miR-146a在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的研究进展

黄海涛,仲崇俊

南通市第一人民医院胸心外科,南通 226001

冠状动脉粥样硬化性心脏(coronary athero-sclerotic heart disease,CHD)的发病率在我们国家呈逐年上升的趋势,主要伴随着人民生活水平的提高,生活方式的改变,其产生的并发症正严重地影响着人民的健康状况[1]。目前CHD的治疗手段主要包括药物、介入、外科手术治疗,随着新药(降压、降脂、降糖、抗凝、抗血小板等药物)的不断研发、介入支架的改进、技术的提高、外科冠状动脉旁路移植手术(coronary artery bypass grafting,CABG)器械的更新及非体外循环下冠状动脉旁路移植术(off-pump coronary artery bypass Grafting,OPCABG)的不断成熟,临床疗效大大提高。但目前的治疗方法总体上仍具有非特异性,对于部分血管条件差,不能从介入和外科手术治疗中获益,药物治疗又缺乏特异性的患者需要寻找新的特异性的治疗靶点。

微小RNA (miRNAs) 是一组内源性小非编码RNA分子,由18～22个核苷酸组成,可以通过序列互补的方式结合到靶基因mRNA,在转录后水平调控基因的表达,导致靶基因mRNA的降解或翻译抑制[2]。体内的miRNAs具有高度稳定性和保守性,其表达异常与多种疾病的发生、发展密切相关,如肿瘤、炎症、自身免疫性疾病、缺血性疾病等。miR-146a是目前研究比较广泛的微小RNA,与多种疾病密切相关。miR-146a在心脏的多种细胞中表达,如冠状动脉内皮细胞、平滑肌细胞及心肌细胞等,主要通过调节炎症反应及血管生成,对CHD具有一定的保护作用。因此,miR-146a有望成为CHD治疗的新靶点。

1 miR-146a的作用机制

miRNAs的作用机制与作用的靶基因密切相关,由于在不同的细胞类型中作用的靶基因不同、或同一细胞所处的阶段不同、或同一细胞所处的周围环境不同,因此,即使miRNA作用于同样的靶基因,所表现出来的生物学作用不尽相同。 miR-146a是较早被确定的通过TLRs(toll-like receptors)介导的与炎症免疫性疾病相关的miRNA[3]。miR-146a通过TLR4/NF-κB通路靶向多个基因,调节炎症反应[4]。miR-146a通过靶基因白介素1相关激酶1(interleukin receptor-related kinases 1,IRAK1)和肿瘤坏死因子相关因子6(TNF receptor associated factor,TRAF6)调节NF-κB通路[5]。干细胞中miR-146a通过靶向作用NF2 [neurofibromin 2 是PAK1(p21 activated kinase 1)的抑制剂],下调其表达,进而上调VEGF的表达,促进血管生成,改善心肌缺血/再灌注损伤[6]。

2 miR-146a与CHD的危险因素

高血压是一个多因素疾病,主要包括基因因素和环境因素,但确切的发病机制未完全明了。高血压是CHD心肌梗死的主要危险因素。miR-146a与高血压的相关性研究还较少。有研究报道miR-146a的多态性C>G/rs2910164在韩国人口中与高血压易感密切相关,miR-146aC>G能够增加心肌梗死的发病率[7]。

高血脂主要是由于胆固醇代谢异常所致,表现为血中的低密度脂蛋白胆固醇和总胆固醇升高,但也有学者提出三酰甘油是导致血管损害的主要原因。总之,高血脂是心脑血管疾病的重要致病因素。他汀类药物可通过抑制HMG-CoA还原酶而抑制胆固醇合成降低血胆固醇水平、增加低密度脂蛋白的摄取、改善内皮细胞功能、促进血管再生及抑制炎症反应,保护高血脂所致血管损害。研究显示辛伐他汀可以下调miR-146a对高血脂及其对心脑管的影响产生作用[8],对血脂及冠心病影响未见优势表现,还需要更多临床研究来明确其相关性。

糖尿病是冠心病的一个重要的危险因素。糖尿病的并发症可引起多种miRNAs表达的改变,miR-146a与糖尿病的病症密切相关。糖尿病动物模型中增加内皮细胞中miR-146a的表达可以降低心脏组织炎症反应、保护心脏功能[9]。在1型和2型糖尿病动物模型的心、肾、视网膜组织中下调miR-146a和细胞外基质蛋白转录的上调相关[10]。高血糖可以减少内皮细胞中miR-146a的表达[10],还可以引起鼠糖尿病模型主动脉内miR-146a表达的降低[11]。也有研究显示相反的结果即1型糖尿病的鼠模型心脏组织中miR-146a的表达呈增加的趋势[12]。糖尿病性心肌病的主要特征是心肌收缩功能的减退最终引起心衰,在细胞学水平主要表现为心肌细胞的肥大、凋亡、局灶性疤痕形成等[13]。在糖尿病的初期由于糖尿病高血糖引起氧化应激导致内皮细胞的损伤,miR-146a激活内皮细中NF-κB信号通路导致心肌细胞低水平的炎症反应,后期可导致冠状动脉病变引发CHD。

TSH的升高(如甲状腺功能减退)可增加心肌梗死的风险[14],可导致内皮细胞功能障碍,异常的脂质代谢[15],氧化应激,刺激血管平滑肌的增殖[16],研究发现血浆中miR-146a的表达水平和TSH水平呈正相关,且升高的miR-146a和TSH与CHD密切相关,其相关性不依赖其他已知的心血管危险因素如高血压、高血脂、糖尿病等。升高的TSH可诱导miR-146a的表达通过NF-κB信号途径促进动脉粥样硬化的进程。

3 miR-146a与冠状动脉粥样硬化

内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化进程中的早期病变[17]。miR-146a在硬化血管的内皮细胞、平滑肌细胞、斑块中的单核巨噬细胞均有表达,通过不同的靶基因调节动脉粥样硬化病变的发展,虽然在动脉粥样硬化斑块的这些细胞中NF-κB 通路均被激活,但对动脉粥样斑块的影响不尽相同,内皮细胞中抑制NF-κB 通路延缓斑块的进展,在巨噬细胞的作用却相反,动脉粥样硬化易感动物体内注射miR-146a 降低了动脉粥样硬化斑块的形成[18-20]。Vasa-Nicotera等[21]通过基因芯片和qRT-PCR检测发现在衰老的人脐静脉内皮细胞中由于miR-146a表达受到抑制,导致其靶基因NOX4的表达上调以及活性氧(ROS)的水平上调加速动脉粥样硬化的进程。

研究发现miR-146a在动脉粥样硬化斑块中表达上调,主要表现为增殖的血管平滑肌细胞中miR-146a的表达增加,体外培养的平滑肌细胞敲低miR-146a的表达后血管平滑肌细胞的增殖和迁移受到抑制[22]。研究显示鼠CHD模型中血管平滑肌细胞主要呈现明显的生长和增殖抑制及较高的凋亡活性,而miR-146a在该平滑肌细胞中呈高表达状态,这一研究结果提示miR-146a介导了CHD鼠平滑肌细胞的凋亡,介导细胞的凋亡途径有两条,包括死亡受体介导的外部信号途径和线粒体介导内部信号途径。该模型平滑肌细胞中未检测到Caspase-8的活性,而Caspase-8介导的是外部死亡信号途径,结果表明miR-146a是通过线粒体途径介导了平滑肌细胞的凋亡[22]。

4 外周循环miR-146a的水平对CHD的预测

冠状动脉的侧支循环在CHD患者中可以增加缺血心肌的血供,提高CHD患者的存活率,因此,冠状动脉侧支循环不良会明显增加CHD不良事件的风险。目前评价冠状动脉侧支循环的方法主要是通过冠脉造影这一有创方法,或通过冠状动脉血管造影术(CTA)检查评估,其准确性比冠状动脉造影差,且需要注射造影剂,对于肾功能不全、造影剂过敏的患者不适用。寻找外周循环中预测因子具有重要临床意义。目前研究显示miR-146a具有促进血管生成的作用,能够上调血管内皮生长因子(VEGF-A)[23]、肝癌内皮细胞血小板源性生长因子受体α[24]的表达,外周循环中的miR-146a表达水平可成为冠状动脉侧支循环不良与否的独立预测因子,为CHD患者冠状动脉侧支循环的评估提供有价值的信息[25]。Oerlemans 等[26]通过qRT-PCR研究显示miR-146a在急性冠脉综合征患者血液中的表达高于稳定性心绞痛的患者,而非ST抬高心肌梗死患者血液中miR-146a的表达量最高,可通过患者外周血中miR-146a表达量的多少评估患者心肌缺血的严重程度,这种相关性还需要大量的临床数据来进一步证实。

5 miR-146a与缺血再灌注损伤

心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)是指心肌发生缺血后再次恢复血流灌注时心肌却加剧了心肌应激反应和心肌细胞的死亡的病理生理过程。MIRI发生机制主要包括营养障碍、活性氧应激、线粒体通透性增加、钙内流紊乱钙超载、心肌细胞内pH值的改变等[6,27]。miR-146a对MIRI具有保护作用[27]。miR-146a可以通过抑制IRAK1和TRAF6而降低NF-κB通路的活性减轻心脏的缺血再灌注损伤,最近的研究显示miR-146a和IRAK1、TRAF6、p-p38在人THP-1单核细胞中形成负反馈环路限制细胞因子蛋白的合成[28]。用脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激人THP-1单核细胞能够迅速降低miR-146a/b的表达,同样是通过TLR介导的NF-κB 通路的激活[29]。TLR介导的NF-κB 通路的激活在调控先天免疫和炎症细胞因子表达中起着重要的作用,TLR-4的功能缺失对MIRI起保护作用。

Caspase-3的激活是缺血或低氧诱导心肌细胞凋亡的一个重要蛋白酶,miR-146a可以逆转缺血或低氧诱导心肌细胞中caspase-3的激活,对心肌细胞凋亡起保护作用[22]。P38 MAPK的磷酸化激活在缺血诱导的心肌凋亡损伤中起重要的作用,P38 MAPK抑制剂SB230580对心肌细胞的损伤起保护作用,研究发现miR-146a通过TRAF6-p-p38 MAPK 信号通路发挥作用[30]。二氮嗪(diazoxide)可通过NF-κB依赖的miR-146a的表达促进间充质干细胞的存活,miR-146a抑制剂阻断miR-146a的表达可消除二氮嗪的心机保护效应,研究发现过表达miR-146a可通过靶向Fas mRNA的3’非编码区下调Fas的表达,miR-146a通过该机制减轻心肌缺血再灌注损伤所致的心肌细胞的凋亡[31]。

6 miR-146a与CHD药物治疗

一组CHD药物治疗的随机对照研究显示,药物未处理前CHD患者外周血单核细胞中miR-146a/b的表达显著高于非CHD患者,将CHD患者随机分成两组分别接受阿托伐他汀(atorvastatin)+替米沙坦(telmisartan)和阿托伐他汀+依那普利(enalapril)治疗12个月后两组患者的外周血单核细胞中的miR-146a/b的表达水平与药物治疗前相比较均有下降,而且在随后的12个月的随访中miR-146a/b的表达持续下降[32],但是相关机制尚未阐明,需要进一步研究他汀类药物联合血管紧张素受体抑制剂(ARB)或血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)对miR-146a/b表达影响的相关机制。

7 结语

综上所述,miR-146a主要通过调节炎症反应参与CHD的发生发展。促炎因子浓度和NF-κB转录活性可以调节miR-146a的表达水平,miR-146a也可以通过IRAK1和 TRAF6抑制NF-κB转录活性。但是,miR-146a对NF-κB通路的影响还存在争议,有研究显示miR-146a增强NF-κB通路的转录活性[33],也有研究提示miR-146a不影响IRAK1和 TRAF6 mRNA的转录水平[34]。考虑其中原因可能有:(1)miR-146a作用的细胞不同或细胞所处环境不同;(2) miRNA和靶基因是多重对应关系,一个miRNA可以作用于多个靶基因或一个靶基因受多个miRNA调控;(3) 疾病相关信号通路的激活或抑制还存在其他尚不清楚的调控机制。因此,还需要更多的研究来阐明miR-146a与CHD发生发展的相关机制,为临床CHD治疗提供更多的思路。