miR-21与心肌纤维化关系的研究进展

张倩，赵新湘，孙林

(昆明医科大学第二附属医院，昆明650000)

miRNA是近年发现的一大类长度约为22个单核苷酸的内源性非编码单链小分子RNA[1]，在诸多细胞进程中执行重要的调控功能。miR-21作为miRNA家族中的一员，可参与多种心血管疾病的发生、发展[2～4]。研究显示，miR-21在几乎所有的心血管细胞，包括心肌细胞、心肌成纤维细胞、血管平滑肌细胞及内皮细胞中均有表达[5]，且在心肌成纤维细胞中的表达明显高于心肌细胞[2，6，7]。本文就miR-21与心肌纤维化关系的研究进展作一综述。

1 miR-21与心肌纤维化的关系

成纤维细胞是心肌中最丰富的细胞类型之一[8]。虽然心肌成纤维细胞在器官发育过程中具有高度活性，但成人心肌成纤维细胞是静止的，仅保持细胞外基质的低水平更替。当心肌受到机械性、缺血性或炎症性损伤时，成纤维细胞被激活，产生过量的细胞外基质，继而导致心肌纤维化形成及进展[9，10]。

心肌纤维化是心脏功能不全发生的重要病理因素。研究发现，miR-21在纤维化心肌中高表达，且表达量随着心功能不全程度加重而增加；miR-21通过调节成纤维细胞的存活和生长因子的分泌来调控间质纤维化程度[6]；miR-21在心肌成纤维细胞和纤维化组织中的表达均增加[11]。miR-21抑制剂可抑制心肌成纤维细胞增殖，而受损心肌中肌成纤维细胞迅速增加[12]。内皮-间叶组织转化(EndoMT)是心肌成纤维细胞来源的最重要方式[13]。EndoMT是一个复杂的过程，可使内皮细胞获得间叶组织细胞表型，表现出间叶组织特性，此过程主要发起者是转化生长因子β(TGF-β)。TGF-β信号通路是调控成纤维细胞增殖与分化的主要信号通路。Kumarswamy等[14]研究证实，miR-21通过PTEN/Akt通路参与TGF-β介导的EndoMT过程。Cheng等[15]报道，TGF-β可诱导纤维化心肌组织高表达 miR-21，Celastrol及LY2109761(TGF-β抑制剂)可降低TGF-β诱导的miR-21表达。TGF-β下调可抑制心肌纤维化，故TGF-β被认为是心肌纤维化过程中的关键分子[16]。Liu等[17]和Zhong等[18]研究表明，在肺和肾纤维化过程中miR-21表达增加，进一步佐证了miR-21在促进EndoMT过程中的作用。

2 miR-21介导心肌纤维化的机制

miR-21介导心肌纤维化形成及发展的机制一是通过调控成纤维细胞增殖与分化的Smads和CADM1/STAT3途径，促进心肌纤维化细胞增殖及分化；二是通过调控成纤维细胞凋亡的MAPK/ERK、PTEN/MMP-2以及PDCD4/SPRY1等途径，抑制心肌纤维化细胞凋亡[19～22]。

2.1 促进成纤维细胞增殖与分化

2.1.1 Smad3途径 研究证实，Smad3主要参与肌成纤维细胞转分化和介导TGF-β诱导的细胞外基质合成及TIMP上调[23，24]。抑制Smad3信号可防止心室纤维化重塑。Liang等[25]研究发现，在心肌纤维化过程中，miR-21可直接在蛋白质水平上下调TGF-β蛋白Ⅲ(TGF-βGⅢ)。相反，TGF-βGⅢ通过抑制TGF-β1产生和Smad3磷酸化来调节miR-21表达，进而降低心肌成纤维细胞中的胶原分泌[26]。

2.1.2 Smad7途径 郭东等[26]研究证实，miR-21通过抑制Smad7基因表达，激活成纤维细胞，进而促进其增殖与分化。Smad7基因能抑制TGF-β信号转导通路，通过与细胞膜上的TGF-β受体竞争性结合，阻断TGF-β信号在胞质内的传导[27]。抑制TGF-β/Smads信号通路可减轻糖尿病导致的心肌纤维化[28]。郭东等[26]研究表明，miR-21表达在梗死交界区明显上调，通过抑制靶基因Smad7表达，进而促进TGF-β介导的成纤维细胞增殖与分化，最终促进梗死心肌组织的修复。

2.1.3 CADM1/STAT3途径 Cao等[11]研究表明，miR-21过表达与心肌成纤维细胞中的CADM1/STAT3相关，STAT3 mRNA和蛋白表达在活化的成纤维细胞和纤维化组织中增加。miR-21抑制CADM1可能导致STAT3表达上调，CADM1可能通过抑制STAT3活性，继而抑制细胞增殖。TGF-β通过STAT3诱导成纤维细胞增殖与分化，而CADM1 mRNA和蛋白表达在心肌纤维化组织和成纤维细胞中显著降低。有研究采用miR-21模拟物和抑制剂处理心肌成纤维细胞，观察了CADM1/STAT3变化，发现miR-21可抑制CADM1表达。因此推测，miR-21通过CADM1/STAT3途径促进心肌成纤维细胞增殖、分化和心肌纤维化。miR-21、CADM1和STAT3有可能作为成纤维细胞活化和纤维化的治疗靶点。

2.2 抑制成纤维细胞凋亡

2.2.1 MAPK/ERK途径 miR-21可通过MAPK/ERK信号转导途径抑制心肌成纤维细胞凋亡。Thum等[6]报道，上调miR-21表达可增强MAPK/ERK通路的信号转导，抑制成纤维细胞凋亡，从而促进心肌纤维化。miR-21基因沉默则可抑制MAPK/ERK通路的信号转导，从而抑制心肌纤维化，改善心功能。与此同时，miR-21在心肌成纤维细胞中的异常表达也会抑制SPRY1蛋白表达，间接导致MAPK/ERK通路激酶活性增加，从而促进心肌纤维化和心脏重构[6]。TGF-β1是miR-21的上游正调节因子。TGF-β1介导的miR-21上调可促进心肌纤维化[14]。Cheng等[15]研究表明，由celastrol引起心肌纤维化的机制与miR-21/ERK下调有关，celastrol通过抑制TGF-β1/miR-21信号转导通路进而抑制心肌纤维化[25]。

2.2.2 PTEN/MMP-2途径 TGF-β1通过抑制MMP表达和诱导蛋白酶抑制剂合成来抑制蛋白酶降解细胞外基质的活性[29]。PTEN是miR-21作用的重要靶分子，miR-21水平升高可通过抑制PTEN基因表达产物PI3K和PKB的表达来抑制PTEN功能，抑制梗死区心肌成纤维细胞中MMP-2表达，抑制心肌成纤维细胞凋亡，从而介导细胞外基质降解。

2.2.3 PDCD4/SPRY1途径 在细胞外间质纤维发生EndoMT的过程中，程序性细胞死亡因子4(PDCD4)和Sprouty同源物1(SPRY1)作为miR-21的靶基因，可促进成纤维细胞表型的发展，参与miR-21调节的心肌纤维化过程[30]。此外，miR-21介导的PDCD4和SPRY1靶向作用还间接促进许多细胞外间质中纤维化标志物的表达。miR-21不仅是最容易调节的miRNA，而且是心脏中促进EndoMT发生最重要的miRNA，可通过直接靶向PDCD4和SPRY1来促进EndoMT形成。但PDCD4和SPRY1效应并不能完全解释miR-21的所有表型效应。

2.2.4 Bcl-2途径 癌基因Bcl-2是抑制心肌细胞凋亡的重要介质，Bax是促进线粒体途径细胞凋亡的重要蛋白[31，32]，二者能调控心肌细胞凋亡。Bcl-2是心肌成纤维细胞、血管内皮细胞甚至肿瘤细胞中重要的细胞凋亡抑制因子。Dong等[2]研究发现，miR-21可调节Bcl-2表达。研究发现，抑制miR-21表达可导致Bcl-2表达降低，而miR-21过表达则可导致Bcl-2表达升高。提示miR-21通过上调抗凋亡基因Bcl-2表达而抑制心肌成纤维细胞凋亡。

2.2.5 FasL途径 在心力衰竭及心肌缺血过程中，FasL是心肌细胞凋亡通路的主要活化因子，可介导心肌梗死引起的细胞凋亡。Sayed等[21]在缺氧环境下观测到心肌组织中miR-21表达降低，并证实miR-21靶向调节FasL。在长期的心肌缺氧过程中，miR-21下调对增强该蛋白的表达具有重要意义。过表达miR-21的转基因大鼠能抑制PTEN及FasL的表达上调，缩小梗死面积及抑制心力衰竭进展。

综上所述，miR-21通过多种途径介导心肌纤维化的形成及发展。一方面通过调控成纤维细胞增殖与分化的Smads和CADM1/STAT3途径，促进心肌纤维化细胞增殖及分化；另一方面通过调控成纤维凋亡的MAPK/ERK、PTEN/MMP-2以及PDCD4/SPRY1等途径，抑制心肌纤维化细胞凋亡。但miR-21在心肌纤维化中的多种信号传导通路存在一定交叉，可同时作用于多种信号通路来调节心肌纤维化。