区及梗死边缘区表达均下调，同时对比梗死边缘区、梗死组织和健康心肌内的miRNA-1发现，miRNA-1在梗死边缘区的表达显著上调，这两种miRNAs表达失衡影响心脏结构重构的同时也对心脏的电重构产生影响，增加心律失常发生风险。此外，miRNA-15b、miRNA-199、miRNA-214、miRNA-150 也参与了心肌重构的过程。

3 miRNAs与心肌损伤及保护

在心肌梗死后心肌损伤及心肌保护的过程中，有多种miRNA通过不同途径参与其中。其功能和作用机制已成为目前的研究热点。有研究证实，在缺血再灌注动物模型中，miRNA-320作用于热休克蛋白，miRNA-320的高表达可以下调其靶基因热休克蛋白20表达，导致心肌细胞坏死和凋亡数量增加，扩大了心肌梗死范围［14］。同时证实，心肌在缺血再灌注损伤后，miRNA-320下调也是心肌细胞的一种重要的内源性自我保护机制。Shan等［15］研究发现，大鼠心肌梗死后心肌细胞内miRNA-1和miRNA-206表达显著上调，从而抑制了靶基因类胰岛素生长因子1的表达，同时半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3活性增加，诱导心肌细胞凋亡。另有研究显示，心肌梗死患者血浆中miRNA-1的表达浓度可作为早期急性心肌梗死的诊断指标［16］。

在心肌梗死后的心肌保护过程中，miRNA主要通过调控内皮细胞、内皮祖细胞和促血管生长因子的功能参与心肌保护修复过程。目前有多项研究关注于miRNA-21对心肌保护作用。有研究显示，在缺血预适应中诱导表达上调miRNA-21对心肌的保护作用同缺血预适应延迟的心肌保护作用相似［17］。另外缺血预适应使miRNA-21的表达显著上调，使靶基因程序性细胞死亡因子4下调，抑制转录因子活化蛋白1，从而抑制心肌凋亡。也有研究结果表明，miRNA-150作为炎性细胞因子而产生，同时起到关键调节作用，在抗急性心肌损伤过程中起保护作用［18］。

4 miRNAs与血管形成

心肌梗死后的侧支循环建立是对抗心肌缺血的主要机制之一。侧支血管包括成熟的侧支血管和新发微血管两种。成熟的侧支血管源于先前基本通路的成熟与扩大，新发微血管为新生血管。miRNA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新血管的形成，修复局部缺血组织［19］。通过心肌梗死大鼠模型实验研究发现，miRNA-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［20-21］。另有研究显示，通过抑制miRNA-92a的表达，心肌梗死后的血管数量可以显著增加，梗死范围缩小，改善左心室收缩和舒张功能［22］。临床资料显示，冠心病患者外周血内皮祖细胞中miRNA-221/222表达明显高于正常对照组，miRNA-221/222的表达和内皮祖细胞数量呈负相关，此研究提示miRNA-221/222可能参与调节冠心病患者血管内皮损伤与血管新生的过程［23］。此外也有体外研究显示，miRNA-92a、miRNA-27b、miRNA-130 等也参与了调控血管再生［22］。在心肌梗死后miRNA在体内和病理生理状态在缺血性心肌损伤、心肌保护修复方面的作用及机制仍有待更深入研究。

5 miRNAs与介入治疗后血管再狭窄

经皮冠状动脉介入干预目前已成为治疗包括心肌梗死在内的缺血性心肌病的主要措施之一。但是，介入治疗后再狭窄等诸多问题仍未得到彻底解决。就目前的治疗手段而言，单纯球囊扩张术或支架置入手术，均可能对血管壁造成不同程度的损伤，同时被扩张血管的中层平滑肌弹性回缩迁移至内膜，并分裂增殖导致内膜增生，这都成为再狭窄发生的重要原因。在探讨miRNAs与血管损伤关系的研究中，通过大鼠颈动脉球囊损伤模型，在损伤部位检测出多种miRNAs表达失调，其中miRNA-21呈过表达，同时通过反义寡核苷酸介导miRNA-21缺失，可抑制血管平滑肌细胞分裂增殖，减少新生内膜增生［24］。在心肌缺血再灌注的研究中发现，miRNA-21的抑制因子2＇Ome-miRNA-21具有减少其分裂增殖并促进其凋亡的作用［25］。另有研究提示，miRNA-21作用的靶基因是抑癌基因PTEN与癌基因Bcl-2，miRNA-21过表达在降低PTEN表达的同时增加Bcl-2的表达，两者的表达失衡可增加介入治疗后再狭窄发生风险［26］。

6 miRNAs与心肌梗死的诊断及治疗

目前有独立的试验研究表明，急性心肌梗死患者血清中 miRNA-208b、miRNA-499及 miRNA-1含量均比健康人群显著升高［27］，进一步证明了心肌梗死患者外周血中miRNA含量与并发疾病、年龄、性别、体重指数、肾功能、收缩期血压均无关。基于以上研究，考虑到miRNA在外周血中含量丰富，容易检测，且表达相对稳定等特点，同时易被患者接受、无创、经济及特异性强。具备疾病诊断标志物的特征，因此检测外周血中miRNA或许可以成为临床诊断急性心肌梗死的分子手段。

目前心肌再生治疗成为心肌梗死终末期心力衰竭患者保持心脏功能与改善预后的理想选择。已有研究提示，应用干细胞移植的方式可以促进心肌再生，显著改善心肌梗死终末期心力衰竭患者的心功能与临床预后［28-29］。miRNAs在调节干细胞向心肌细胞分化增殖的过程中确实起到一定的作用。Ivey等［30］研究显示，在小鼠实验中，在由多功能胚胎干细胞发育成的胚胎心肌细胞中miRNA-1与miRNA-133呈现高表达，miRNA-1通过下调结点配体Dll-1的作用，实现抑制干细胞向内胚层与外胚层分化，从而增加中胚层基因的表达。另有研究亦显示，在小鼠胚胎干细胞自发分化中miRNA-1与miRNA-133表达增加，两者的过表达可诱导心脏特异性基因NKx2．5 的表达，参与心肌再生［31］。Sluijter等［32］研究提示，miRNA-1与miRNA-499可能通过抑制组蛋白脱乙酰基酶4与Sox6实现在体外培养胎儿心肌祖细胞的过程中使之能有效的向心肌细胞分化。同时在分化的心肌细胞中miRNA-1与miRNA-499表达明显上调。通过瞬间转染miRNA-1和miRNA-499至胎儿心肌祖细胞，可使其分化率分别增加25%和15%。目前人类和动物实验都显示miRNAs在干细胞向心肌细胞分化增殖的过程中确实起到一定的调节作用。这也为以miRNAs为基础的治疗方法的进一步研究提供了依据，使之有望成为促进心肌再生，改善包括心肌梗死在内的缺血性心肌病患者预后的一项新举措。

总之，miRNAs广泛参与了心肌梗死后一系列的病理生理过程，miRNAs也逐渐成为心血管研究中新的治疗靶点。作为基因药物发展的方向，目前尚有很多需要解决的理论和技术问题，如通过分子生物学技术设计并合成调节miRNAs表达的特殊分子，并准确的送至靶点，同时找到合适的治疗剂量，且避免严重的不良反应等。虽然目前许多miRNAs的靶分子尚不清楚，很多异常表达的miRNAs的作用机制也尚未可知，但随着研究的逐步深入，可以期待未来miRNAs的靶向治疗将在治疗包括心肌梗死在内的多种心血管疾病中发挥更大作用。

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