microRNA在心肌缺血再灌注损伤机制中的研究进展*

汪丽娜，叶华山

(1.湖北科技学院药学院，湖北 咸宁 437000；2.湖北科技学院生物医学工程学院)



microRNA在心肌缺血再灌注损伤机制中的研究进展*

汪丽娜1，叶华山2**

(1.湖北科技学院药学院，湖北 咸宁 437000；2.湖北科技学院生物医学工程学院)

关键词：microRNA；心肌缺血再灌注损伤；研究进展

microRNA(miRNA)是一类属于非编码区、内源性、长度较短(约为18～26个核苷酸)的小分子RNA，由前体单链RNA剪切而成，该单链RNA具有发夹环结构，长度为70～80个核苷酸。其功能主要通过作为RNA诱导形成沉默复合体(RISC)，识别miRNA的3′端非编码区，引起该miRNA降解或者翻译抑制，从而负调控该基因，参与多种重要的细胞途径和生理病理过程[1]。随着动脉搭桥术、器官移植等方法治疗心肌缺血性疾病的广泛开展，心肌缺血再灌注损伤(ischemic repefusion injury，IRI)日益成为人们关注的热点。探讨miRNA在心肌缺血再灌注(IR)损伤的发病机制，减轻或预防再灌注损伤的发生，是临床上亟待解决的重要课题[2]。因此，miRNA可为IR中并发症的预测、诊断及治疗提供新的思路，具有潜在的临床应用价值。

1miRNA与心肌缺血

近年关于miRNA的相关研究表明miRNA是心肌缺血的关键调节因子，在心肌梗死、心肌梗死后细胞纤维化、缺血性心律失常、血管重塑等与心肌缺血相关的病理过程中起着重要作用。某些特异miRNA通过参与控制细胞对血管新生刺激因子的反应来实现对血管重塑的调节，已知的血管生成中起重要作用的miRNA主要包括：如miR-21和miR-126等，此类miRNA在血管内皮细胞中高度表达；miR-143和miR-145在血管平滑肌细胞中高度表达，参与平滑肌细胞收缩[3]。与心脏发育有关的miRNAs主要有miR-1和miR-133，过表达的miR-1可使心室细胞增殖受到抑制，而miR-133的过表达则促进细胞增殖。心肌细胞肥大是心脏重塑的主要特征之一，但是心肌肥厚加剧心肌缺血性损伤。无论miR-133或miR-1表达水平上调都会对心肌肥大有抑制作用，对心脏重塑有很大的改善；相反，低表达miR-133就会使心肌肥大加剧[4]。可见，miRNAs在心血管疾病中起着重要的调节作用，对miRNAs进行深入的研究对心血管疾病的治疗有重要意义。

2miRNA在I/R损伤中的机制

2.1miRNA抑制心肌细胞凋亡心肌细胞凋亡是心肌损伤的最重要表现之一，IR后细胞凋亡显著增加，且随缺血及再灌注时间的延长而明显增多，IR损伤越严重，细胞凋亡越多。研究显示，调控心肌细胞凋亡的基因主要由caspase家族蛋白酶，Bcl-2、p21、Fas、p53、热休克蛋白等组成[5]。miRNAs可通过调节HSP60、HSP70、Bcl-2等靶基因促进心肌细胞的凋亡而负性调节心肌缺血损伤。

2.1.1Bcl-2在细胞损伤时Bcl-2阻挡受损DNA翻译成细胞凋亡信号，切断细胞凋亡通路信号阻止细胞凋亡。而与Bcl-2相反，Bax促进细胞凋亡，抑制Bcl-2的功能，也可能通过某种结合破坏线粒体膜的功能，启动细胞凋亡蛋白酶系级联反应，最终使细胞凋亡。Qian等[6]证明当miR-24下调Bcl-2家族成员之一Bim时，可抑制Caspase-3、Caspase-12和Caspase-9表达从而抑制心肌细胞的凋亡。研究[7]发现在I/R损伤时miR-15的表达增加，细胞凋亡速度增加，他们还发现抑制miR-15有利于Bcl-2和Arl-2的表达，有利于心肌梗死后心肌重塑，改善IRI。Kang等[8]经H2S诱导建立IR模型，发现miR-1抑制Bcl-2的表达，使心肌细胞凋亡减少，发挥它的心肌保护作用。2.1.2Caspase家族蛋白酶此为凋亡过程中关键的通路，同时具有半胱氨酸蛋白酶和天冬氨酸氨基位点两大特点。Hu等[9]发现对左冠状动脉结扎的小鼠心脏心肌细胞转染Pre-miR-210后，caspase-3/7的活性降低，明显改善心肌梗死，减少细胞凋亡，增加改善血管生成，明显升高毛细血管密度，左心室功能明显改善。尼古丁抑制细胞内ERK1/2-SRF-miR-133通路，增加caspase-9和caspase-3的表达，与miR-133抑制caspase-9的蛋白翻译过程，同时间接影响caspase-3活性等过程参与细胞凋亡过程[10]。Tian等[11]建立活体大鼠IRI模型，推测miR-133可能是通过抑制caspase-9和影响caspase-3活性来发挥抗细胞凋亡作用的。

2.1.3P53肿瘤抑制基因，改变线粒体中Bcl-2/Bax比例释放细胞色素C，使caspase-9蛋白激活，触发细胞凋亡蛋白的联级反应，激活caspase-3蛋白促进心肌细胞凋亡。Wang等[12]在小鼠进行左冠状动脉结扎后miR-499表达下降，线粒体裂解增加，心肌细胞供氧不足，促进凋亡[5]。采用flow cytometry检测心肌凋亡细胞数目，免疫组化检测心肌P53蛋白的表达，抑制心肌细胞凋亡，发现P53基因可能通过上调miR-499的表达而调节心肌梗死过程。

2.1.4HSP(热休克蛋白)HSP抑制应激激活蛋白激酶，使细胞凋亡基因蛋白表达受到抑制，使传导凋亡信号的蛋白水解酶受到抑制，切断了细胞凋亡信号，还使氧自由基受到抑制，防止氧化而抑制心肌细胞凋亡[5]。miR-1可通过抑制靶基因HSP 60和HSP 70转录的信使RNA的表达从而促进心肌细胞的凋亡[11]。miR-320可下调HSP 20，很可能是通过调节心肌保护蛋白HSP 20而在IRI中发挥作用[13]。

2.2miRNA调节血管内皮活性因子改善心肌损伤血管内皮细胞参与体内许多重要功能的调控，再灌注期间血管内皮细胞不能正常地分泌内皮源性舒张因子NO，而血管收缩物质(内皮素)分泌增加，使冠脉血管收缩、血小板凝聚，导致血管阻塞心肌缺血严重，加剧心肌缺血损伤。Bonauer等[14]发现，在小鼠IRI模型中，内皮细胞过表达miR-92a能够使血管生成受限，敲除或抑制miRNA-92a的表达，不仅能使血管生成增加，还能使心肌梗死面积减小，减少细胞凋亡，逐渐恢复缺血受损组织的功能。黎健等[15]发现衰老与靶蛋白沉默信息调控子1-效应蛋白1(SIRT1-FoxO1)表达下降促进miR-34a水平升高抑制内皮祖细胞的血管新生，出现心肌梗死。

2.3miRNA与减轻心肌细胞钙超载和清除氧自由基细胞内钙超载可引起心肌兴奋性减弱，造成线粒体功能障碍使ATP生成减少，导致细胞死亡。钙超载还可激活磷脂酶和蛋白酶，促进氧自由基的产生导致膜脂质过氧化，抑制线粒体功能，减少心肌三磷酸腺苷生成，不能提供心肌所需要的能量，心肌供能系统瘫痪，使心肌受损。Arin等[16]发现，钙离子的正确处理可以为恢复心脏血流而为心肌提供保护作用，强调了Ca2+超载对IR损伤的重要性，IR同时伴随着miRNAs的异常表达，由于miR-214调节信使RNA编码的钠钙离子交换器和标记细胞死亡的钙离子信号的表达，且miR-214在缺血损伤和心脏衰竭中上调，miR-214基因缺失引起心肌收缩性减弱，增加细胞凋亡。揭示miR-214作为调节心肌细胞中的Ca2+在IR损伤时稳态的重要性。

2.4miRNA干预炎症反应IRI引起细胞受损，炎性细胞因子被激活，刺激产生炎性介质和其它细胞因子，诱导IR受损区产生白细胞浸润。左冠状动脉缺血处理后，对小鼠心肌细胞转染Pre-miR-210，可释放Leptin、IL-1α、TNF-α，降低了caspase-3/7的活性，从而抑制细胞凋亡[9]。Xiao等[17]通过建立缺血再灌注模型，检测得miR-204表达水平降低，自噬蛋白LC3-II表达明显增高。所以，miR-204很可能在心肌损伤时促进LC3-II蛋白的表达，调节受损区细胞自噬作用，负性调控IRI。

3miRNA在IRI的临床应用

3.1miRNA在IRI的诊断miRNA作为心肌损伤的生物学标志，在心肌梗死时心肌特异性的miRNA上调或下调，因此其可以作为心肌损伤的标志物，如miR-1，miR-499，miR-208，miR-133，miR-126等。D'Alessandra等[18]的研究发现心肌梗死中上调miR-1的表达水平后，cTnI的表达水平也上调，并且两者的峰值时间相同。miR-499在心肌具有特异性，在心肌正常情况下几乎不表达，仅在IR时表达明显，而且miR-499-5p在老年急性心肌梗死中与cTnT水平成正相关[19]。钱宗杰等[20]发现在急性心肌梗死早期miR-126与cTnI时间表达一致。而Wang等[21]发现，miR-208仅在受损区的心肌中表达，迅速的反映心肌梗死的发生发展，甚至比cTnI的表达时间更快，所以，miR-208作为心肌损伤的生物学标志具有广阔前景。

3.2miRNA在IRI的治疗通过激活或者抑制miRNA的表达，调节其相对应的靶基因和目的蛋白质的表达，改善缺血再灌注后造成的一系列心肌损伤，治疗损伤区。例如，对小鼠心肌细胞转染Pre-miR-210，可引起各种炎性细胞因子(如Leptin、白细胞介素1α、TNFα等)的释放，使caspase-3/7蛋白活性降低，抑制细胞凋亡[9]；通过加入模拟物agomiR-133a抑制心肌细胞凋亡[11]；Thomas等[7]通过给小鼠注射anta-miRNA(tiny-15)敲掉小鼠体内的内源性miR-15，增加了小鼠在心肌缺氧时的适应性；Ren等[13]通过对比admiR-320和adasmiR-320组的小鼠，通过反义miR-320敲除了内源miR-320后小鼠心肌细胞凋亡有所改善。

4展望

本综述通过对IRI各种机制观察发现，miRNA在心肌损伤区的各种生物途径，参与IR的各个环节的保护和损害过程。在IR过程中miRNA可通过抑制或促进目标基因来抑制心肌细胞的凋亡，从而缩小心肌梗死面积，miRNA还能促进血管生成，减轻线粒体内钙超载，防止线粒体裂解，保证心肌细胞供氧等改善心肌损伤。我们通过了解心肌缺血性疾病的致病机制和miRNA在该病的作用机制来制定治疗方案，做关于两者之间的交叉实验，进一步掌握和实现miRNA对于IR的治疗方法，而且希望在临床上能多运用miRNA对IRI的治疗。因此，我们需要更深入地探索miRNA对细胞和基因更专一的特异性作用方式，为预防和治疗心肌缺血性疾病的发生发展提供新的参考依据和新途径。

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(收稿日期：2015-07-15)

DOI:10.16751/j.cnki.2095-4646.2016.02.0180

中图分类号：R541.7

文献标识码：A

文章编号：2095-4646(2016)02-0180-03

基金项目：湖北省自然科学基金(2014CFC1082)，湖北省卫生厅青年科技人才重点项目基金(QJX201219)

**通讯作者，Email：yehuashan@126.com