MicroRNA在心血管疾病中的研究进展

赵 雷，关添允，赵佳怡，李智博*

(1.吉林大学第二医院 心血管内科，吉林 长春130041;2吉化集团公司总医院二院)

MicroRNA(MiRNA)是一组内源性单链的非编码小分子RNA，长约22个核苷酸，它们可以通过结合编码蛋白的mRNA减少相应mRNA的表达从而影响细胞功能。人类基因组中约含2500种miRNA，它们在胚胎发育、细胞增殖和分化、凋亡等生理过程中起着重要调节作用[1]。现今心血管疾病在全球人群的发病率及致死率极高，其发生发展与心脏功能相关的基因表达密切相关。近年研究表明约200种miRNA在心血管系统中表达，它们参与调节心肌细胞重构、心肌细胞收缩力，维持心律、动脉粥样硬化斑块的形成、脂质代谢和内皮细胞的增生等过程。现miRNA在心血管疾病发生发展中的重要性已被广泛认知，且已成为了心血管疾病领域中的研究热点，本文就miRNA在心肌梗死、心力衰竭、心律失常、高血压及动脉粥样硬化等心血管疾病中的研究进展做如下综述。

1 MiRNA的生物学特性

MiRNA基因在细胞基因组中高度保守，它们在细胞核中经RNA聚合酶II的作用下形成有多聚合核苷酸尾和帽子结构的miRNA初级转录产物(pri-miRNA)，又经核酸内切酶——Drosha酶剪切裂解成约70个核苷酸长度的miRNA前体(pre-miRNA)[2]。MiRNA前体在输出蛋白的作用下进入胞浆中，由Dicer酶作用裂解为约22个核苷酸长度的双链miRNA。其中一条链形成成熟miRNA，而一条链被降解。多数成熟的miRNA与蛋白及Dicer形成沉默复合体(miRISC)后存在于细胞中，但也有部分miRNA在细胞损伤或死亡后释放入血，它们随血液循环通过细胞膜融合或受体结合作用于其他组织的细胞，从而发挥调控功能。MiRNA与靶mRNA的非编码区结合后，使其裂解，从而减少相应蛋白质的翻译[3]。每种miRNA可以调控细胞中数百个基因，且每种mRNA分子可受到多种miRNA的调控。MiRNA巨大的调控作用在疾病的发生发展中起重要作用。

2 MiRNA与心肌梗死

急性心肌梗死致死率居全球第二，近年的再灌注治疗(溶栓及介入治疗)的应用大大减低了急性心肌梗死的死亡率，但更早的再灌注治疗并未明显改善心肌梗死的预后。这可能与缺血/再灌注损伤后，心肌梗死面积扩大、无复流、再灌注心律失常，甚至是心室重构有关。心肌细胞的凋亡和坏死是心肌梗死中的重要事件，且在缺血/再灌注损伤后明显增加，因此减少心肌细胞凋亡至关重要。多种MiRNA在心肌梗死后表达水平明显改变：miR-24、miR-320、miR-29b表达减少，miR-15/16家族、miR-499、miR-208a、miR-21表达增多。研究发现将MiR-24水平恢复到生理水平后可以减少凋亡并减少瘢痕面积，这个过程是通过抑制促凋亡蛋白Bim完成的[1]。热休克蛋白-20(HSP-20)是公认的具有心脏保护作用的蛋白，miR-320可以减少HSP-20的表达促进凋亡[1]。MiR-29富含于成纤维细胞中，抑制胶原编码基因及细胞外基质蛋白如原纤蛋白和弹性蛋白的生成，因此心梗后miR-29的表达下降导致了心肌重构的增加[4]。MiR-15/16家族调节心肌细胞的增殖，抑制其表达可以减少心肌凋亡[5]。MiR-499对于心肌凋亡的影响尚不明确。一项研究表明miR-499减少凋亡和心肌梗死面积，而另一项研究发现miR-499的过表达可以导致心肌肥厚及心肌病[6]。miR-208a在心肌细胞中特异表达，可能通过减少甲状腺激素受体相关蛋白1(THRAP1)的表达，增加β肌球蛋白重链(β-MHC)、心肌肥大和心肌纤维化[5]。心肌损伤后miR-208a进入血液并可采外周血测定水平，对心血管疾病诊断和预后具有潜在价值。MiR-21在肥大心肌细胞中升高明显，它可以增加金属蛋白酶-2(MMP-2)的表达，增加心肌纤维化，同时通过促进ERK-MAPK通路来加重心肌纤维化和心肌肥大。MiR-214可以通过减少钙超载并抑制Bim蛋白和钠钙通道(NCX1)增加心肌梗死后组织存活，在缺血/再灌注损伤中对细胞起保护作用，且实验证实敲除miR-214后心肌梗死后组织损伤增加[6]。近期有人发现miR-298与miR-23a都可以抑制Bcl-2相关蛋白，从而具有减少心肌梗死后细胞凋亡的作用[7,8]。

3 MiRNA与心力衰竭

心力衰竭是多种心血管疾病的终末阶段，其五年死亡率可达50%。miRNA在心力衰竭的患者外周血中浓度变化：miR-1在心梗后心衰患者中血浆浓度增加[9]；miR-30a在收缩性心力衰竭患者中的血清浓度上调[10]；miR221/222表达显著减少[11]。以上研究提示miRNA可能成为心力衰竭新的生物学标志物。

钙离子调控异常引起的心脏收缩功能不全是导致心力衰竭的重要原因。miR-765及miR-25在心力衰竭的心脏中过表达。miR-765可以增加蛋白磷酸酶1(PP-1)活性引起钙调控蛋白的去磷酸化从而调控心肌收缩力[12]，而MiR-25抑制肌浆网中的钙摄取蛋白(SERCA-2a)，使心肌收缩力减弱[13]。

心力衰竭患者中神经体液系统被激活：肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)和交感神经系统(肾上腺素、去甲肾上腺素)激活后引起机体血管收缩、心肌收缩力增加，引起代偿性心脏排血量增加，但同时又增加了心肌耗氧量及后负荷，加速了心肌细胞凋亡，促进了心肌肥大及纤维化；利钠肽(ANP,BNP,CNP)等的分泌可以扩张血管，利尿，抗心肌肥大及心肌细胞纤维化，具有心肌保护和抗心肌损伤的作用。研究发现miR-132/212参与调解血管紧张素通路介导的心肌纤维化过程[14]。miR-21通过作用cGMP下游通路影响ANP和一氧化氮的浓度。miR-425可以下调ANP，这预示miR-425拮抗剂可能会成为治疗心力衰竭的一种途径[15]。MiR-30d可以减少TNF-α介导的炎症反应和MAP4K4蛋白介导的细胞死亡减少心肌细胞重构。心肌细胞受到机械牵拉后释放MiR-30d入血，近期研究显示其血浆浓度可能与急性心衰患者的预后[16]和心衰患者对心肌再同步治疗的敏感性有关[17]，但机制尚不明确。

4 MiRNA与心律失常

心律失常与心肌细胞的膜电位、兴奋性异常有关，主要是由心肌细胞膜的离子通道障碍导致。MiR-1和miR-133在此过程中发挥着重要作用。MiR-1在缺血性心肌中表达上调，抑制编码钾离子通道蛋白亚基连接蛋白43和Kir2.1的基因(GJA1、KCNJ2)，并影响细胞膜去极化从而减慢心肌的传导。MiR-133通过减少结缔组织生长因子基因，减少纤维蛋白的合成，抑制心肌纤维化[18]。此外，miR-1和miR-133调控超极化环核苷酸门控阳离子通道(HCN)的表达。其中HCN2和HCN4存在于心房和心室细胞中，与心肌细胞自律性相关。随年龄增长，miR-1与miR-133表达减少，HCN2与HCN4表达增多，引起心肌细胞的异常电活动[19]。

5 MiRNA与高血压

RAAS系统的激活是形成高血压的因素之一。MiR-155通过抑制血管紧张素II受体(AGTR-1)达到降压作用[20]。此外，血压的升高可以诱导miR-23a的过表达。这使具有降压效应的肌肉特异性环指蛋白(MuRF1)的活性受到抑制，形成一个血压升高的正反馈循环[21]。因此下调miR-23a可以有助于预防心肌肥大。

6 MiRNA与动脉粥样硬化

血脂异常被认为是动脉粥样硬化形成的主要原因。胆固醇调节元件结合蛋白(SREBPs)是脂质的调节因素，它可以改变HMG COA及低密度脂蛋白受体的基因表达。MiR-33位于SREBP的内含子上，作用于胆固醇转运蛋白，抑制细胞内胆固醇转向细胞外并减少高密度脂蛋白的形成。而拮抗miR-33使血中总胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇(HDL)增高[22]。MiR-122也参与调节脂质代谢。它在肝脏中高表达，并参与脂肪酸氧化及脂质合成。MiR-122的减少可以使HDL及LDL同时减少。

MiR-145对动脉粥样硬化斑块有更直接的作用，增加miR-145的表达可以减少斑块体积、缩小坏死核并促进胶原合成，使斑块稳定。且miR-145作用于TGF-β受体，减少细胞基质的形成[23]，它也可以通过抑制Krupple样因子和其下游因子——心肌蛋白，减少平滑肌细胞的增生[24]，当血管损伤时miR-145表达减少。与此相反，miR-221和miR-155具有促进血管平滑肌增生的作用，且影响巨噬细胞的功能，增加斑块破裂的风险[18]。另外，miR-9通过作用于酪氨酸激酶(JAK1)与金属蛋白酶(MMP-13)抑制动脉粥样硬化中的炎症反应[25]，可能作为将来治疗动脉粥样硬化的一个途径。

7 小结

MiRNA的发现改变了人们对基因表达调节机制的认识，其对信号通路的影响逐步被人们发现。MiRNA参与调节心肌细胞、起搏细胞、内皮细胞、平滑肌细胞的功能，在心血管疾病中表达水平变化且在疾病的发生发展中起重要作用，且越来越多的证据证明miRNA将来可能成为诊断及预后的生物学标记，甚至可以作为治疗靶点。综上，miRNA在心血管疾病中起着至关重要的作用，并为未来的药物治疗提供了新的思考。