微小RNA与肺动脉高压

廖颖 李卫国 方勇 陈丽玲 陈开红

微小RNA与肺动脉高压

廖颖 李卫国 方勇 陈丽玲 陈开红★

肺动脉高压（PAH）是一类以肺循环阻力增高为主要特征、最终导致右心功能不全、乃至死亡的慢性肺疾病，其病因复杂，预后差。微小RNA（miRNA）是一种内源性的非编码RNA，与PAH的发生、发展密切相关，可能是潜在的药物治疗靶点。本文主要对miRNA在PAH慢性缺氧、骨形成蛋白II型受体（BMPR2）、apelin-APJ、以及右心功能不全等方面的研究进展进行综述，为探索PAH的发病机制、诊疗研究提供新的方向和思路。

微小RNA；肺动脉高压；发病机制

［KEY WORDS］MicroRNA；Pulmonary artery hypertension；Pathogenesis

肺动脉高压 （pulmonary artery hypertension，PAH）是一种临床常见病症，病因复杂，其肺内血管重构，肺循环阻力随之增加，右心负荷过重，最终出现右心功能不全，乃至死亡。其诊断标准为患者静息状态下，心导管测定肺动脉平均压（mPAP）＞25 mmHg，或运动状态下mPAP＞30 mmHg。PAH的症状隐匿，早期确诊困难，患者预后较差，而药物治疗价格昂贵且效果不确切。因此如何早期诊断及干预治疗PAH是当前研究的热点及难点［1］。

微小RNA（microRNA，miRNA）是一种内源性的小核苷酸片段，它可以通过促进mRNA的降解或抑制mRNA的翻译对其靶基因的表达发挥调控作用，具有调控细胞分化、增殖、凋亡的功能。而PAH是血管增殖性疾病，miRNA与PAH的发病机制密切相关［2，3］。本文就miRNA与PAH发病机制之间关系简要综述如下。

1 miRNA概述

miRNA是一类长度为21～25个核糖核苷酸的非编码小单链RNAs分子［2］。它们通过碱基互补或部分碱基互补与目标RNA结合，降解后者或抑制后者的翻译，在转录后水平调节基因表达。在细胞核内，编码miRNA的基因首先转录成初级 RNA （pri-miRNA），后者在细胞核内经RNAseⅢ酶Drosha和其协同物DGCR8/Pasha作用下，被剪切为具有发夹型结构的前体RNA（premiRNA）。胞核处理步骤完成后，茎环结构的premiRNA由转运蛋白5（exportin 5）从细胞核输出，进入胞质后由Dicer酶进一步处理，生成具有功能的双链成熟miRNA。双链成熟miRNA的一条链会被降解，另外一条5′端热稳定性较差的RNA、Dicer和其他相关蛋白质形成 RNA诱导沉默复合物 （RNA-induced silencing complex，RISC）调控基因转录后的翻译过程。同一个miRNA可调控多个靶基因，而同一个靶基因也受多个miRNA的调控［3］。

大多数miRNA具有高度保守性、时序性和组织特异性等特点。内源性循环miRNA分子不以游离形式存在，常与蛋白质等结合而存在，具有良好的抗降解能力，有较高的稳定性，甚至可以在室温放置24小时后反复冻融8次而保持数量稳定［4］。miRNA在多种生理和病理过程中发挥作用，在细胞分化、生长、增殖及凋亡中起着重要的调节作用。研究显示，miRNA在肺血管系统高度表达，如miR-21、miR-204、miR-17等。这些miRNA与PAH发病机制关系密切，可作为诊断PAH的新型标志物以及治疗靶点［3］。

2 miRNA与PAH发病机制的关系

PAH是一种致命性的疾病，病因复杂涉及多种因素。目前认为其主要过程是肺动脉内皮细胞和肺动脉平滑肌细胞过度增殖，进而肺血管阻力增加、血管收缩，最终导致肺血管结构发生改变。目前已经证实，慢性低氧、骨形成蛋白Ⅱ型受体 （bone morphogenetic protein receptor typeⅡ，BMPR2）、以及apelin-APJ等信号通路等参与PAH的发展过程。而miRNA在PAH、右心功能不全中高度表达，参与PAH的多种致病机制，可能是PAH的细胞和分子基础［5，6］。

2.1 miRNA与慢性缺氧

慢性缺氧是肺动脉高压的病因之一。慢性缺氧可促进肺动脉平滑肌细胞过度增殖，从而引起血管重构，促使肺动脉压力升高。Mizuno［7］等已证实，在慢性缺氧的条件下，与野生型小鼠相比，P53敲除小鼠miR-34a表达量下降，最终导致更易进展为严重的PAH。该研究表明，缺氧-P53-miR-34a可能在缺氧肺动脉重构中起作用。有研究证实，miR-145参与PAH病理生理过程，在缺氧小鼠中表达量升高［8］。此外，在miR-145敲除小鼠及经miR-145拮抗剂治疗后，PAH进程可大大延缓。研究者还发现，在家族性PAH和特发性PAH患者中，miR-145表达量升高，且多表达在肺动脉平滑肌细胞中。最近研究证实，miR-190在缺氧大鼠肺动脉平滑肌细胞表达量升高，并通过Kcnq5 mRNA（电压门控K通道家族成员），促进钙内流，导致血管收缩［9］。

缺氧诱导因子1α（hypoxia-induced factor-1α，HIF-1α）是在缺氧条件下发挥重要作用的特异性转录因子，通过影响缺氧性肺血管收缩，肺血管重建，炎症发生以及细胞凋亡等过程，参与缺氧性PAH的形成。多项研究证实，miRNA通过HIF-1α通路作用于PAH的致病机制中。miR-210可通过HIF-1α，作用于转录因子E2F3，抑制肺动脉平滑肌细胞凋亡［10］。Yue［11］等学者证实，miR-206在缺氧-PAH的肺动脉平滑肌细胞中表达下调，通过HIF-1α/Fhl-1-1通路，促进PAH进程。Shan［12］等人证实，miR-9也可通过HIF-1α途径作用于肺动脉平滑肌细胞。因此，在缺氧相关性肺动脉重构中，多种miR可通过HIF-1α通路作用于肺动脉平滑肌细胞，共同参与PAH的形成。

2.2 miRNA与BMPR2通路

近年研究发现BMPR2基因突变可以影响肺血管细胞的增殖与凋亡，是家族性PAH和特发性PAH的重要致病基因。BMPR2基因属于TGF-β受体超家族成员，其配体为骨形成蛋白（bone morphogenetic protein， BMP）。Brock［13］等人在BMPR2基因3′UTR区域发现了miR-17/92的结合位点。为了阐明miR-17/92在肺血管重构中的作用机制，研究者在肺动脉内皮细胞中加入IL-6（IL-6是一种影响miRNA表达的细胞因子，并且和 PAH炎症反应相关），结果导致 miR-17/92表达上调，BMPR2蛋白表达下调，并证实这些现象和激活信号转导和转录激活因子 3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）相关。研究者推测IL-6-STAT3-miR-17/92-BMPR2 是 PAH机制之一。MiR-20a和miR-17都属于miR-17/92簇成员，同时它们也可调节BMPR2表达量。在慢性缺氧-PAH小鼠模型中，加入miR-20a拮抗剂21天后，经检测发现BMPR2表达量较前上调，同时观察到肺血管闭塞及右室肥厚程度较前缓解［14］。另外，加入miR-17拮抗物可明显降低右室收缩期压力和总肺血管阻力指数，增加肺动脉血流加速时间、控制心输出量，延缓肺血管重建，改善心肺功能［15］。

此外，BMPR2下游介质SMAD9基因（smad8蛋白）突变和家族性PAH有关系。Drake［16］等人证实SMAD9基因可通过非经典BMP信号途径，增加miRNA表达。如该基因突变后则完全抑制了miR-21和miR-27a的表达。miR-21和miR-27a有抗增殖作用，上述miRNA表达减少将导致血管过度增生，促进PAH的发生。

2.3 miRNA与Apelin-APJ

Apelin是近年来新发现的小分子活性多肽.其受体为孤儿G蛋白偶联受体一血管紧张素受体AT-1相关的受体蛋白 （putative receptor protein related to theangiotensin receptorAT-1，APJ）。Apelin-APJ在肺组织高表达，具有调节循环稳态、抗炎、调节免疫、促内皮增殖及抗氧化损伤等功能。因此，推测Apelin-APJ系统在调节肺循环系统稳态方面可能具有某种特殊的生理与病理意义。Apelin-APJ表达异常，通常加速PAH进程［17］。研究证实，miR-424及miR503参与Apelin信号通路。这两种miRNA直接作用于FGF2和FGFR1，促进PAH发生。这些miRNA在患者PAH的肺动脉内皮细胞中表达下降，而促进其表达可缓解疾病的严重程度［18］。该研究提示，Apelin-APJ-miR-424/503信号途径可能成为PAH药物治疗的新靶点。

2.4 miRNA与右心功能不全

PAH最终将进展为右心肥厚以及右心功能不全。目前miRNA的研究多关注左心室，对右心室的研究较少。大多数miRNA在左右心室表达类似，但miR-34a、miR-28、miR-148a、miR-93在右心肥厚/右心功能不全中表达上升，而在左心肥厚/左心功能不全模型中则表达减少或不变［19］。Reddy等研究发现，在肺动脉缩窄小鼠模型中，2天时出现代偿性右心肥厚，miRNA表达无显著改变。4天时出现失代偿性右心肥厚，但无心功能不全表现。此时32种miRNA表达异常：8种上调，24种下调。10天以后则出现右心功能不全。此时49种miRNA表达异常：14种上调，35种下调。值得注意的是，4天以及10天里表达异常的miRNA有21种重叠：5种上调，16种下调。另外，各miRNA表达量发生改变的时间也不一致［19］。在另一个右心肥厚及右心功能不全的实验中发现，miR133只在右心功能不全时表达下降，在右心肥厚时表达不变［20］。因此，研究miRNA谱不仅可以区分右心肥厚和右心功能不全，预防前者向后者的转变，而且可能为右心功能不全患者提供新的治疗思路。

3 miRNA作为PAH的诊断标志物

目前，PAH早期诊断困难，如何开发敏感度高，特异性强的早期生物标志物一直是研究的瓶颈。近年来，有学者发现循环miRNA与PAH发生发展相关，因此可筛选一批相关的特异性miRNA作为诊断PAH的标志物，以弥补目前诊断手段的不足。如miR-26a、miR-29c、miR-34b和miR-451 在PAH患者表达下降，而miR-21、 miR-130a、miR-133b、miR-204、miR-208b和 miR-191在血浆中表达上升［21］。另外，miR150在PAH患者中表达下调，低水平表达的miR-150与PAH患者的低生存率有直接关系［22］。上述均提示，miRNA可能作为诊断PAH新型生物学标志物。但目前该领域研究仍较少，缺乏大规模临床实验以及和传统的诊断方法相比较的研究数据。

4 miRNA作为PAH的治疗靶点

在PAH患者中某些miRNA表达量出现异常，因此，人们猜想恢复miRNA原有的表达量或许对治疗起一定作用。如前文所述，加入MiR-20a拮抗剂后，肺血管闭塞及右室肥厚程度可得到缓解［14］。就目前研究水平而言，尚需重点解决两个问题。第一，用于治疗的miRNA具有特异性，只作用于特定的血管细胞，如肺动脉内皮细胞、肺动脉平滑肌细胞等，并不作用于其他细胞及器官；miRNA的剂量问题。目前的研究仍停留在细胞水平加入miRNA类似物或拮抗剂，观察各通路、途径的表达变化，以推测各种miRNA的治疗作用。如要推广到大规模临床应用，尚需一定的时间。

5 总结

miRNA的研究为PAH开辟了新的道路，为临床医生提供了更多检测手段，可能为新药的研制带来新的启示。目前仅有数十个miRNAs的生物学功能进行了初步分析，还有大量miRNAs的靶基因和调控蛋白需要深入研究［2-3，5-6］。有关miRNA 与PAH的研究还处于起步阶段，多数结果源于体外研究或动物实验，miRNA在PAH发病机制中的作用及在临床患者肺组织或血浆中表达水平的变化还还有待进一步确证。

以miRNA为靶点设计新的药物，将为PAH的治疗打开新的篇章。但在miRNA的诊断与治疗领域中我们仍需面对很多问题，如miRNA本身表达是否存在个体差异？抑制了某个miRNA对肺血管的重构作用，是否会对其他系统造成影响？这些问题都等待着我们更深入探讨、研究。相信在不久的将来，miRNA生物标志物将会逐渐运用到PAH临床诊断中，而miRNA也将会发展成为更有效的靶向治疗手段。

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MicroRNA and pulmonary arterial hypertension

LIAO Ying，LI Weiguo，FANG Yong，CHEN Liling，CHEN Kaihong★
（Department of Cardiology，the Affiliated Longyan First Hospital of Fujian Medical University，Longyan，Fujian，China，364000）

Pulmonary artery hypertension（PAH）is a progressive pulmonary vascular disease with complex etiology and poor prognosis that manifested by a maladaptive elevation of pulmonary vascular resistance and pulmonary arterial pressure，which may consequently lead to right heart failure and eventual death.MicroRNAs（miRNAs）are a class of small non-coding RNAs that regulate gene expression.They are closely related to the occurrence and progress of PAH，and may play a possible role of potential therapeutic targets.Here we present an overview on recent research progress of miRNAs involvement in multiple aspects of PAH including chronic hypoxia，bone morphogenetic protein receptor typeⅡ （BMPR2），apelin-APJ and right ventricular failure，which may provide a new idea for the study of pathogenesis，diagnosis and treatment for PAH.

福建省龙岩市科技项目（2012LY73）

福建医科大学附属龙岩市第一医院心内科，福建，龙岩364000

陈开红，E-mail：chenkaihong@medmail.com.cn，wingjays@163.com