非编码RNAs作为心血管疾病新型标志物的研究进展

汤慧民（综述） 杨水祥（审校）

非编码RNAs作为心血管疾病新型标志物的研究进展

汤慧民（综述） 杨水祥（审校）

作者单位：100038 北京市，首都医科大学附属北京世纪坛医院心内科

非编码RNA； 小分子RNA； 长链非编码RNA； 标志物； 心血管疾病

数以千计非编码RNAs（ncRNA）的发现已经扩展了我们对哺乳动物基因组和转录组以及它们的结构和功能调节的认识。不断积累的证据显示，异常调节的ncRNAs贯穿众多心血管疾病的发生发展之中，提示ncRNAs参与心血管疾病的病理生理学进程。此外，ncRNAs可被释放到血液循环，在健康受试者和患者中浓度水平不同。虽然对这种循环ncRNAs的起源和功能了解有限，但这些分子越来越多地被认为是容易获得的生物标志物，可用于心血管疾病的诊断、预后及危险分层等。本文综述最新发现的循环ncRNAs作为诊断心血管疾病潜在生物学标志物方面的进展。

1 非编码RNAs

异常的基因表达不仅在心血管疾病中发生，人们已经发现这样的调节异常主要与蛋白质编码基因相关。NcRNAs参与大多数转录本的形成[1]。此类RNA分子有折叠成复杂结构并且与蛋白质、DNA和其他RNAs相互作用的功能，非编码转录物表现出多种功能使其能够调节各种细胞进程。NcRNAs尚需进行深入的研究，包括基因组方向、功能、细胞定位或其他新标准分类等。常见的ncRNA定义基于其长度阈值：①短于200个核苷酸的小转录物，其包括微小RNA（miRNA）和其他内源性RNA；②长链非编码RNA范围从200到数千核苷酸[2]。显而易见，ncRNAs表达或功能性改变不仅导致心血管疾病的发展，而且对心血管疾病的诊断和预后等具有巨大的研究价值和应用潜力。

1.1 小分子RNA（microRNAs，miRNAs） 由Orenes-Pinero等[3]提供了一些对心肌组织电重构和结构重构有影响、可作为心血管疾病诊断和治疗的潜在标记物的miRNAs。心肌重构是心肌细胞为对抗外部应力、维持内环境稳定而发生的一种适应性、调节性过程[4]，可能发生在离子通道、基因组、细胞内和细胞外水平。如果外部应力持续存在，这个过程可以变得不可逆，如细胞凋亡、细胞坏死和纤维化等也会发生。已描述过两种主要的重构形式：①结构重构，其改变心脏组织结构；②电重构，其改变细胞电学特性。

MiRNAs是内源性保守的单链小（长度约22个核苷酸）非编码RNAs，其功能是降解或抑制靶信使RNA（miRNA）的翻译[5]。自1993年第一个miRNA被发现以来[6]，人们已经发现来自206个物种超过24 500个miRNAs位点，超过30 424个成熟miRNAs已经被发现。其中，人类基因编码超过2600个成熟miRNAs，调控人类超过60%的蛋白质编码基因。每个miRNA通过退火调节几个不同目标基因3′非编码区互补序列（3′UTR）的靶蛋白质编码基因mRNA，导致mRNA裂解或抑制翻译过程。

1.2 长链非编码 RNA（long noncoding RNAs，lncRNAs） LncRNAs构成绝大多数的非蛋白编码转录组。目前为止至少有58 000个lncRNAs基因已经被分类，但关于其结构、功能和对细胞过程或疾病发展的影响，仅少数转录本已知。LncRNA是一类长度大于200个核苷酸，具有mRNA样结构，但缺少特异完整开放读码框架的转录本。其独特的结构特征是它们作为调节RNA分子的基础。

NcRNA生物起源类似于信使RNA，包括其活性表观遗传染色质标记、转录及调节、加帽、聚腺苷酸化和剪接等。相对于细胞类型、组织发展阶段或疾病状态等，lncRNAs具有更为特异的表达谱，具有与蛋白编码基因相关的合成基因组定位的转录物，并拥有较好的保守性。通常，根据lncRNAs与邻近蛋白编码区域的基因组定位，lncRNAs被分为5种亚型，分别为正义、反义、基因间、内含子及双向链。由包含多个外显子的蛋白编码基因的正义链转录而成的lncRNAs被称为正义lncRNAs。它们可以重叠或者覆盖蛋白编码基因。而与之相对的，由反义蛋白编码基因转录而来的称作反义lncRNAs。基因间lncRNAs由基因间DNA节段转录形成。过去，基因间lncRNAs被称为“垃圾基因”[7]，而最近的研究表明，基因间lncRNAs可通过调节位于同一染色体上邻近基因的启动子或增强子来控制基因的表达水平[8]。内含子lncRNAs转录于蛋白编码基因的内含子区域。通常认为内含子lncRNAs通过多种转录机制调节基因的表达。基因间lncRNAs和内含子lncRNAs均具有polyA尾巴，影响人类正常生命活动及疾病状态下的诸多环节[9]。双向lncRNAs位于其邻近蛋白编码基因的反义链上，两者转录方向相反，且转录起始位点相距＜1000 bp，双向lncRNAs与其相对的蛋白编码基因大多有相似的功能[10]。

2 非编码RNAs与心血管疾病

2.1 心律失常 心房颤动和心动过速等心律失常与患者的高死亡率相关。遗传基因决定个体的易感性，这些疾病的发生发展涉及神经激素和Ca2+处理的失调，以及结构重构和电重构。所以用于诊断和预后评估的新型特异性生物标志物对于治疗这类疾病和预防心源性猝死具有很大的意义。Sun等[11]在具有反复持续性心动过速症状的儿科患者的血浆中寻找心脏特异性miRNA。MiR-133a在室性心动过速的患者血液循环中增加，而miR-1在室上性心动过速患者中则减少，表明这些miRNA可作为区分这两组患者的敏感生物标记物。最近的一项研究分析血浆miRNAs水平的变化，并提出miR-1在细胞内与Ca2+转运有关，其在心房颤动患者的血液循环中显著减少[12]。除了心脏特异性miRNA，miR-150似乎是房颤患者的另一个生物标记物。阵发性和持续性心房颤动患者的血液中这种miRNA减少。两项研究进一步证实了这些发现：在收缩性心力衰竭和心房颤动患者的血清和血小板中检测到较低浓度的miR-150。有趣的是，miR-150在血浆和血小板中的浓度彼此相关，可能与血小板的活性有关。此外，阵发性房颤患者血浆中miR-150和miR-21减少，但在射频消融术后增加[13,14]。MiR-21而非miR-150在这些患者的心房组织中被抑制。相比之下，慢性房颤患者心房组织中miR-21的含量增加[15]。在385个循环miRNAs被分析的房颤患者全血中鉴定分析miR-328，认为其是公认的电重构启动子，并在慢性房颤患者中升高[16]。而miR-29b在充血性心衰或房颤患者的循环血液中，特别是在慢性房颤患者的心房组织中均减少[17]。

总而言之，基于miRNAs的心律失常生物标志物越来越受到关注，未来还需要进一步的研究将这些发现与心律失常的机制联系起来。相比之下，目前为止仅有少数研究评估了血浆lncRNA的概况。国内Xu等[18]采集20例心房颤动患者血液样本应用人类lncRNAs阵列分析，结果发现房颤患者177个lncRNAs和153个miRNAs差异性表达，且lcn－RNAs NONHSAT040387上调和NONHSAT098586下调最为显著，最后发现氧转运体活性和蛋白质异源二聚体活性可能参与房颤的发病机制，而这两个lncRNAs表达与功能的关系尚需进一步研究。这些研究虽然揭示lncRNAs在心房颤动患者的血液中具有表达差异，但它们作为诊断和预后评估的新型标志物的潜力仍然未知。

2.2 冠状动脉疾病 冠状动脉疾病（CAD）绝大多数是由冠状动脉粥样硬化斑块形成引起的，并且伴随着动脉壁的结构重构、内皮细胞的活化和炎性细胞的激活等，最终导致心肌缺血。内皮细胞的活化对于动脉粥样硬化起关键作用，且伴随着循环炎性指标的升高，从而可提供用于早期诊断的新型生物标记物或鉴别不稳定斑块，可对患者进行风险分层。人们已经发现与动脉粥样化形成的细胞组分相关的miRNAs失调。然而，有关冠状动脉疾病患者循环 miRNAs的数据不一致，CAD患者内皮细胞（miR-17、miR-92a和 miR-126）、炎症细胞（miR-155）和平滑肌细胞（miR-145）相关的 mi-RNAs是减少的，而心脏和肌肉的miRNAs（miR-133a、miR-208a和miR-499）的血浆水平却是增加的。研究者认为，miRNAs可以通过参与动脉粥样硬化的形成而从血流中清除，并且miRNAs的升高可能反映心肌损伤。相反，循环miRNAs的类型，包括miR-126和 miR-17/92a，以及 miR-451、miR-106b/25 和miR-21/590-5p等在高危CAD患者中表达增加[19]。根 据 这 些 发 现 ，miR-1、miR-133a/b、miR-122、miR-126和miR-199a在稳定和不稳定型心绞痛患者中的表达增加[20]。MiR-92a及miR-486与高密度脂蛋白组分被认为是识别冠状动脉易损斑块的潜在循环生物标志物[21]。由于不一致，大多数miRNAs在大型队列中没有得到验证。因此人们认为，高脂血症患者CAD严重程度与脂代谢相关的miR-122和miR-370血浆水平升高相关联[22]。Liu等[23]用miRNAs的改变评估有冠脉阻塞和胸痛症状患者的风险，miR-134、miR-2861和miR-3135b与冠状动脉钙化程度相关，并且在冠脉阻塞的患者中发生改变。Jansen等[24]的一项预后分析显示，血浆来源的细胞微泡升高水平与miR-126有关，而miR-199a则与不良心血管事件风险的降低有关。其他关于miRNA-197和miRNA-223或miR-132、miR-140-3p和miR-210等可作为心血管死亡的预测因子[25]。

总之，血浆miRNA具有提高CAD诊断和预后评估的潜力。最近，lncRNA作为额外的生物标志物获得了关注。基于阵列分析的CAD患者血浆中筛选到一种称为CoroMarker的转录物，认为可作为该病的稳定、敏感和特异性指标[26]。同时该lncRNA在细胞外囊泡和外周血单核细胞中被发现[27]。一项来自基因芯片的结果证实了lncRNAs与心肌梗死的关系，在心肌梗死鼠中，20个lncRNAs表达上调，10个lncRNAs表达下调。在这30个差异表达的转录本中，心肌梗死相关转录本MIRTl、MIRT2表达分别上调5倍和13倍[28]。另外一个lncRNA MIAT亦发现与心肌梗死的发生、发展关系密切。LncRNA MIAT参与了病理性血管的新生，现已成为预测心梗发生的标志物之一[29]。

2.3 心肌病 肥厚性心肌病（HCM）是最常见的遗传性心脏病，主要由损伤收缩性结构的基因表达突变引起，病理生理学特征是心肌重构。随着时间的推移，其临床表现从无症状到心律失常、心力衰竭和心源性猝死[30]，这种异质性使该病的预后不确定。因此，几项研究评估了miRNA作为心脏重构生物标记物的血浆谱以区别心肌病的亚型。MiR-29a在患有肥厚型梗阻性心肌病的患者血液中增加，但是在非梗阻型患者中并未增加。而miR-29c的升高特异性地提示主动脉瓣狭窄[31]。另一项研究认为miR-29a是HCM患者心肌重构的潜在监测指标。这种miRNA与左心室肥厚和纤维化的临床参数相关。另一项研究集中在miRNAs作为HCM患者弥漫性心肌纤维化的生物标志物，与单个miRNA或其他导致纤维化的循环标记物相比，8个miRNAs（miR-10b、miR-15a、miR-18a、miR-21、miR-29a、miR-30d、miR-193和miR-296）的组合可以明显提高预测价值[32]。除了HCM，循环miRNAs还可用于评估监测扩张性心肌病（DCM）。DCM患者血液循环中监测到高浓度水平的miR-423-5p[33]。有研究证明，在死亡或需要心脏移植的儿童DCM患者与心功能恢复患者之间差异表达的4种miRNAs（miR-155、miR-636、miR-639 和 miR-646），对该DCM群体的危险分层至关重要。另一种被越来越多认识到的心肌病形式是应激性（Takotsubo）心肌病，一种应激诱发的类似急性心肌梗死（AMI）症状的综合征。心脏特异性miR-1和miR-133a释放入血液循环与心肌损伤有关。在Takotsubo心肌病也观察到这些miRNAs水平升高[34]，但重要的是，当把与两种应激和抑制相关的miRNAs、miR-16和miR-26a结合起来时，可以把Takotsubo心肌病患者从AMI患者中区别开来[35]。

这些数据表明，miRNAs对心肌病是有价值的诊断标记物，并可区分不同亚型和其他心血管疾病。最近，lncRNAs被认为是心肌病诊断中另外的标记物[36]。最近的一项研究测定了循环线粒体lncRNAs是否可作为HCM患者心脏重构的生物标志物，结果显示，与肥厚型非梗阻性心肌病和健康受试者相比，肥厚型梗阻性心肌病患者有2个转录本升高，分别为uc004cov.4和uc022bqu.1。这些标志物拥有较高的敏感度，可用来识别这个特定的患者群体，即使患者研究的数量相对较少[37]。

2.4 心力衰竭 心力衰竭发生在心脏病理性重构之后，最终损害心脏维持机体血液动力学稳定的能力。心力衰竭是心血管疾病和心肌损伤的最终表现，少见病因包括心肌病、瓣膜性心脏病、持续心律失常、心肌炎、感染和心脏毒性药物的应用等。一些研究证据表明，ncRNAs参与心力衰竭的发生和发展。Viereck等[38]通过小鼠心衰模型，利用软件分析筛选出1个显著上调的lncRNA ENSMUST 00000130556（也称为Chast），且在主动脉瓣狭窄心肌肥厚患者的心肌细胞检测到其显著上调。进一步研究Chast的调控机制发现，其可负性调控血小板-白细胞C激酶底物同源区包含蛋白质家族亚型1抑制心肌细胞自噬而促进心肌肥厚。因此，循环ncRNAs已越来越多地作为诊断心力衰竭的潜在生物标志物。

3 展望

心血管疾病在全世界发病率与病死率逐年攀升，然而人们对其发病机制的研究仍存在很多不足。NcRNAs的生物学功能是一个相对较新的研究领域。近些年来，人们认识到ncRNAs影响哺乳类动物众多心血管疾病的发生发展，包括心肌肥大、心力衰竭、心律失常和心脏损伤等。每个ncRNA可以调节几个mRNAs，从而影响复杂的生物学过程。它们在心血管疾病的发生发展中越来越受到重视，并为心血管疾病诊断和治疗提供新思路，同时在细胞水平为疾病生理和病理过程提供理论基础。NcRNAs是一个复杂的网络调控系统，在理论上，阐述特定的ncRNA如何作用于特定的靶点（例如器官、组织或细胞类型）仍是主要的挑战。随着大量研究的逐步深入，有望阐明其在心血管系统的复杂调控机制，为疾病诊疗提供新方法。

［1］Derrien T，Johnson R，Bussotti G，et al.The GENCODE v7 catalog of human long noncoding RNAs：analysis of their gene structure， evolution， and expression.Genome Res，2012，22：1775-1789.

［2］Mattick JS，Rinn JL.Discovery and annotation of long noncoding RNAs.Nat Struct Mol Biol，2015，22：5-7.

［3］Orenes-Pinero E，Montoro-García S，Patel JV，et al.Role of microRNAs in cardiac remodeling：new insights and future perspectives.Int J Cardiol，2013，167：1651-1659.

［4］Nattel S.Electrophysiologic remodeling：are ion channels static players or dynamic movers.J Cardiovasc Electrophysiol，1999，10：1553-1556.

［5］Bartel DP.MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism，and function.Cell，2004，116：281-297.

［6］Wightman B，Ha I，Ruvkun G.Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C.elegans.Cell，1993，75：855-862.

［7］Ma L，Bajic VB，Zhang Z.On the classification of long noncoding RNAs.RNABiol，2013，10：925-933.

［8］Birney E，Stamatoyannopoulos JA，Dutta A，et al.Identification and analysis of functional elements in 1%of the human genome by the ENCODE pilot project.Nature，2007，447：799-816.

［9］Prensner JR，Iyer MK，Balbin OA，et al.Transcriptome sequencing across a prostate cancer cohort identifies PCAT-1，an unannotated lincRNA implicated in diseaseprogression.Nat Biotechnol，2011，29：742-749.

［10］Mercer TR，Dinger ME，Sunkin SM，et al.Specific expression of long noncoding RNAs in the mouse brain.Proc Natl Acad Sci USA，2008，105：716-721.

［11］Sun L， Sun S，Zeng S， et al.Expression of circulating microRNA-1 and microRNA-133 in pediatric patients with tachycardia.Mol Med Rep，2015，11：4039-4046.

［12］Lu Y，Hou S，Huang D，et al.Expression profile analysis of circulating microRNAs and their effects on ion channels in Chinese atrial fibrillation patients.Int J Clin Exp Med，2015，8：845-853.

［13］Goren Y，Meiri E，Hogan C，et al.Relation of reduced expression of MiR-150 in platelets to atrial fibrillation in patients with chronic systolic heart failure.Am J Cardiol，2014，113：976-981.

［14］WilleitP， ZampetakiA， Dudek K， etal.Circulating microRNAs as novel biomarkers for platelet activation.Circ Res，2013，112：595-600.

［15］Barana A，Matamoros M，Dolz-Gaiton P，et al.Chronic atrial fibrillation increases microRNA-21 in human atrial myocytes decreasing L -type calcium current. Circ Arrhythm Electrophysiol，2014，7：861-868.

［16］McManus DD，Lin H，Tanriverdi K，et al.Relations between circulating microRNAs and atrial fibrillation：data from the Framingham Offspring Study.Heart Rhythm，2014，11：663-669.

［17］Dawson K，Wakili R，Ordog B ，et al.MicroRNA29：a mechanistic contributor and potential biomarker in atrial fibrillation.Circulation，2013，127：1466-1475.

［18］Xu Y，Huang R，Gu J，et al.Identification of long non-coding RNAs as novel biomarker and potential therapeutic target for atrial fibrillation in old adults.Oncotarget，2016，7：10803-10811.

［19］Ren J，Zhang J，Xu N ，et al.Signature of circulating microRNAs as potential biomarkers in vulnerable coronary artery disease.PLoS One，2013，8：e80738.

［20］D′Alessandra Y，Carena MC，Spazzafumo L，et al.Diagnostic potentialofplasmatic MicroRNA signaturesin stable and unstable angina.PLoS One，2013，8:e80345.

［21］Niculescu LS，Simionescu N，Sanda GM，et al.MiR-486 and miR-92a Identified in circulating HDL discriminate between stable and vulnerable coronary artery disease patients.PloS One，2015，10：e0140958.

［22］Gao W，He HW，Wang ZM ，et al.Plasma levels of lipometabolism-related miR-122 and miR-370 are increased in patients with hyperlipidemia and associated with coronary arterydisease.Lipids Health Dis，2012，11：55.

［23］Liu W， Ling S，Sun W，et al.Circulating microRNAs correlated with the level of coronary artery calcification in symptomatic patients.Sci Rep，2015，5：16099.

［24］Jansen F，Yang X，Proebsting S，et al.MicroRNA expression in circulating microvesicles predicts cardiovascular events in patients with coronary artery disease.J Am Heart Assoc，2014，3：e001249.

［25］Karakas M，Schulte C，Appelbaum S，et al.Circulating microRNAs strongly predict cardiovascular death in patients with coronary artery diseaseresults from the large AtheroGene study.Eur Heart J，2017，38：516-523.

［26］Cai Y，Yang Y，Chen X ，et al.Circulating‘lncRNA OTTHUMT00000387022’from monocytes as a novel biomarker for coronary artery disease.Cardiovasc Res，2016，112：714-724.

［27］Yang Y，Cai Y，Wu G，et al.Plasma long non-coding RNA,CoroMarker，a novel biomarker for diagnosis of coronary artery disease.Clin Sci（Lond），2015，129：675-685.

［28］Zangrando J，Zhang L，Vausort M，et al.Identification of candidate long non-coding RNAs in response to myocardial infarction.BMC Genomics，2014，15：460.

［29］Ishii N，Ozaki K，Sato H，et al.Identification of a novel noncoding RNA，MIAT，that confers risk of myocardial infarction.J Hum Genet，2006，51：1087-1099.

［30］Ammirati E，Contri R，Coppini R ，et al.Pharmacological treatment of hypertrophic cardiomyopathy：current practice and novel perspectives.Eur J Heart Fail，2016，18：1106-1118.

［31］Derda AA，Thum S，Lorenzen JM ，et al.Blood-based microRNA signatures differentiatevarious forms of cardiac hypertrophy.Int J Cardiol，2015，196：115-122.

［32］Fang L，Ellims AH，Moore XL，et al.Circulating microRNAs as biomarkers for diffuse myocardial fibrosis in patients with hypertrophic cardiomyopathy.J Transl Med，2015，13：314.

［33］Fan KL，Zhang HF，Shen J，et al.Circulating microRNAs levels in Chinese heart failure patients caused by dilated cardiomyopathy.Indian Heart J，2013，65：12-16.

［34］Kuwabara Y，Ono K，Horie T，et al.Increased microRNA-1 and microRNA-133a levels in serum of patients with cardiovascular disease indicate myocardial damage. Circ Cardiovasc Genet，2011，4：446-454.

［35］Jaguszewski M，Osipova J，Ghadri JR，et al.A signature of circulating microRNAs differentiates takotsubo cardiomyopathy from acute myocardial infarction.Eur Heart J，2014，35：999-1006.

［36］FradeAF， LaugierL， Ferreira LR， etal.Myocardial infarction-associated transcript， a long noncoding RNA， is overexpressed during dilated cardiomyopathy due to chronic chagas disease.J Infect Dis，2016，214：161-165.

［37］Kitow J，Derda AA，Beermann J，et al.Mitochondrial long noncoding RNAs as blood based biomarkers forcardiac remodeling in patients with hypertrophic cardiomyopathy.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2016，311：H707-712.

［38］ViereckJ， KumarswamyR， FoinquinosA， etal.Long noncoding RNA Chast promotes cardiac remodeling.Sci Transl Med，2016，8：322r-326r.

Research progress of non-coding RNAs as novel biomarkers for cardiovascular diseases

Non-coding RNAs； MicroRNAs； Long non-coding RNAs； Biomarkers； Cardiovascular diseases

10.3969/j.issn.1672－5301.2017.09.002

R54

A

1672-5301（2017）09-0774-05

2017-03-30）