非编码RNA与心房颤动结构重构的关系

邹轶伦 孙党辉 李悦

心房颤动(房颤)时炎性反应、氧化应激和血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)等可促使心房发生重构，包括电重构、结构重构及神经重构，而心房重构可增加房颤的易感性及房颤持续时间，导致恶性循环。心房结构重构被认为是房颤发生和赖以维持的关键环节，主要病理表现为心肌细胞退行性变、自噬和凋亡、细胞器损伤、炎性细胞浸润、心肌断裂及胶原沉积等。结构重构能够导致心房肌电活动紊乱，促进多重折返形成，导致房颤发生。同时，结构重构能改变缝隙连接蛋白的水平及分布，导致心房收缩不协调，进一步促进房颤发生发展。

人类基因组绝大多数基因通过中心法则转录成RNA，但仅有1%～2%能够翻译出蛋白质，称为编码RNA，不能编码蛋白质的RNA称为非编码RNA，主要包括微小RNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)、环状RNA(circRNA)以及小核RNA(snRNA)、小核仁RNA(snoRNA)和小干扰RNA(siRNA)等。非编码RNA在房颤结构重构中发挥重要调控作用，本文介绍非编码RNA对房颤心房结构重构的调节作用和分子机制，及其在房颤防治中的应用前景。

1 miRNA在房颤结构重构中的作用

miRNA是长度为19～23个核苷酸的单链非编码RNA，其通过与目标mRNA 3′端非翻译区(3′-UTR)互补结合，调节靶标mRNA的降解和翻译，指导RNA诱导沉默复合体调节靶基因表达，介导转录后基因调控，在细胞生长、增殖、分化和代谢等多种生理过程中发挥重要作用。房颤心房重构的发生与多种miRNA密切相关。

1.1 miRNA与心肌纤维化

1.1.1 miR-10a 动物研究显示，miR-10a过表达可促进房颤大鼠心房组织和体外成纤维细胞(CF)中Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)和转化生长因子(TGF)-β1蛋白的表达，抑制Smad7蛋白表达，促进CF增殖，延长房颤持续时间，miR-10a特异性拮抗剂可抑制上述效应。此外，给予TGF-β1可逆转miR-10a下调对心脏纤维化的抑制作用。生物信息学分析和荧光素酶检测结果表明，miR-10a可直接与原癌基因Bcl-6的3′-UTR结合，而Bcl-6表达与TGF-β1表达呈负相关。上述结果表明，miR-10a可能通过直接作用于靶基因Bcl-6，激活TGF-β1/Smads信号途径，促进心脏纤维化[1]。

1.1.2 miR-17 Zhang等[2]在TGF-β1诱导的CF中发现miR-17表达水平升高，伴有CF增殖和胶原蛋白分泌增加，miR-17可负向调节Smad7 mRNA和蛋白水平，沉默miR-17或过表达Smad7均可抑制TGF-β1诱导的CF增殖和胶原蛋白分泌。白藜芦醇可通过降低CF细胞中miR-17，促进Smad7表达，从而抑制TGF-β1诱导的CF增殖和胶原蛋白分泌，改善CF纤维化。

1.1.3 miR-323a-3p AngⅡ可诱导大鼠CF中miR-323a-3p上调，使Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白、基质金属蛋白酶(MMP)2和MMP9的mRNA表达水平增加，而miR-323a-3p下调则可抑制大鼠CF增殖、胶原蛋白产生及TGF-β蛋白表达。荧光素酶实验证实组织金属蛋白酶抑制因子3(TIMP3)是miR-323a-3p的靶标，而TIMP3可负向调控TGF-β表达，从而抑制CF增殖和Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白的分泌。该研究提示，miR-323a-3p可通过TIMP3/TGF-β途径促进心脏纤维化，抑制miR-323a-3p可能成为治疗心脏纤维化治疗的潜在靶标[3]。

1.1.4 miR-425和miR-744 AngⅡ处理CF可下调miR-425和miR-744，使Ⅰ型胶原蛋白和α-SMA过度表达，促进心肌纤维化，而miR-425或miR-744过表达可显著逆转上述作用。双荧光素酶测定和免疫印迹均证实TGF-β1是miR-425和miR-744的直接靶标。miR-425和miR-744可通过抑制TGF-β1表达抑制心肌纤维化[4]。

1.2 miRNA与心房纤维化

1.2.1 miR-21 miR-21在心脏纤维化中发挥重要作用，其促纤维化作用主要与抑制软脂酰化磷蛋白1(Spry1)有关。房颤患者心房肌miR-21表达上调，抑制下游Spry1蛋白表达，引起胶原合成增加，导致心房纤维化。动物研究也发现，上调心房CF中miR-21，可激活促丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/细胞外信号调节激酶(ERK)信号通路，抑制Spry1蛋白表达，从而促进心房重构和纤维化。miR-21特异性拮抗剂能够显著抑制MAPK/ERK信号通路，减轻心房纤维化[5]。miR-21还可通过降低肿瘤抑制细胞黏附分子1(CADM1)表达，促进转录激活因子3(STAT3)磷酸化，通过CADM1/STAT3通路促进炎性反应相关的心房纤维化[6]。在心包炎和房颤大鼠模型中给予miR-21特异性拮抗剂可抑制STAT3磷酸化、纤维化相关基因表达并降低房颤易感性。此外，快速心房起搏家兔的心房肌可使miR-21表达上调，miR-21通过TGF-β1/Smad信号通路抑制Smad7表达，促进Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白沉积，引起心肌纤维化，导致房颤发生[7]。miR-21还可通过抑制磷酸酶与张力蛋白同源物(PTEN)基因，促进磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)表达，增加心房间质胶原含量，促进心房结构重构。多西环素可通过抑制miR-21和PI3K表达，减轻慢性间歇缺氧诱导的心房肌纤维化，提示多西环素可能通过miR-21/PI3K/PTEN信号通路抑制房颤的心房纤维化[8]。上述研究证实，miR-21可通过多种途径参与心房纤维化，抑制miR-21相关信号通路，可逆转结构重构，减少房颤发生发展。

1.2.2 miR-27b 活化素受体样激酶5(ALK5)是TGF-β1-Ⅰ型受体(TGF-β-RⅠ)，当与上游TGF-β1特异性结合时，Smad2/Smad3发生磷酸化并进入细胞核，诱导促纤维化基因转录，该过程是AngⅡ介导的心脏重构和纤维化的重要环节。与对照组相比，AngⅡ诱导组小鼠心房肌细胞miR-27b表达呈时间依赖性降低。miR-27b过表达可显著抑制Ⅰ型胶原蛋白α1(COL1A1)和Ⅲ型胶原蛋白α1(COL3A1)的沉积以及纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI-1)和α-SMA的表达，从而减轻AngⅡ诱导的心房纤维化。双荧光素酶分析证实miR-27b与ALK5 mRNA的3′-UTR存在保守的结合位点，miR-27b可直接抑制 ALK5的活性与表达。miR-27b通过与ALK5 mRNA的3′-UTR结合，负向调控ALK5/Smad-2/3信号通路，改善房颤纤维化和房颤发展[9]。miR-27b-3p过表达可降低房颤的发生率和持续时间，减轻心房纤维化，增加心房连接蛋白(CX)43表达，并降低Ⅰ型胶原蛋白、α-SMA、Ⅲ型胶原蛋白、TGF-β1、Wnt家族成员3a(Wnt3a)及p-β-连环蛋白的表达。荧光素酶活性测定结果表明，Wnt3a是miR-27b-3p的靶标。上述研究表明，miR-27b-3p通过靶向调节Wnt3a及Wnt/β-连环蛋白信号通路，增加CX43表达，减弱心房纤维化[10]。

1.2.3 miRNA-29b Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白是构成心肌胶原的主要成分，胶原纤维的数量及分布改变可促进纤维化发生。miRNA-29b可靶向调控COL1A1和COL3A1等胶原纤维蛋白，引起细胞外基质沉积。与健康人相比，房颤患者和充血性心力衰竭合并房颤患者血浆miRNA-29b水平显著降低(分别减少54%和84%)[11]。在小鼠模型中通过腺病毒沉默miRNA-29b可显著增加心房肌COL1A1表达和胶原含量，提示miRNA-29b表达下调可减少对COL1A1和COL3A1的转录抑制，增加心房组织胶原含量，促进心房纤维化，增加房颤易感性。

1.2.4 miR-30a和miR-30c 在快速起搏的房颤兔模型中，心房组织中miR-30a减少伴有转录因子Snail1、骨膜素表达水平升高和组织纤维化加重，体外实验显示miR-30a过表达可抑制大鼠心脏CF中Snail1、骨膜素表达，而骨膜素表达水平与纤维化程度呈正相关。双荧光素酶实验证实miR-30a可通过与Snail1 mRNA的3′UTR结合在CF中负向调节Snail1表达。因此，推测miR-30a和Snail1可能是治疗房颤所致心肌纤维化的潜在靶标，但Snail1调节骨膜素的机制尚待进一步证实。Xu等[12]发现，miR-30c在腹主动脉缩窄(AAC)大鼠模型和TGF-β1诱导的CF中显著下调。体外实验证实，miR-30c过表达可靶向抑制TGF-β1-Ⅱ型受体(TGF-β-RⅡ)表达，从而抑制CF增殖、分化、迁移和胶原蛋白产生，而下调miR-30c则效果相反。经腺病毒介导将miR-30c转移到大鼠下腔静脉中，可减轻AAC后左房纤维化，提示miR-30c可能是心房纤维化的潜在治疗靶标。

1.2.5 miR-133和miR-590 结缔组织生长因子(CTGF)是细胞外基质合成的促进因子，在多种器官组织纤维化过程中发挥重要作用。miR-133通过与CTGF mRNA的3′-UTR直接作用，抑制CTGF产生。敲减心肌细胞和CF中miR-133，可促进CTGF表达；给予miR-133激动剂则起到相反作用[13]。在房颤犬模型中，心房肌miR-133表达显著降低，而胶原蛋白含量和纤维化水平增加[14]。由此可见，miR-133通过负向调控CTGF表达逆转房颤相关的心肌纤维化。此外，在快速心房起搏诱导的房颤犬模型中，尼古丁可使快速起搏犬的房颤易感性提高8～15倍，并刺激心房产生大量胶原，促进心房纤维化，这可能与尼古丁抑制miR-133和miR-590表达、促进TGF-β1和TGF-β-RⅡ表达有关，而过表达miR-133或miR-590均可抑制尼古丁的上述效应。将miR-133或miR-590转染至体外培养的心房CF，可见miR-133或miR-590上调能降低TGF-β1和TGF-β-RⅡ蛋白水平及心房胶原含量。因此，miR-133/miR-590能够抑制房颤犬模型中尼古丁诱导的心房纤维化，改善房颤结构重构[15]。

1.2.6 miR-146b-5p 组织金属蛋白酶抑制因子4(TIMP4)可抑制MMP-9，参与细胞外基质降解和纤维化形成。Wang等[16]发现，在房颤患者心房组织中，miR-146b-5p、MMP-9和胶原含量增加，而TIMP4下调。荧光素酶实验证实，TIMP-4是miR-146b-5p的直接靶标，而CF中转染miR-146b-5p可降低TIMP4并增加胶原含量。

2 lncRNA在房颤结构重构中的作用

lncRNA是长度>200核苷酸的非编码RNA，lncRNA在心力衰竭、心肌肥厚和房颤等多种心血管疾病中起着重要作用。

2.1 lncRNA与心肌纤维化

2.1.1 lncRNA-生长停滞特异性转录子5(GAS5) ALK5为TGF-β-RⅠ，抑制ALK5表达可拮抗心肌纤维化过程。Lu等[17]研究显示，房颤患者右心耳组织ALK5表达上调而GAS5显著降低。体外实验证实，GAS5过表达可抑制ALK5表达和心肌细胞生长；敲除GAS5后，ALK5表达明显升高并伴有心肌细胞增殖活跃，进一步分子机制实验证实GAS5能够直接调控ALK5。GAS5通过靶向作用于ALK5抑制心肌细胞增殖，逆转心肌纤维变性，诱导重构。

2.1.2 lncRNA-NRON 巨噬细胞在不同信号因子刺激下，分化为经典激活型(M1)或替代激活型(M2)。M1型巨噬细胞主要发挥促炎作用，而M2型巨噬细胞发挥组织损伤修复作用，两者可相互转化。调节M1/M2转化平衡，可减少心肌重构并改善心功能。活化T细胞核因子3(NFATc3)是一种敏感的转录因子，可与细胞核中白细胞介素(IL)-12的启动子结合，促进IL-12转录。IL-12可促进M2型巨噬细胞极化为M1型，引起心肌纤维化。Sun等[18]采用活化T细胞核因子的非编码RNA阻遏物NRON和IL-12过表达载体共转染的AngⅡ诱导的小鼠心房CF，将巨噬细胞与CF共同培养，发现NRON可通过抑制NFATc3活性，减少IL-12转录和表达，以此促进M2向M1转化，抑制胶原生成，减轻AngⅡ所致纤维化。而IL-12过表达可拮抗NRON上述作用。NRON通过调节巨噬细胞M1/M2极化抑制心肌纤维化，有望成为房颤治疗的新靶点。

2.1.3 lncRNA-PCAT1 房颤患者心房组织中前列腺癌相关转录物1(PCAT1)、TGF-β1表达明显上调，敲除PCAT1可显著抑制CF增殖及TGF-β1表达。PCAT1可通过调控TGF-β1表达，诱导CF增殖活化，促进心房重构[19]。

2.2 lncRNA与心房成纤维化

2.2.1 lncRNA-PVT1 房颤患者左房组织中变异性浆细胞瘤异位1(PVT1)的表达随心功能分级增加而逐渐升高，并与Spry1、Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白升高呈正相关，与miR-128-3p降低呈负相关。PVT1过表达可显著抑制miR-128-3p，上调AngⅡ诱导的Ⅰ、Ⅱ型胶原蛋白及TGF-β1/Smad信号相关蛋白的表达，而敲除PVT1则可拮抗上述作用。双荧光素酶实验证实miR-128-3p与PVT1及Sp1 mRNA均存在作用位点。PVT1可通过海绵作用抑制miR-128-3p表达，并通过miR-128-3p/SP1/TGF-β1/Smad轴促进心房纤维化[20]。

2.2.2 lncRNA-MIAT 在房颤大鼠模型心房组织和外周血白细胞中，心肌梗死相关转录本(MIAT)表达显著增加，而miR-133a-3p表达显著减少。敲除MIAT可上调miR-133a-3p表达，抑制Ⅰ型胶原蛋白、Ⅱ型胶原蛋白、CTGF和TGF-β1等纤维化相关基因表达，增加房颤有效不应期，减少房颤持续时间以及心肌细胞凋亡，减轻房颤诱发的心房纤维化。而miR-133a-3p拮抗剂可逆转上述作用。双荧光素酶实验证实miR-133a-3p受MIAT直接调控。MIAT靶向调控miR-133a-3p，使其表达下调，从而减轻房颤和房颤诱发的心肌纤维化[21]。

3 circRNA

circRNA是通过前体mRNA反向剪接下游3个剪接位点和上游5个剪接位点形成的具有环形结构、长度约为100个碱基的非编码RNA。circRNA在进化过程中高度保守，能够与其他非编码RNA特别是miRNA，通过海绵效应或竞争性结合内源RNA调节基因表达，参与miRNA介导的转录后调节。circRNA在房颤发病过程中发挥重要作用。

3.1 circRNA-1099等

miRNA-29b表达下调可促进COL1A1和COL3A1的mRNA转录，增加心房胶原含量，导致心房纤维化。Hu等[22]发现，miR-29b-1/2与24种表达下调的circRNA(如circRNA-1099、circRNA-11017及circRNA-11040等)相互作用，直接或间接参与房颤结构重构。

3.2 circRNA-002085

circRNA相关竞争性内源RNA(ceRNA)网络分析显示，非瓣膜性持续性房颤患者左心耳中circRNA-002085显著上调，生物信息学分析显示circRNA-002085与miR-21存在相互作用[23]。如前所述，miR-21可通过多种途径促进心肌纤维化，但circRNA-002085与miR-21间的作用机制尚未阐明。

3.3 circRNA-000203

miR-26b-5p过表达可抑制心脏CF中Ⅰ型胶原α2(COL1A2)、COL3A1、CTGF和α-SMA的表达。而circRNA-000203在AngⅡ诱导的小鼠心脏CF中显著上调。circRNA-000203过表达可增加小鼠CF中COL1A2、COL3A1和α-SMA的表达。双荧光素酶检测表明，miR-26b-5p可与COL1A2和CTGF的3′UTR靶向结合，而circ-000203可阻断上述作用。circRNA-000203通过抑制miR-26b-5p促进心肌纤维化[24]。

3.4 circRNA-010567

circRNA-010567在AngⅡ诱导小鼠心脏CF中显著上调。生物信息学及双荧光素酶实验证实，miR-141与circRNA-010567及TGF-β1均存在作用位点。沉默circRNA-010567可上调miR-141并抑制TGF-β1及纤维化相关蛋白(Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白和α-SMA)的表达，提示circRNA-010567/miR-141/TGF-β1轴在心肌纤维化中发挥重要作用[25]。

4 展望

非编码RNA在房颤发生发展过程中发挥重要作用，其由于稳定性和易获得性成为房颤诊断的潜在生物标志物。随着研究不断深入，非编码RNA在房颤发生发展中的作用机制将被进一步揭示，并有可能为房颤的预防及个体化治疗提供新思路。