miRNA对心肌细胞肥大的调控作用及在心肌肥厚发病中的分子生物学作用机制研究进展

朱贲贲，白在先，杨鹏杰

内蒙古医科大学附属人民医院，呼和浩特 010020

心肌肥厚是由多种因素引起的心肌组织超负荷的适应性反应，可分为生理性和病理性。生理性心肌肥厚常见于儿童、运动员以及妊娠期妇女，疾病进展缓慢且具有可逆性。病理性心肌肥厚多是由高血压、心肌梗死等引起的，是心脑血管事件的独立危险因素。持续的病理性心肌肥厚最终可导致扩张性心肌病、心力衰竭和猝死。微小RNA(miRNA)是真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，长度为19～25个核苷酸。miRNA存在多种形式，最原始的Pri-miRNA，长度为300～1 000个碱基。Pri-miRNA经过一次加工后，成为Pre-miRNA即microRNA前体，长度为70～90个碱基。miRNA在调控发育过程中具有抑制靶mRNA转录、翻译或者通过剪切靶mRNA促进其降解等重要作用。近年来，因miRNA在生物过程中的调节作用及其在各类疾病(视网膜病症、神经退行性疾病、心血管疾病和癌症等)发生发展中的作用而被广泛研究[1]。在心血管系统中，miRNA控制各种细胞(如心肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞等)的功能，并在肌肥厚、心肌梗死、心肌纤维化、心力衰竭、心律失常、炎症反应和动脉粥样硬化等疾病中起至关重要的作用。近年大量研究表明，miRNA可通过调节细胞代谢、增殖、免疫反应等参与调节心肌肥厚的发生发展[2]。现就miRNA对心肌细胞肥大的调控作用及在心肌肥厚发病中的分子生物学作用机制研究进展情况综述如下。

1 miRNA对心肌细胞肥大的调控作用

miRNA作为基因转录后的调节剂在心肌细胞的功能中具有重要作用，它们可通过在心肌细胞中的特异性表达，正向或负向调节心肌细胞分化、肥大、增殖和凋亡，短期内加重实验动物心肌肥厚，从而影响疾病的进展。

1.1 miRNA对心肌细胞肥大的正向调控作用 miR-22是心肌细胞肥大和心脏重塑的关键调节因子，其过表达足以诱导心肌细胞肥大[3]。在新生大鼠心肌细胞中miR-22的过表达引起心肌细胞肥大，同时诱导心肌细胞肥大标志物如利钠肽A A(Nppa)基因的表达；而miR-22的低表达可减弱了苯肾上腺素、异丙肾上腺素或血管紧张素Ⅱ(Ang-Ⅱ)引起的心肌细胞肥大[4]。miR-206在体内和体外过度表达均导致心肌细胞肥大，而抑制miR-206的表达则加剧缺血/再灌注损伤并阻碍了心肌细胞肥大[5]。还有一些报道同样支持miRNA的促心肌肥厚的作用。Sassi等[6]利用miR-29 ab1-/-b2c+/-和ab1+/+b2c-/-两组小鼠进行主动脉缩窄(TAC)处理，发现两组小鼠的miR-29较野生型分别减少了60%和40%。进一步研究发现，miR-29 ab1-/-b2c+/-和ab1+/+b2c-/-两组小鼠较野生型小鼠心脏的重量、心肌肥厚显著降低，心肌肥厚的标记物利钠肽A(Nppa)和Myh7/Myh6表达也显著降低。这证实miR-29的缺失可以保护心脏因负荷过大引起心肌肥厚。Li等[7]发现，miR-328在转基因小鼠心脏中过表达后，通过对SERCA2的靶向作用促进心肌肥厚。另外miR-155、miR-21等对心肌细胞肥大的发生也起着促进作用[8,9]。

1.2 miRNA对心肌细胞肥大的负向调控作用 不同的miRNA对于心肌细胞肥大的作用也不一致。大量文献报道，miRNA与心肌细胞肥大的负调控有关。已知miR-1在心力衰竭的代偿期可逆转心肌细胞肥大，通过体内miR-1基因表达的慢性恢复，使肥大的心肌细胞发生退行改变，从而保护因超负荷压力引起的心脏重塑。在升主动脉狭窄的SD大鼠中，给予腺病毒血清型-9，可恢复miR-1表达，进而使肥大的心肌细胞消退，心肌纤维化和减少凋亡，并使MAPK信号通路失活[10]。在异丙肾上腺素诱导的心力衰竭小鼠中，尾静脉注射miR-1a-3pagomir(agomir-1)可减少小鼠心肌细胞肥大、心肌纤维化和凋亡。研究者进一步发现，miR-1a-3p通过增强线粒体ND1和COX1的表达减轻异丙肾上腺素诱发的心力衰竭[11]。肌醇1,4,5-三磷酸酯受体(IP3Rs)是在所有组织中普遍表达的钙通道家族，miR-133是钙通道拮抗剂。在超负荷压力或神经激素刺激下的心肌细胞肥大反应中，通过下调miR-133使IP(3)RⅡ水平增加，从而促进心肌细胞肥大钙信号的传递和伴随的病理改变[12]。在另一项研究[13]中，使用1型血管紧张素Ⅱ受体(AT1R)治疗患有甲状腺功能亢进的大鼠时会导致甲状腺激素水平降低，进而导致大鼠心肌细胞肥大。此时体内miR-133被下调，其靶标SERCA2a和钙调磷酸酶被上调。这些结果表明，miR-133通过不同的机制在心肌肥厚中起关键作用。另外He等[14]认为，在心肌细胞肥大中下调miR-30b-5p的表达可抑制Ca/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ的表达，表明miR-30b-5p可能是肥大性抑制剂。miR-101、miR-185等对心肌细胞肥大的发生也起到了抑制作用[15,16]。

1.3 miRNA对动物心肌肥厚的作用 Wu等[17]将小鼠进行TAC处理，并给予mir-455治疗，2周后对部分小鼠进行超声心动图和血流动力学检查，TAC诱导的心肌肥厚特征显著加重；4周后，与对照组相比，经miR-455治疗的小鼠左心室壁厚度虽降低，但左心室腔尺寸未见明显增大，同时左心室收缩力也未见明显降低，仍旧保持心肌肥厚的状态。实验结果表明，miR-455在短期内加重了心肌肥厚，但长期却减轻了病理性心肌细胞的重塑。因此，miR-455基因的替代疗法可能是一种潜在的治疗策略，可通过在心肌肥厚后的不同时间点调节miR-455来逆转压力引起的心肌肥厚并阻止心脏重塑的发生。

2 miRNA在心肌肥厚发病中的分子生物学作用机制

miRNA影响心肌肥厚的分子生物学机制是多途径的。关于miRNA发挥正调控的作用机制，文献[6]报道miR-22可能通过抑制Pten来影响心肌肥厚，可能涉及磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)-9蛋白激酶B(AKT)。miR-212/132家族在不同的肥大刺激(例如Ang-Ⅱ，去氧肾上腺素或胰岛素样生长因子)后的心肌细胞中以及在TAC小鼠的心脏组织中上调。两种miRNA似乎都靶向并负调节抗肥大和自噬的(FoxO3)转录因子的表达，并激活肥大型钙调神经磷酸酶/激活的T细胞(NFAT)信号通路的核因子[18]。

Li等[19]通过TAC建立大鼠心肌肥厚模型，在心肌肥厚组织中，自噬相关蛋白Atg-5表达上调，而miR-181a表达下调，说明miR-181a表达下调可能促进心肌细胞自噬的增强。接着用血管紧张素受体Ⅱ(AngⅡ)刺激大鼠原代心肌细胞，用自噬抑制剂3-MA抑制Atg-5的表达，从而改善Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大；而Atg-5的过表达，增强心肌细胞自噬相关蛋白和肥大基因的表达。因此miR-181a通过调节Atg-5诱导的心肌自噬，下调Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大。Wu等[20]发现，miR-365通过调节Skp2的表达抑制自噬，从而加速心肌肥厚。这说明，细胞自噬的失调可以引起心肌肥厚，miRNA是可以控制细胞自噬的机制之一。

除了上述钙调蛋白/钙调神经磷酸酶/活化T细胞核因子和自噬相关通路外，Wang等[21]将小鼠进行TAC处理建立小鼠心肌肥厚模型。4周后与对照组相比，miR-10a表达明显受抑制，TBX5水平显著升高，这提示miR-10a和TBX5可能参与心肌肥厚的过程。同时miR-10a在心肌细胞的过度表达可显著抑制TBX5的mRNA和蛋白表达，而miR-10a抑制剂有相反的效果。这表明miR-10a通过对TBX5的靶向作用来抑制心肌肥厚。Liu等[22]发现，miR-26a可能通过抑制GAT4起到抑制心肌肥厚的作用。GATA4是miR-26a的直接靶标，GATA4的过表达消除了miR-26a在心脏肥大中的抑制功能。因此猜测miR-26a可能通过抑制GATA4发挥抗肥大作用。另有研究发现，TAC处理的大鼠和经苯肾上腺素治疗的新生大鼠心肌细胞中均发现miR-1的降低。用miR-1激动剂或CDK6 siRNA处理均可减少心肌细胞的大小，ANF的表达和β-MHC和磷酸化的pRb。因此，我们认为CDK6-Rb通路的激活有助于心肌肥厚的过程中miR-1的减弱[23]。

以上研究成果虽然在一定水平上论证了miRNA正调控或负调控心肌肥厚，但其参与的调控都是多方面、多靶点的，因此miRNA影响心肌肥厚的机制有待进一步研究。

通过miRNA对心肌细胞的调控作用及其在心肌肥厚发病中的分子生物机制的学习，我们知道，目前关于miRNA疗法可归为两类，即miRNA再表达疗法和miRNA抑制疗法。Zhang等[24]则证实了葛根素可通过增加miR-15b/195表达和抑制TGF-β信号通路减慢心肌肥厚的进展。研究[25]发现通过调节miR-27和EHMT1/2的表达可以防止H3K9甲基化损失从而缓解心肌肥厚的进展。Ren等[26]认为，阿伐他汀可通过下调miR-31的表达来缓解由于慢性间断性缺氧导致的心肌肥厚。Fan等[27]发现白藜芦醇可以通过模拟BRCA1进一步促进miR-155的基因缺失，从而防止因压力过载或体内agomiR-155转染引起的心肌肥厚，这些研究都可能是治疗心肌肥厚的新策略。此外，由于 miRNA具有在血浆、血清中稳定、易检测的特点，因此可被用作生物标记物。Li等[7]认为，循环miR-133a可以作为预测慢性血液病患者的心肌肥厚的生物标志物。Zhang等[28]研究，miR-29a和miR-29因其在不同类型心肌肥厚中显示出不同的特征，可以作为临床上区分梗阻型和非梗阻型心肌病的生物标记物。虽然这些实验为miRNA治疗心肌肥厚打开了的门，但是想要将其直接应用到临床，仍旧需要进一步的实验来确保临床效果。

综上所述，miRNA作为基因转录后的调节剂在心肌细胞的功能中具有重要作用，它们可通过在心肌细胞中的特异性表达，正向或负向调节心肌细胞分化、肥大、增殖和凋亡，短期内加重实验动物心肌肥厚，从而影响疾病的进展；miRNA影响心肌肥厚的分子生物学机制是多途径的。miRNA调节心血管疾病的详细分子机制仍需进一步研究。在以miRNA为基础的临床治疗的道路上，最大的未知数是如何有效地将miRNA模拟及其抑制剂传递给靶器官，只有经过严格的基础和临床研究，我们才会对这些问题有进一步的答案。