MicroRNA与室性心律失常关系的研究进展

唐诗倩，钟江华，陆士娟

(中南大学湘雅医学院附属海口医院，海口570000)

室性心律失常的临床发生率逐年提高，严重影响着人类的健康。室性心律失常的发生与心脏的电功能密切相关，是心脏心肌正常激活或搏动的异常或扰动。室性心律失常的发生机制包括自律性(心肌细胞自动去极化并产生动作电位的能力)异常、触发活动(由先前动作电位诱发的膜电压的去极化振荡)和折返激动[1]。越来越多的研究表明，微小RNA(microRNA，以下简称miRNA)与室性心律失常密切相关，并且在室性心律失常起始和发展中起重要作用。本文对近年研究发现的与室性心律失常相关的miRNA进行综述。

1 miRNA的生物学基础

miRNA是小的(长约22个核苷酸)非编码RNA，其通过结合信使RNA(mRNA)内的互补序列来调节基因表达。1993年在线虫中发现了第一个miRNA——lin-4，2001年证实了miRNA在脊椎动物中广泛存在。miRNA首先在细胞核中被转录为含有一个茎环二级结构的长Pri-miRNA转录物，然后核RNA裂解酶剪接或切割该长Pri-miRNA转录物，形成前miRNA，再由细胞质RNA裂解酶Dicer去除前miRNA的末端环，产生长约22个核苷酸的成熟miRNA双链。随后，其中一条链被降解，另一条5′端不稳定的链被结合到RNA诱导的沉默复合物(RISC)。RISC是一种多蛋白复合物，它使用单链miRNA作为模板，以识别互补信使RNA(mRNA)，通过互补序列的结合，调节mRNA翻译或降解来抑制基因表达，从而在生物学过程中发挥多种功能。

动物的miRNA通过与mRNA靶区域的不完全关联来实现这种调节。人类基因组可能编码超过1 800种miRNA ，其靶向人类基因的约60%。因此，miRNA可能参与大多数生物过程。据报道，miRNA可调节体内许多复杂的过程，各种miRNA的异常表达与许多疾病状态有关，包括癌症、糖尿病、系统性红斑狼疮和心血管疾病(心力衰竭、肥大、传导障碍和心律失常)等。多种miRNA参与致心律失常机制，并且不同的miRNA在心脏的不同病理条件下参与不同类型的心律失常[2]。

2 与室性心律失常相关的miRNA

2.1 miRNA-1(miR-1) miR-1是肌肉特异性miRNA，并在心脏发育、功能和疾病中发挥重要作用。miR-1由两个几乎相同的基因编码：miR-1-1和miR-1-2，分别在染色体20和18上[3]。

Cx43和Kir2.1是室性心律失常中至关重要的蛋白质。在心脏传导中，miR-1可抑制GJA1(Cx43)，其在心脏自动性中靶向HCN2和HCN4，在心脏复极中抑制KCNA5，KCNE1、KCND2和KCNJ2(Kir2.1)，并且在心脏去极化靶标CACNA1C。miR-1过表达可通过转录后抑制KCNJ2(其编码K+通道亚基Kir2.1)和GJA1(其编码Cx43)，减缓了传导并使细胞质膜去极化从而导致室性心律失常， 而消除梗死大鼠心脏中的miR-1，减轻室性心律失常[4]。

miR-1参与调节Cx43的表达和活性。Cx43是心肌中表达最高的蛋白质，用于调节哺乳动物心脏的细胞间连接。Cx43的显著减少或缺乏可导致室性心律失常[5]。研究表明，血管紧张素Ⅱ1型受体激活可使c-Src酪氨酸激酶介导的Cx43从缝隙连接处移位，从而引起室性心动过速(VT)导致的心室颤动(VF)[6]。Curcio等[7]研究表明，治疗压力超负荷诱导的心肌细胞肥大通过使miR-1表达水平正常化，从而使间隙连接内的Cx43表达和活性稳定化，降低危及生命的室性快速性心律失常的风险。但是，目前尚不完全了解Cx43失调为何会引起室性心律失常的风险增加。

miR-1也在转录后抑制钾电压门控通道亚家族J成员2(KCNJ2)，其编码钾通道亚基Kir2.1，其是介导I K1的主要K+通道亚基，负责设定和维持心脏静息膜电位。Yang等[8]研究发现，miR-1过表达通过转录后抑制KCNJ2来减缓传导并使细胞质膜去极化，导致VT和VF。此外，有研究表明β-肾上腺素能受体-cAMP-蛋白激酶A(PKA)信号通路可以刺激miR-1和血清应答因子(SRF)的表达，促成缺血性心律失常，如VT，而β-受体阻断剂通过抑制β-肾上腺素受体-cAMP- PKA信号通路，抑制SRF表达和下调miR-1，这可能是一种新的缺血心肌保护策略[9]。因此，GJA1和KCNJ2可能不是miR-1的惟一离子通道靶标，它也能够通过抑制其他基因，如SCN5A、CACNA1C、KCND2、KCNA5和KCNE1 等，参与室性心律失常的发生。

2.2 miR-21 miR-21是心血管系统中高度表达的miRNA，其在所有主要类型的心血管细胞中高表达，包括血管平滑肌细胞(VSMC)、内皮细胞、心肌细胞和心脏成纤维细胞。

Hsueh等[1]研究发现，慢性肾脏病(CKD)大鼠心脏离子通道和钙处理异常，会导致早期去极化，触发活动和室性心律失常，并且观察到TGF-β、miR-21和钠钙交换蛋白1的mRNA水平上调。Neckar等[10]观察到在心脏缺血/再灌注(I/R)损伤中，冠状动脉再灌注后立即观察到频繁的室性期前收缩(VPB)、VT、VF和二度或三度房室传导阻滞。而Han等[11]在心肌I/R损伤的大鼠模型中发现，miR-21的过表达可以通过靶向特定基因发挥抗细胞凋亡作用来减弱I/R损伤，有效保护心肌细胞，防止心律不齐(如VPB、VT、VF等)。Yang等[12]研究表明，miR-21通过靶向KBTBD7，抑制p38和NF-κB信号激活来抑制心肌梗死早期的炎症反应，从而防止过度瘢痕形成并改善心脏功能。结合miR-21在心肌细胞凋亡中的对心肌细胞的保护作用及其在心肌缺血后炎症中的抑制功能，miR-21可能是用于治疗室性心律失常和心肌梗死的药物开发的新靶标。

2.3 miR-130a miR-130a位于11号染色体上，其成熟序列分布在第11位的核苷酸中[13]。 迄今为止，关于miR-130a的心血管功能知之甚少。Matkovich等[14]研究发现，与正常心脏相比，在人类心力衰竭中，miR-130a的水平显著升高。由此推断成年心肌细胞中miR-130a的过表达会导致心脏功能异常。Osbourne等[15]研究发现，miR-130a在成人心肌中的过表达时，会导致Cx43蛋白下调，从而引起室性心律失常和心室功能障碍。而Mazurek等[16]则发现，在αMHC-miR130a转基因小鼠中，miR-130a过表达导致的桥粒蛋白DSC2的减少促进了桥粒功能紊乱，这可能导致高度致室性心律失常的表型。这些发现表明，miR-130a的过度表达对室性心律失常的发病机制起重要作用。

2.4 miR-133 与miR-1一样，miR-133是最丰富的心脏特异性miRNA。miR-133家族包含两种miRNA：miR-133a和miR-133b。miR-133a可以由两种不同的基因产生：miR-133a-1和miR-133a-2。miR-133a-1、miR-133a-2和miR-133b分别位于染色体18、2、1上。其异常表达与骨骼肌和心肌中的许多疾病有关，例如心脏肥大、肌营养不良、心力衰竭、室性心律失常[17]。

研究表明 ，miR-133通过靶向KCNH2(HERG)和KCNQ1来控制心脏复极化，也有证据表明它还通过靶向HCN2来调节心脏传导和自动性[18]。据报道，过度表达的miR-133可以抑制心脏钾离子通道蛋白醚-a-go-go(ERG)，导致复极和QT延长缓慢，最终导致室性心律失常[17]。也有研究证明，miR-133a靶向编码Kv7.1的KCNQ1 mRNA，Kv7.1是负责I Ks的电压门控K+通道的成孔亚基(即缓慢延迟整流心脏K+电流)，从而破坏心脏复极，导致致命的室性快速性心律失常[19]。HCN2是miR-133的重要离子通道靶标之一，在确定心脏自动性方面起着重要作用。 在一个左心室肥大的大鼠模型中，HCN2增加，而miR-133减少，表明这种下调导致HCN2在重塑中重新表达。另一种伴有逐渐进展的心肌疾病的小鼠模型在8周龄时死于室性心律失常，其心室中过度表达HCN2，表明HCN2过度表达可能导致室性心律失常[20]。此外，Chen等[21]研究表明，miR-133转染的间充质干细胞(MSCs)在心肌梗死大鼠模型中可明显改善心功能。 以上研究表明，miR-133在心肌梗死、心脏传导、心脏模式调节、血管生成、心脏肥大、纤维化和心脏保护中发挥关键作用，过表达miR-133的MSCs的移植可为心脏修复和心脏相关疾病的调节提供有效的策略，因此 miR-133可以作为心血管疾病的潜在诊断生物标志物和治疗靶标[22]。

2.5 miR-208 miR-208家族由miR-208a、miR-208b和由α-心肌肌球蛋白重链基因编码的miR-499组成。miR-208a仅在心脏中表达，而miR- 208b和miR-499在胚胎心脏和骨骼肌中表达。大量研究表明，miR-208家族的异位表达与心血管疾病的发生和发展密切相关，并且已经证实miR-208a是心脏正常传导的必需分子[23]。 Callis等[24]研究发现，miR-208a转基因小鼠的PR间期显着延长，部分显示出二度房室阻滞，表明miR-208a是维持Cx40表达所必需的，Cx40的表达与心律失常有关。由此证明miR-208a足以诱导心律失常，miR-208a功能的获得和丧失与心律失常有关。此外，Bostjancic等[25]研究发现，miR-208a在心肌梗死患者中显着上调，并且与没有VF/VT的患者相比，在具有VF/VT的心肌梗死患者中显着下调，表明严重的室性心律失常如VF/VT也与miR-208a相关。因此，miR-208a作为涉及电重构的基因的转录后调节因子，可以为室性心律失常治疗提供策略。

2.6 miR-223-3p miR-223-3p是一种造血特异性miRNA，在髓系谱系发育和粒细胞分化中发挥重要作用 。研究表明，在心肌梗死和心绞痛患者血清中，miR-223-3p表达水平显著上调，提示升高的血清miR-223-3p为急性心肌梗死和心绞痛诊断的miRNA生物标志物之一[26]。vanRooij等[27]研究发现，miR-223-3p在缺血心肌中的表达水平升高，导致增加诱发室性心律失常的易感性。但是目前还不清楚循环和心肌miR-223-3p之间的关系。Liu等[28]研究发现，急性心肌梗死大鼠中miR-223-3p的上调抑制了KCND2/Kv4.2的表达，引起Ito密度减少，导致APD延长，促进缺血性心律失常，如室性早搏(PVC)、VT和VF，并且通过其反义抑制剂敲低内源性miR-223-3p抑制了由急性心肌梗死诱导的室性心律失常，表明该miRNA是缺血性室性心律失常抗心律失常治疗的潜在新分子靶标。

2.7 其他miRNA 此外，还发现其他miRNA与室性心律失常相关。Zhang等[29]研究发现，与非雌激素缺乏大鼠相比，雌激素缺乏大鼠急性心肌缺血引起的室性心律失常易感性增加与miR-151-5p的下调有关。Blanco等[30]研究表明，慢性心力衰竭患者发生室性心律失常的风险与miR-155相关。Jin等[31]研究发现，成年小鼠心肌细胞中miR-206过表达强烈抑制了Cx43表达，并且miR-206过表达转基因小鼠中Cx43的丧失导致异常心率和PR间期，从而诱导室性快速性心律失常。Sommariva等[32]研究发现，与健康人对照， miR-320a在致心律失常性心脏病(ACM)患者中表现出统计学上显著低表达。Yamada等[33]首次证实，在具有室性心律失常的确切致心律失常性右心室心肌病(ARVC)患者中，血浆miR- 494水平显著升高，并且在ARVC患者中，消融后复发的VA与血浆中升高的miR-494水平有关。

miRNA在心血管疾病的形成及发展过程中发挥着十分重要的作用，虽然目前有关miRNA与心血管疾病的研究还处于起步阶段，但却为心脏疾病的诊断治疗开辟了基因水平治疗的新领域。在治疗室性心律失常方面，尽管已发现许多与室性心律失常发生紧密相关的miRNA，但这仅仅是一小部分。而且，目前对miRNA的作用及机制的认识仍很局限，对于如何安全、高效、特异、靶组织定向性地干预miRNA的表达等问题尚需探索。需要进一步探索miRNA与血管疾病的相关性，开发新的治疗领域。