MicroRNA133a在心肌纤维化中的作用机制及最新进展

肖萨 综述 马丹 审校

(哈尔滨医科大学附属第一医院内科危重症病房，黑龙江 哈尔滨 150000)

1 前言

心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)是心肌损伤后心脏成纤维细胞中多种炎性因子和促纤维化因子表达上调，促进成纤维细胞增殖并转化为肌成纤维细胞，进而细胞外基质沉积增多导致心室肌顺应性下降，影响心脏正常舒缩功能[1]。MF形成机制复杂，涉及肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)及多种生物介质如转化生长因子(TGF)、结缔组织生长因子(CTGF)、基质金属蛋白酶(MMP)、炎性因子、反应性氧化物(ROS)、内皮缩血管肽-1等。目前认为，MF是多种常见心脏病如高血压、心肌梗死、扩张型心肌病、肥厚型心肌病及心力衰竭等向终末期心脏病发展的必然过程，是心功能由代偿期向失代偿期转变的关键时期，它对心血管疾病预后起决定性作用，也是心血管研究领域的重点、难点课题之一。

MicroRNA(miRs)是一类高度保守的非编码短小单链RNA，研究显示miRs可调节体内约33%的基因，参与细胞增殖、分化、细胞代谢、细胞凋亡与血管生成等过程，直接调控心血管疾病相关靶基因[2]。近年来随着人们对MF发病机制研究的不断深入，miRs在纤维化潜在的生物学价值已取得一系列重要进展。大量文献显示miR-133a是MF过程中的关键调节因子之一，因其特异性表达于心脏组织，与其作用机制相关的实验研究较为广泛，最新研究表明它不仅能作为诊断心脏疾病的潜在标志物，还可通过对MF基因的调控抑制心脏疾病发生发展，有望成为临床治疗心血管疾病的一个新靶点。现通过阐述miR-133a在MF发展过程中的信号传导通路及其靶基因作用机制，以期为临床诊断及治疗MF提供参考指标。

2 MiR-133a简介

MiR-133是500多种已知哺乳动物miRs中的一种，其家族包括miR-133a-1、miR-133a-2、miR-133b，特异性表达于心脏心肌细胞及骨骼肌组织中，并且在进化中高度保守。MiR-133与其他miRs簇集存在，通过其前体RNA的加工产生不同的转录物，进而抑制不同的靶基因而表现出多种生物学功能。MiR-133a不仅被报道参与胚胎心脏发育、心脏肥大和肌肉细胞增殖的调节[3]，还被证实其表达水平的改变与纤维化心脏表型相关[4]。MiR-133a可抑制纤维化，增加血管形成和心肌细胞增殖，明显改善心肌梗死大鼠心脏功能[5]，而且miR-133a可直接调节胶原蛋白α1(I)链表达[6]，在体外转导miR-133a能使成纤维细胞中的促纤维化因子水平下调，均提示其与MF有直接联系。Chen等[7]对糖尿病小鼠早期MF标志物检测发现：伴随着TGF、CTGF、纤连蛋白和胶原蛋白α1的增加，miR-133a表达急剧下降，证实了miR-133a对MF及心脏功能障碍的积极预防作用。

3 MiR-133a在MF中的调节机制

3.1 MiR-133a与TGF-β/CTGF通路

TGF-β1被认为是最强的促MF的细胞因子，活化的TGF-β1可促进成纤维细胞的增殖、分化，促进胞外基质沉积；并可激活RAAS系统、介导炎症因子白介素-6、上调氧化酶NADPH的表达产生等共同促进MF进展[8-9]。Shan等[10]在纤维化的心房模型中转染miR-133后，TGF-β1和TGF-β2受体的水平降低，胶原蛋白合成减少，证实了miR-133a通过调节TGF-β1和TGF-β2抑制MF。

CTGF是TGF-β1的下游信号因子，且与TGF-β1具有协同作用，在MF中作为中间环节发挥作用，TGF-β1诱导CTGF表达可促进细胞增殖趋化，使成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，通常需要Smads、蛋白激酶C、细胞外信号调节激酶等信号分子级联调节表达。实验证明通过敲除新生大鼠心肌细胞和成纤维细胞中miR-133a基因，使CTGF在mRNA水平上升高超过一倍、在蛋白质水平上升高超过三倍，相反，miR-133a过表达将显著下调CTGF，减少胶原产生。而且体外研究已经证实miR-133a能特异性结合到CTGF的3’-UTR直接影响蛋白水平[11]，表明CTGF是miR-133a在MF发展过程中的直接靶点。总的来说，miR-133a可以直接靶向抑制TGF-β1、CTGF的表达，并通过影响它们相互之间的作用进一步调节胶原蛋白产生从而抑制纤维化。

3.2 MiR-133a与PI3K/Akt蛋白通路

PI3K/Akt信号通路普遍存在于生物体细胞内，在促细胞分化、抗凋亡以及各种器官、组织纤维化中发挥重要作用。研究显示TGF-β1可通过激活PI3K/Akt 信号通路促进大鼠成纤维细胞增殖及胶原纤维增生[12]。其他细胞生长因子，如血小板源性生长因子(PDGF)、CTGF等亦可激活PI3K/Akt通路使肺成纤维细胞具有抗凋亡的能力，进而促进纤维化[13-14]。

最近的研究表明，心肌细胞中的信号因子-磷酸化Akt蛋白可以调节心脏功能。Sang等[15]发现了Akt与miR-133a的相互作用：miR-133a过表达导致心力衰竭大鼠心脏重量/大鼠体重和左心室舒张末期压的降低，左心室峰值收缩压增加，MF程度显著降低；miR-133a抑制剂组与过表达组结果相反；而Akt抑制剂组消除了miR-133a对慢性心力衰竭大鼠的作用，即结果与过表达组相反，加剧了MF。通过实验说明miR-133a过表达增加了靶基因Akt的表达，Akt表达被抑制亦可阻断miR-133a表达，从而调节心力衰竭大鼠MF。因此miR-133a与PI3K/Akt信号通路在MF的进展中必然存在着密不可分的关系，PI3K/Akt不仅可被多种促纤维化因子激活，也可受miR-133a调节，但是miR-133a与PI3K/Akt信号通路之间具体作用靶点尚不确切，有待进一步研究。

3.3 MiR-133a与Gq/PLC/IP3信号通路

MF涉及心肌肥厚、心肌细胞凋亡等一系列病理变化，Gq蛋白是去甲肾上腺素(NE)下游信号因子，与NE受体相结合调节心肌细胞内钙通道。有活性的Gq蛋白激活磷脂酶C(PLC)，进一步激活第二信使三磷酸肌醇(IP3)及二酰甘油(DAG)，二者导致细胞内钙超载，造成心脏功能障碍和细胞凋亡[16]；而DAG可靶向激活蛋白激酶C进一步激活RAAS系统导致MF。以前的研究证实miR-133a水平的降低与IP3诱导的钙超载有关，IP3受体ⅡmRNA是miR-133a的下游靶基因，并且miR-133a水平与IP3受体Ⅱ的表达水平呈负相关[17]。因此，Gq蛋白、IP3激活心肌细胞凋亡机制，导致miR-133a水平降低，加剧了MF。

最新研究发现miR-133a可以靶向抑制Gq蛋白，从而阻断NE受体的多条下游信号通路，抑制大鼠心肌细胞凋亡，实验证明了miR-133a基因序列可结合于Gq mRNA的3’UTR区，且与对照组相比，转染miR-133a的心肌细胞，其Gq在mRNA水平、蛋白质水平均显著降低[18]。Gq/PLC/IP3信号通路通过调节细胞内钙超载导致心肌细胞肥厚、凋亡，参与MF，miR-133a不仅可以在mRNA水平调节Gq蛋白、IP3受体Ⅱ表达，亦可在蛋白质水平抑制Gq蛋白表达。因此Gq蛋白、IP3受体Ⅱ将作为miR-133a在体内保护心脏正常功能，抑制MF进程的关键靶基因及直接作用靶点。

3.4 MiR-133a与IGF-1/Akt/GSK-3β信号通路

胰岛素样生长因子-1(IGF-1)是心脏存活、增殖和分化的重要生长因子。IGF-1参与三种主要营养素的代谢分解，并对心脏氧化应激、纤维化和凋亡有保护作用[19]。大量研究表明激活Akt/糖原合成酶激酶(Akt/GSK-3β)信号通路可诱导心肌炎症、内质网氧化应激，随后促进MF和细胞凋亡[20-21]。Wang等通过对糖尿病性心肌病大鼠心肌组织病理学分析，证明IGF-1抑制了Akt/GSK-3β信号通路的激活，改善了糖尿病性心肌病的病理进展[22]。经IGF-1治疗的糖尿病大鼠其代谢异常及心肌细胞凋亡减轻，间质性纤维化、氧化应激和炎性因子水平均下降，这表明IGF-1介导的Akt/GSK-3β的失活在预防MF中起关键作用。

实验证实IGF-1转基因小鼠还可阻断因血清反应因子缺失所致的CTGF表达上升，从而抑制成纤维细胞增殖，明显改善扩张型心肌病小鼠MF和心肌细胞炎症[23]。最近的研究已经发现miR-133a通过延长IGF-1受体mRNA的半衰期刺激IGF-1受体表达，且不阻断IGF-1受体mRNA 3’UTR功能[24]，而且miR-133a前体可显著刺激血管平滑肌中IGF-1受体的表达，经miR-133a抑制剂处理后IGF-1受体水平、细胞中miR-133a含量均显著下降。综上，miR-133a可通过刺激IGF-1表达，抑制MF进展，IGF-1将是miR-133a在MF治疗研究中的一个关键作用靶点。

4 MiR-133a对MF治疗的应用前景

近几年，成纤维细胞转分化逐渐成为人们热衷于研究的实验方向，其为miR-133a在纤维化中的治疗提供了新的思路。研究发现miR-133a在老鼠心肌缺血时可以直接诱导原位心肌成纤维细胞转化成心肌细胞[25]。同时，最新研究表明通过GATA4等多种转录因子过表达，miR-1和miR-133a转染等分子操作实现了人类真皮成纤维细胞向心肌细胞转化，并伴随着心脏特异性基因上调、与肌肉收缩相关途径活化以及成纤维细胞标志物水平降低[26]；并且实验也证实了糖原合成酶激酶-3(GSK-3)的抑制显著提高了转分化的效率。这为今后治疗MF提供了实验基础和理论依据。

MiR-133a生物学性质稳定，具备分子生物标志物的多种优点，主要以游离状态存在于外周血中，即使在强酸、强碱、高温沸腾、反复冻融等条件下也能保持稳定状态，可在室温下长期储存。而且检测循环miR-133a的技术手段多样化， 经典的有Northern Blot、微阵列法、RT-PCR等检测技术，新型检测方法有滚环扩增法、指数扩增检测法、纳米金标记技术等[27]，具有高度的敏感性和特异性，便于检测及筛选，但是检测成本较高仍需改进。综合大量实验及临床研究，miR-133a在临床治疗中的应用可从以下方面入手：对于心肌细胞中miR-133a水平下调的，可采用基因敲入、导入特定外源miRs或模拟物以增加靶基因表达水平[28]；也可通过调节miR-133a的直接靶作用点来调控MF中各大信号通路的传导，以此抑制MF进展，从而起到心脏保护的作用。

5 展望

近年来miRNA在心血管疾病中的研究已成为该领域研究的热点，MF参与多种心血管疾病的进展过程，是终末期心脏病的基础病理改变，miR-133a在转录水平上调节多条纤维化信号通路抑制心脏疾病的发生发展，在MF进程中起着至关重要的作用。然而，miR-133a及其靶基因种类繁多，许多作用机制尚未明确，进一步对信号转导过程的深入研究不仅有助于阐明MF的发病机制，也将为MF诊断与治疗带来新的希望，而且针对miR-133a下游靶基因和其信号通路在细胞中作用位点的研究将为临床防治MF提供新的理论指导，并能够为创新药物的研究提供新的可能的靶位，从而为临床开辟新的有效的治疗途径。