MicroRNAs在心力衰竭诊治中的研究进展

刘继纯，曹　蘅

（皖南医学院第一附属医院弋矶山医院心血管内科，安徽芜湖 241001）

MicroRNAs在心力衰竭诊治中的研究进展

刘继纯，曹蘅

（皖南医学院第一附属医院弋矶山医院心血管内科，安徽芜湖 241001）

microRNAs；心力衰竭；诊断；治疗

心力衰竭（心衰）是各种心脏疾病的终末阶段，近年来，尽管诊治策略不断改善，但心力衰竭仍然是世界范围内主要的死亡原因之一。因此，有必要探索新的心衰的诊治方法，减少死亡率。目前，对其发病机制的研究不仅仅局限于病理生理学水平，已深入到分子生物学水平的研究。MicroRNAs（ miRNAs）是一类约由22个核苷酸组成的内源性非编码的单连短RNA，其在细胞质中可以与信使RNA（mRNA）的3′非编码区特异性结合，从而抑制信使RNA翻译或促进其降解，实现了基因转录和表达的负性调节［1］。2006年，科学家首次观察到miRNA在心脏疾病的发生发展过程中有着重要调节作用［2］。迄今为止，很多miRNA已被证明在心力衰竭发展过程中起着重要作用。以下对miRNAs的功能、心衰时其在心脏组织中的表达变化及心衰的诊治作一综述。

1 miRNAs功能

成熟miRNAs大约由22个核苷酸组成，它广泛存在于鼠类、人类、果蝇、秀丽隐杆线虫的细胞中，其在生物发育的不同阶段，不同组织的表达量均不同。每个miRNA平均可以调控200多个靶基因，它能够调节 各个阶段的基因表达，并参与一系列的生命进程，如胚胎的早期发育、细胞分化、细胞的凋亡及坏死、脂肪代谢、干细胞的分化等［3］。大量的动物及人类实验表明，miRNA与高血压病、冠心病、心力衰竭、心律失常等多种心血管疾病的发病机制密切相关。

2 心衰时miRNAs在心脏组织中的表达变化

心力衰竭的病理生理机制一般涉及心脏肥厚、心脏纤维化、心肌细胞凋亡及神经体液调节等方面。研究表明，人类心衰时表达上调的有miR-15/16、miR-21、miR-125、miR-23、miR-423、miR-143/145等，表达下调的有miR-1、miR-10、miR-133、miR-150、miR-221/222、miR-101等［4］。

2.1 miRNAs与心肌肥厚 MiR-1作为心脏表达最多的miRNA，其水平的降低将导致细胞骨架蛋白（TWF1）的表达上调，因此，会促进心肌 细胞肥厚，这表明TWF1是miR-1的作用靶点。MiR-1的过表达，可以使肥厚的心肌细胞体积缩小及心肌肥厚标志基因Nppa、Myh7、Actal表达下调。反之，心肌细胞体积增大，标志基因表达上调［5］。将携带miR-1的腺病毒载体注入心肌肥厚大鼠体内后发现，miR-1转染大鼠的左心室收缩及舒张末容积显著缩少，左室后壁和室间隔厚度显著减少［6］。在正常小鼠中，肌球蛋白轻链激酶（MLCK）通过添加磷酸基团到肌球蛋白分子，有助于肌节的形成和功能的发挥，而在miR-1基因敲除新生小鼠中，肌球蛋白轻链-2（MLC2）磷酸化降低，从而影响肌节的功能，同时表明，miR-1是通过调节平滑肌基因表达路径的转录和效应子发挥功能的［7］。

在体外实验中，过度表达的MiR-133能抑制心肌肥厚，而在小鼠体内实验中，单次输注miR-133拮抗剂抑制后，将导致心肌显著和永久的心肌肥厚。MiR-13 3是通过作用于Rhoda、Cdc42和Nelf-A/WHSC2抑制心肌肥厚的［8］。若将小鼠的miR-133a基因敲除，将导致心肌平滑肌基因异常表达和心肌细胞的异常增殖［9］。活化T细胞通路的钙调磷酸酶和miR-133均在心肌肥厚的中发挥至关重要的作用，而miR-133能够抑制钙调磷酸酶的表达，发挥抗心肌肥厚作用［10］。

MiR-208a是心肌细胞特异表达的miRNA，心衰时表达上调。在甲亢导致的心肌肥厚中，miR-208a的高表达是通过1型血管紧张素II受体（AT1R）是介导的［11］。MiR-208a的靶点是甲状腺激素受体相关蛋白1（Thrap1），其表达量的增加能够减少Thrap1的表达，诱导心肌肥大，从而阐明了甲状腺激素与miR-208a在心肌肥厚中的联系［12］。

2.2 miRNAs与心肌纤维化 MiR-21在心衰过程中表达上调，其使成纤维细胞增殖和细胞外基质蛋白聚集在心肌中，参与心肌纤维化过程。在心肌成纤维细胞中，上调miR-21，通过抑制Spry1使ERK-MAP激酶活性增强，调节成纤维细胞存活和生长因子的分泌，控制间质纤维化和心肌肥大的程度，从而影响心脏的结构和功能［13］。另有研究表明， 转化生长因子β受体III（TGFβRIII）是miR- 21的靶点之一，上调的miR-21可以通过抑制TGFβRIII，从而增加心肌成纤维细胞的胶原含量，导致心肌纤维化［14］。在对75名主动脉狭窄瓣膜置换术患者和32名其他心脏手术患者的左心室肌细胞行组织活检时发现，前者的心肌间质细胞中miR-21较后者显著上调，而在心肌细胞中未见明显差异，表明在miR-21在压力负荷过重的主动脉瓣狭窄患者的心肌纤维化中发挥调解作用［15］。

结缔组织生长因子（CTGF）是促心肌间质纤维化过程中的重要蛋白质分子，下调的miR-18/19可以使细胞外基质中CTGF和血小板反应蛋白-1（TSP-1）增加［16］。在体外培养的心肌细胞和成纤维细胞中， 敲除miR-133和miR-30会使CTGF表达增加，相反，过表达的miR-133和miR-30会使CTGF表达减少及胶原蛋白产量的降低［17］。血管紧张素Ⅱ依赖性高血压心肌纤维化的发生，是由下调的miR-133a和miR-29b通过调节胶原蛋白1a1（Col1A1）表达实现的［18］。而糖尿病导致的心肌纤维化的发生，是由上调的MiR-133通过阻碍ERK1/2和SMAD-2的磷酸化实现的［19］。

2.3 miRNAs与心肌细胞凋亡 MiR-21在参与心肌的纤维化的同时，也参与细胞凋亡的过程。AKT是一种通过磷酸化抑制细胞凋亡的蛋白质。在转基因小鼠心脏中，过表达的miR-21将抑制缺血导致的抑癌基因PTEN，细胞因子Fasl的表达上调，增加AKT的磷酸化，缩小心肌梗死面积和改善心功能［20］。在体内和体外实验中，抑制miR-21的表达，导致抗凋亡基因Bcl-2的表达降低，而过表达的miR-21导致Bcl-2表达升高。在左室射血分数保留的心力衰竭小鼠 中，miR-21通过上调抗凋亡基因Bcl-2的表达，从而抑制纤维化的心肌细胞凋亡［21］。

MiR-24在心肌梗死后小鼠左心室缺血边缘区的表达下调，其在一定程度上通过直接抑制凋亡蛋白Bim调节心肌凋亡。MiR-24在小鼠心肌梗死的模型中，能够抑制心肌凋亡，减少梗死面积，改善心脏功能［22］。MiR-24通过内在凋亡通路，负性调解小鼠初级心肌细胞凋亡。在内质网介导的内在凋亡通路中，敲除CCAAT增强子结合蛋白同源基因（CHOP），可以在一定程度上减轻miR-24抑制剂导致的心肌凋亡。在线粒体介导的凋亡通路中，miR-24通过阻碍细胞色素C的释放和促凋亡基因BAX从细胞质到线粒体的转运，从而抑制细胞凋亡的启动［23］。

2.4 miRNAs与神经内分泌的调节 MiR-155在小鼠血管外膜成纤维细胞中的过表达，能够抑制血管紧张素II诱导的α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达，并与血压水平呈负相关［24］。在未治疗的年轻高血压患者中发现，血管紧张素受体蛋白表达水平与miR-155表达水平呈负相关［25］。miR-483-3p的过表达，能够抑制大鼠主动脉平滑肌细胞中的血管紧张素原和血管紧张素转化酶1蛋白的表达，其可以被miR-483-3p拮抗剂逆转。另外，11 β羟化酶（CYP11B1）和醛固酮合酶（CYP11B2）是皮质醇及醛固酮的生物合成的最后阶段酶类。与阴性对照组相比，miR-24前体转染的细胞中CYP11B1和CYP11B2的信使RNA显著减少，而在miR-24拮抗物转染的细胞中呈现出与上述相反的结果［26］。

3 miRNAs与心衰的诊断和治疗

3.1 miRNA对心衰的诊断价值 研究表明，miRNA在血液及其它体液中稳定存在，并且表达谱随不同的病理生理改变而发生变化。利用MiRNA芯片技术挑选出16个在心力衰竭患者外周血中特异表达的miRNA，然后在39个健康人和50个患有呼吸困难的患者（其中30人诊断为心衰、20人为非心衰原因引起的呼吸困难）中评价这些miRNA，发现健康人与心衰组中miR-423-5p的差异最大，这提示miRNA可以作为心力衰竭的生物标志物。研究还同时表明，miR-423-5p在心衰患者的血液的中高表达与循环中的脑钠肽的水平、左室射血分数及心功能分级高度相关［27］。利用实时定量PCR技术研究45名扩张性心肌病心衰患者与39名健康人外周血浆中的5个miRNA，发现两组miR-423-5p差异最大，并认为miR-423-5p可以作为诊断扩张性心肌病心力衰竭的生物标志物［28］。最近，有学者通过比较心衰患者及健康人的冠状窦与股动脉之间的miR-423-5p表达梯度值，发现两组间有显著差异，间接说明了miR-423-5p来源于心脏［29］。另外，MiR-210也可以作为充血性心力衰竭的生物标志物，在心衰患者中，心功能Ⅲ-Ⅳ级（NYHA分级）组血浆中miR-210的表达量显著高于心功能Ⅱ级组和正常对照组［30］。

3.2 miRNA对心衰的治疗价值 现阶段，miRNAs关于心衰的治疗策略主要集中在miRNAs拮抗物（antagomiRs）和miRNAs拟似物（miR mimics）的研究。其治疗策略是基于抑制病理生理过程中组织特异性的miRNAs表达水平上调，或是通过替代miRNAs表达水平的下调而实现。

MiRNAs拮抗物是一种人工合成的、与miRNA互补的单链核苷酸序列，其阻碍miRNA与mRNA结合，起到竞争抑制剂作用，从而影响miRNA调节mRNA的翻译或降解［31］。例如，将miRNA-208a拮抗剂经皮下注射给高血压所致的心力衰竭大鼠，能够抑制病理性的心肌球蛋白转变和心脏重构，从而心功能及整体健康得到改善，提高了生存率［32］。在压力负荷所致的心脏疾病的小鼠接受miR-21拮抗剂治疗后，通过减弱ERK-MAP激酶活性，抑制心肌间质纤维化，改善了心功能障碍［13］。目前，miRNA拮抗剂的应用仍局限在单种类miRNA的研究，由于每种疾病不止一种miRNA参与疾病的发生与发展，因此，采用多种miRNA拮抗剂的联合应用才能取得有效的治疗效果。

MiRNAs拟似物是人工合成的双链核苷酸序列，其类似于miRNA前体。当其注入细胞后，能替代一些内生性miRNA的水平下调，从而发挥调节mRNA的作用。然而，miRNA拟似物的应用面临着一个困难，即特异度。它必须作用于特定的组织，否则，将使机体其它组织起调节作用的miRNA表达失调，导致负面效应。利用生物工程制造的非致病的病毒作为载体是一项有前景的研究，已有使用病毒作为载体特异性地作用心肌组织，如将携带miR mimics的病毒载体通过静脉注入压力负荷过重所致心脏重构的小鼠模型体内，心脏扩张程度明显减轻，心肌纤维化和心肌肥大得到显著改善［4］。

4 小结

MiRNAs的研究是心血管疾病的诊断和治疗的的新领域。越来越多的研究表明，miRNAs在心血管疾病诊治方面具有良好的应用前景。由于人类心衰时miRNAs表达量的实验标本多来自外周血液，其是否为心肌组织特异性表达仍不完全清楚。与此同时，miRNAs治疗的靶向性不强，可能会带来诸多副作用。因此，miRNAs在心力衰竭诊断的特异性和治疗安全性方面的研究可能成为热点。相信随着miRNAs研究的不断深入，其有望成为心衰诊断的分子生物学标志物和心衰治疗的生物靶向药物。

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（2015-05-22）