微小RNA对心房颤动的影响

王超 钟国强

近年来,微小RNA(miRNA)在心房颤动(简称房颤)中的调控作用成为研究热点[1],研究表明miRNA 与心房电重构、结构重构和自主神经重构密切相关,从而导致房颤的发生。miRNA 参与广泛的心房重构过程,笔者主要综述部分相关的miRNA 参与心房电重构、结构重构和自主神经重构以及作为房颤诊疗和预后判断的潜在生物标志物及治疗靶点的作用。

1 miRNA与心房电重构

1.1 miRNA-1 miRNA-1 是一种肌肉特异的miRNA,在心房和心室中都大量表达。对于心室肌细胞,miRNA-1 通过调控离子通道的表达,使离子流发生变化,动作电位时程延长,室内传导减慢,心电图表现为QRS波增宽[2]。房颤的发生与内向整流性钾离子流(IK1)增加密切相关,而miRNA-1可调节IK1通道的蛋白表达。冠状动脉疾病时,miRNA-1表达减少,IK1通道亚单位Kir2.1上调,使IK1电流增加,从而促进房颤发生。研究结果表明,与对照组相比,持续性房颤患者miRNA-1水平明显降低,而Kir2.1表达增加,即miRNA-1和Kir2.1 表达水平呈反比关系,这些结果提示,miRNA-1可靶向调节IK1通道,在房颤电重构中起重要作用,可作为房颤潜在的治疗靶点,因而具有重大临床意义[3]。Terentyev等[4]研究发现,过表达miRNA-1可使基质网兰尼碱受体2(RyR2)过磷酸化激活,钙离子释放增减,导致房颤的发生。此外,外源性miRNA-1干预能逆转压力负荷导致的心脏肥大和纤维化,miRNA-1过表达后,通过降解Fbln-2的m RNA,抑制细胞外基质的增加,抑制心肌纤维化,参与心房结构重构[5]。

1.2 miRNA-328 Lu等[6]对有无房颤的人和犬进行研究,发现与无房颤的人和犬相比,有房颤的人和犬心房肌组织中miRNA-328分 别 升 高3.9 倍 和3.5 倍,L-型 钙 离 子 通 道(LTCC)电流密度降低,动作电位时程缩短。进一步研究发现,miRNA-328的同源靶基因分别是编码心房肌细胞蛋白钙离子通道α1c-和β1-亚基的CACNA1C和CACNB1基因,且miRNA-328 水平与LTCC 蛋白亚基表达呈反比,提示miRNA-328可能通过影响LTCC基因表达而致心房发生电重构,从而促进房颤的发生。Mancarella等[7]同样证实在心肌其他离子流没有变化的情况下,抑制LTCC蛋白α亚基可以触发心律失常,心电图表现为窦性心动过缓和房室传导阻滞,并增强房颤发作的易感性。以上研究表明,miRNA-328过表达可抑制LTCC,使LTCC 电流降低,动作电位时程缩短,促发房颤发生。

1.3 miRNA-499 miRNA 对心肌细胞离子通道基因表达起重要调节作用,并参与包括房颤在内的心律失常的电重构[8]。有研究发现心房肌细胞小电导钙激活钾离子通道3(SK3)的基因KCNN3 与房颤发生密切相关。Ling等[9]研究发现miRNA-499在房颤患者心房组织中上调,而SK3表达下调。体外细胞研究发现,在HL-1细胞中转染miRNA-499模拟物可导致SK3表达下调,而转染miRNA-499抑制剂则上调SK3 的蛋白表达。采用荧光素酶基因检测证实miRNA-499与KCNN3的3＇非翻译区结合。这些结果表明房颤时心房miRNA-499 明显上调,导致SK3 下调,触发房颤发生,提示miRNA-499在房颤发生中起关键作用,促进房颤时心房电重构的发生。

1.4 miRNA-208 miRNA-208 为心脏特异性miRNA,有miRNA-208a和miRNA-208b两种亚型,分别在心脏发育的不同阶段表达。Cañón等[10]用荧光素酶研究测定证实L-型钙离子通道α1c-和β1-亚基CACNA1C 和CACNB2 基因是miRNA-208a和miRNA-208b的直接靶标。同时在4 例房颤患者和2例无房颤患者中进行微阵列筛选,发现房颤时在许多miRNA 中,miRNA-208a和miRNA-208b增加最显著的。此外,对培养心房肌细胞和慢性房颤患者心房肌细胞的研究表明,miRNA-208b过表达可抑制钙离子通道1c-和β1-亚基CACNA1C 和CACNB2基因的表达和功能,同时降低肌浆网钙泵SERCA2 的功能。这些结果表明miRNA-208在房颤电重构中起重要作用。

2 miRNA与心房结构重构

2.1 miRNA-26 在房颤犬的心房成纤维细胞中,瞬时受体电位C通道3(TRPC3通道)表达增加,促进成纤维细胞的增殖和分化,使心房纤维化,但TRPC3通道表达受核因子激活的T 细胞(NFAT)介导的miRNA-26调节,当下调或抑制miRNA-26后,TRPC3通道表达上调,故miRNA-26可通过调节TRPC3通道的表达参与心房纤维化和心房重构[11]。IK1是参与房颤电重构的重要离子流,房颤时心房组织miRNA-26 表达下调,IK1和通道蛋白表达增加,而下调或抑制miRNA-26,或使miRNA-26与IK1通道蛋白的结合位点突变,可增加KCNJ2/KIR2.1 蛋白表达,提示KCNJ2 是miRNA-26的作用靶点。研究结果表明miRNA-26 调控KCNJ2蛋白表达,下调miRNA-26表达导致KCNJ2蛋白表达上调及IK1电流增加,从而促进房颤的发生[12],故miRNA-26下调不仅促进心房组织成纤维细胞TRPC3上调,而且上调心肌细胞IK1的蛋白表达,使IK1电流增加。因此,miRNA-26下调可能是房颤发生的重要机制。

2.2 miRNA-133 miRNA-133 是在心房肌中表达较多的miRNA 之一,Chen等[13]研究miRNA-133在糖尿病诱发心肌纤维化中的作用,结果发现糖尿病时miRNA-133a基因表达明显降低,但反映心肌纤维化的主要指标TGF-β1、FN1和COL4A1升高。且心肌miRNA-133a过表达可阻止细胞外调节蛋白激酶1、细胞外调节蛋白激酶2和SMAD 2磷酸化。这些研究结果表明miRNA-133a可能是糖尿病诱导的心房纤维化潜在治疗靶点,从而减少房颤的发生。

Shan等[14]发现对犬使用尼古丁30天后可增加房颤的发生率,且继续使用尼古丁后可诱导犬心房纤维化,其原因是由于使用尼古丁后房颤犬的心房组织中miRNA-133表达降低,心房纤维化因子TGF-β1 和TGF-βⅡ型受体上调;而转染miRNA-133 后心房纤维母细胞将降低TGF-β1 和TGF-βⅡ型受体水平以及胶原蛋白含量,提示miRNA-133下调可导致心房纤维化,促发房颤。

最新研究发现,锌指同源盒3(ZFHX3)基因突变可增加房颤的发生,而下调ZFHX3基因表达后,小鼠心房肌细胞中miRNA-133a和miRNA-133b显著下调。采用DIANAmiRPath分析发现miRNA-133a和miRNA-133b下调同时增加了miRNA-133对肾上腺素、Wnt/钙和成纤维细胞生长因子受体1等的靶信号作用,这可能促进心房纤维化,而将miRNA-133a/b转染至ZFHX3 下调的细胞中,随着miRNA-133a/b增加,miRNA-133对靶信号作用受到抑制,故使用miRNA-133a/b可减少ZFHX3下调依赖的房颤发生[15]。此外有研究发现,miRNA-133a在血管紧张素II依赖的高血压所致的心房肌纤维化中起重要作用,miRNA-133a可调节胶原蛋白1A1(Col1A1)的变化,当miRNA-133a 下调时Col1A1表达上调,促进心肌纤维化,增加房颤发生[16]。

2.3 miRNA-21 Adam 等[17]研究miRNA-21及其下游靶蛋白Sprouty 1(Spry1)在房颤发生中的作用,发现房颤患者心房组织中miRNA-21表达比窦性心律增加2.5倍。miRNA-21表达增加使Spry1 蛋白表达减少,结缔组织生长因子、赖氨酸氧化酶和Rac1-GTP 酶增加,而直接抑制miRNA-21 可防止心房肌纤维化。提示血管紧张素Ⅱ激活Rac1,导致结缔组织生长因子和赖氨酸氧化酶介导的miRNA-21表达增加可促进心房结构重构。Cardin等[18]研究发现miRNA-21可通过下调Spry1蛋白表达,促进纤维增生,抑制miRNA-21可抑制心房纤维化,减少房颤发生。

2.4 miRNA-29 Dawson等[19]以快速起搏建立犬心力衰竭模型并研究miRNA-29的变化,在起搏后24 h检测心房组织和心房成纤维细胞的miRNA-29b,发现与正常对照组相比,心力衰竭组的犬心房组织和心房成纤维细胞中miRNA-29b表达下调,但miRNA-29b编码的细胞外基质蛋白,包括COL1A1、胶原蛋白3A1(COL3A1)和纤维蛋白原的表达均显著上调。对心房成纤维细胞采用慢病毒转染下调miRNA-29b后发现COL1A1、COL3A1 和原纤维蛋白的m RNA 表达分别增加28%、19%和20%,且COL1A1 蛋白表达增加90%;而过表达miR-29b后COL1A1、COL3A1和纤维蛋白原的m RNA 分别降低65%、62% 和61%,且COL1A1蛋白降低60%。对心力衰竭或房颤患者miR-29b进行研究,发现心力衰竭或房颤患者血浆miRNA-29b下降,同时患有心力衰竭和房颤miRNA-29b则进一步降低;在慢性房颤患者心房中miRNA-29b表达同样明显下调,这些研究结果提示,miRNA-29在心房纤维化重构过程中发挥重要作用,可能作为心房结构重构的生物标志和/或治疗靶点。

3 miRNA与心脏自主神经重构

3.1 miRNA-30 Morishima等[20]研究发现房颤患者心房肌细胞中miRNA-30 的表达明显上调,其靶基因CACNA1C/Cav1.2和KCNJ3/Kir3.1的m RNA 和蛋白含量则明显下调。通过转染miRNAmiR-30前体下调KCNJ3/Kir3.1表达,可使乙酰胆碱敏感的内向整流性钾离子电流(IKAch)下调。IKAch是心房决定心房肌细胞兴奋性的重要离子流之一。心脏自主神经系统失调后IKAch上调,促进房颤的发生和维持。miRNA-30除参与心房自主神经重构外,还参与心房结构重构,在房颤早期阶段miRNA-30出现下调,即观察到的心房纤维化之前。miRNA-30 是抗纤维化的miRNA。miRNA-30的早期下调并不代表由例如细胞死亡,炎症或纤维化引起的疾病后果,而可能是对不利的心脏重塑和组织纤维化的保守机制[21]。

3.2 miRNA-206 Zhang等[22]采用对犬右房快速起搏的方法诱发房颤,评估miRNA-RNA 对心脏自主神经重构作用。结果发现,与对照组相比,右房快速起搏诱发房颤组犬的心房组织中miRNA-206表达显著上调。用慢病毒转染快速起搏诱发房颤组犬,使其心房内miRNA-206过表达,可显著缩短心房有效不应期。同时免疫组织化学分析显示,miRNA-206过表达使神经再生增加2倍以上。此外,miRNA-206过表达可抑制超氧化物歧化酶1(SOD1)的表达,表明SOD1是miRNA-206调节的靶蛋白。此外,miRNA-206过表达可增加ROS的水平,而下调miRNA-206则降低正常对照组和心房快速起搏组心房肌细胞ROS的水平。这些结果表明,miRNA-206过表达通过靶向SOD1 和产生ROS 促进心房自主神经重构。GTP 环化水解酶1(GCH1)是四氢喋呤(BH4)合成的限速酶,而BH4是一氧化氮合成的辅酶,BH4和一氧化氮含量增加会对神经再生产生不良影响。在心房快速起搏犬中,miRNA-206通过降低心房BH4和一氧化氮水平下调GCH1,从而促进心脏自主神经重构。表明GCH1可以通过抑制心房自主神经重构阻止房颤的发生[23]。

4 其他

Hove-Madsen等[24]在房颤患者右心耳中观察到的自发性钙离子释放的增加,可能是由于肌浆网Ry R2通道活性上调所致。miRNA 影响心房肌细胞钙调控,当心房肌细胞内肌质网Ry R2舒张性钙离子释放异常增加,细胞内钙离子失衡触发延迟后去极使细胞内钙离子超载,导致房颤的发生。抑制小鼠miRNA-106b-25 后,心房组织中RyR2 和肌浆网钙离子释放异常增加,引起房颤发生[25]。

此外,最近一些研究表明部分与房颤病理生理有关的miRNA 与特定离子通道或细胞外基质基因的调控无关。Chiang等[26]采用基因组学分析结合miRNA 微阵列研究房颤早期发生的分子机制,发现miRNA-mRNA 之间相互调节与房颤的发生有关,阵发性房颤患者右心耳中miRNA-199a与FK506结合蛋白5(FKBP5)基因存在相互作用,并证实了FKBP5为miRNA-199a 的 靶 标。Yamac 等[27]研 究 心 脏SIRT 1基因的蛋白表达水平与冠状动脉搭桥术后房颤发生之间关系时发现,与术后无房颤发生患者相比,在术后发生房颤的患者右心房中miRNA-199a的表达下调,SIRT 1 表达显著上调。这表明miRNA-199a下调及SIRT 1激活预示冠状动脉搭桥术后患者术后房颤的发生增加。

5 miRNA与房颤消融

近年来研究表明,miRNA 与房颤消融有关,房颤消融后一些miRNA 水平可发生变化[28－31]。

miRNA-21参与房颤时心房结构重构,是房颤治疗的潜在靶点[18]。Mc Manus等[28]发现,与消融后无房颤发作的患者相比,有房颤发作患者血浆miRNA-21水平要低2倍。持续性房颤患者miRNA-21水平低于阵发性房颤患者,房颤患者心房组织中miRNA-21的表达低于消融后无房颤的患者。导管消融后患者血浆miRNA-21增加3倍。这些证据表明房颤发作强度和持续时间可能会影响miRNA-21表达。有研究发现,持续性房颤患者miRNA-21水平与左房低压区面积大小密切相关,并影响持续性房颤导管消融结果[29]。

与miRNA-21类似,房颤患者血浆中miRNA-150比无房颤患者低,且心房组织中miRNA-150的表达也低于无房颤患者,房颤患者消融术后血浆miRNA-150明显增加。且研究显示,消融后miRNA-150减少与一年内房颤复发显著相关[28]。这表明miRNA-150 可作为评估房颤消融术后复发的潜在生物标记。

与正常人相比,房颤患者血浆中miRNA-409-3p 和miRNA-432明显下降,且是房颤发生的独立危险因素,且导管消融术后血浆miRNA-409-3p和miRNA-432 可恢复,并与正常人无明显差异。因此,血浆miRNA-409-3p和miRNA-432可能是房颤发生的潜在标志物,导管消融后可恢复正常[30]。

Namino等[31]研究发现,与消融术后恢复窦性心律患者相比,房颤复发患者初级miRNA-126(pri-miR-126)明显降低,其他miRNA 和pri-miRNA 则无明显差异。表明primiRNA-126可较好地反映房颤消融术后患者的状况,是评估房颤消融疗效的重要生物标记物。

6 结语

近年来研究表明,miRNA 与房颤的发生密切相关,miRNA 通过参与心房电重构、结构重构、自主神经重构和调节心房肌细胞肌质网钙离子的释放等机制导致房颤的发生。房颤患者miRNA 水平常发生异常,成功的导管消融可使患者miRNA 水平恢复正常,提示miRNA 可能是房颤的预防、诊断、治疗和预后评估的潜在生物标志和药物治疗靶点[32]。目前不同研究采用的miRNA 测定方法不同,但作为房颤早期诊断、监测和预后评估的潜在生物标记,未来研究方向有必要制定统一的miRNA 的测定标准,以避免因miRNA 测定方法不同导致miRNA 检测误差[33]。最后需强调不同miRNA 在房颤发生中的作用还取决于房颤发生的基础病因,不可脱离房颤发生的基础疾病,片面夸大miRNA 作为生物标记在房颤诊断、治疗和预后评估中作用[31－34]。