心房颤动与miRNA

曹鹏

心房颤动（房颤）是临床上最常见的心律失常，人口老龄化是新发房颤最重要的危险因素和房颤患者数量增加的重要原因。2010 年美国房颤患病人数为270 万～ 610 万，预计到2030 年房颤患病数将上升至1210 万。而欧盟55 岁以上成人中房颤的患病数在2010 年为880 万，到2060 年将达到1790 万［1］。房颤可分为首次发现的房颤、阵发性房颤、持续性房颤、长期持续性房颤及永久性房颤［2］。目前房颤的诊断是以症状评估和间歇性心律监测为基础，对许多“无症状”的患者可能造成漏诊或误诊。此外，对于经过治疗的房颤患者是否存在复发风险，尚缺乏有效的预测指标。有研究利用心电图P 波离散度来预测房颤的发生及筛查高危人群［3］。还有许多从分子生物学方面探讨寻找对房颤的诊断和（或）预后有价值的生物标志物，其中比较有影响和发展前途的是微RNA（miR）。下面对房颤发生的机制和miR，以及两者之间关系的研究进展做一阐述。

一、房颤的发生发展机制

1.与心房及周边的解剖特点相关

心房及周边的解剖特点：①右心房由上及下腔静脉、界嵴、冠状窦、卵圆窝、三尖瓣环等不同组织结构构成，心电传导存在着部位依从性；左心房连接肺静脉开口，两个心房各附有心耳，这些部位的心肌细胞在某些特定条件下会产生快速且密集的电信号，并在不同部位组织中的传导速度各不相同，因此容易发生折返和产生碎裂波；②心房肌比心室肌更容易缺血而导致细胞纤维化，肌壁薄厚不均而使传导速度不均一；③心房肌细胞内分布大量的植物神经末梢，在外界因素的影响下产生异常的兴奋点；④心房肌细胞之间的侧连接比较多，其肌电活动和电信号传导存在各向异性，容易产生多个异位起搏点而诱发房颤。

2.房颤的病理生理学

当心脏因各种原因受损后，心脏会发生电重构、结构重构、自主神经系统调节和钙离子（Ca2+）运转异常，可引起局灶异位放电而引发房颤或通过一个折返机制触发折返性房颤发生并持续。

2.1 结构重构

结构重构的特征是心房扩大和组织纤维化。在某些功能条件下，心房的大小是持续折返引发房颤的关键因素，尽管左心房持续扩张，但如果降低心房纤维化，房颤的进展将被抑制。虽然心力衰竭的血流动力学恢复后左心房扩张得以逆转，但房颤的持续进展与持续的心房纤维化保持一致，心肌纤维化引起局部传导紊乱而致房颤的发生。

2.2 电重构

电重构是由控制心房电生理特性的离子通道、离子泵和交换器等通过心房重构而发生改变的过程。电重构可以改变连接蛋白的表达、功能或定位，改变细胞间的电偶联，由此发生缓慢和（或）异质性传导而促进折返性房颤的发生并使房颤维持下去。

2.3 自主神经系统

自主神经系统控制调节心房生物电，有助于房颤的启动和维持。肾上腺素能的激活增加了L型Ca2+流、2 型兰尼碱受体开放的概率，也增加了由Ca2+/钙调素依赖的蛋白激酶Ⅱ（Ca2+/CaMK Ⅱ）和蛋白激酶A 途径磷酸化的肌质网的Ca2+载荷，因而增加了延迟后除极（DAD）的风险，并且肾上腺素能的激活在因各种重构诱导的、形成异位电活动所致的房颤中可能发挥关键作用。房颤相关性重构导致自主神经的过度支配，并促进脆弱的房颤底物形成［4］。

2.4 Ca2+运转异常

房颤最明显直接的结果就是诱发DAD 相关的自发性心房异位活动。长期持续房颤的患者发生致心律失常的DAD/触发活动的风险增加［5］。有证据表明，快速的心房速率可能导致Ca2+沉默。儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速相关的心房Ca2+运转异常通过抑制钠离子流降低心房传导速度。计算模型也表明，阈值以下的DAD 可以通过降低钠离子流导致局部传导减慢和（或）阻滞［4］。最终，Ca2+依赖的信号可以促进心房电重构和结构重构。因此，除局灶性异位电活动外，Ca2+运转异常也有助于促折返的底物形成，以维持房颤。

二、miR 概述

1. miR 的概念

miR 是一类由内源基因编码经剪切衍化形成的长度为20～25 nt（核苷酸）、具有调控功能的非编码单链RNA，通常与信使RNA（mRNA）的3'-非翻译区（3'UTR）结合，从而抑制mRNA 的翻译过程或促进mRNA 的降解，在调控基因表达、细胞周期、生物体发育时序等方面起重要作用。一个miR 可以调控数个基因，也可以数个miR 调控一个基因，miR 调控了30%的编码蛋白的基因，因此被预测参与了几乎所有细胞的活动过程。

2. miR 的形成和作用机制

细胞核中的每个基因被RNA 聚合酶Ⅱ转录并形成发夹环结构的初级转录物（pri-miR），再被DGCR8 因子识别与Drosha 酶结合，被切割成更小的约70 nt 的miR 前体（pre-miR）。Pre-miR在Expotin 5 转运蛋白的作用下由细胞核内被输送到细胞质中，被Dicer 酶识别作用后形成一个短双链的miR，且在AGO2 蛋白共同作用下解开双链，留下的一条导链在AGO2 等蛋白作用下形成一个RNA 诱导的沉默复合体，此时的导链即为成熟miR。miR 与靶基因上的mRNA 序列完全互补时，则直接剪切、降解靶mRNA；不完全互补时，则抑制靶mRNA 的翻译功能；这两种情况都会阻碍基因靶mRNA 的翻译，使基因沉默或者表达减少，从而抑制蛋白质的合成。

3. miR 在临床研究中的意义

由于各个组织部位基因不同，而miR 具有组织特异性，不同组织中表达谱也各不相同，因此，检测与某个部位组织相关的miR 的表达，可以了解该组织是否正常或者生长发育是否出现迟缓、增殖和凋亡等，病变的程度与分期，以及治疗后的恢复程度。另外，通过人为干预（促进或抑制）miR 的表达使其调控靶基因，从而达到治疗目的。

三、miR 与心脏的关系及作用

1. miR 与心脏的发育和心肌细胞增殖

Nkx2.5-Cre 大鼠被特异性地删除了Dicer 酶，因而影响大鼠心脏早期发育，导致其胚胎第12.5日因心力衰竭（心衰）而夭折。目前发现影响骨骼肌、心肌细胞发育的miR 有miR-1b、miR-1d、miR-133、miR-143、miR-206 和miR-208， 而miR-1、miR-133 在大鼠和人类心脏发育过程中起着关键的协调作用。细胞周期的多个阳性调控因子是心肌细胞中富集的miR 抑制增殖的靶点，细胞周期的负调控因子则是miR 促进心肌细胞增殖的靶点，如miR-1、miR-99/100、miR-128 和miR-499 等［6］。

2. miR 与心脏重构

参 与 心 电 重 构 的miR 有miR-1、miR-26、miR-208a、miR-328 和miR-499。它们的靶基因是编码的离子通道蛋白、连接蛋白或参与钙信号转导的蛋白质，其导致转导减慢或动作电位持续时间缩短易发生折返，这些是房颤病理生理学的标志。参与心脏结构重塑的miR 有miR-21、miR-26、miR-29b、miR-30、miR-133 和miR-590 等。这些miR 调控了编码蛋白的基因，而这些蛋白参与细胞外基质（ECM）转换和促纤维化或抗纤维化信号级联，作为折返的解剖底物导致心房纤维化。

3. miR 在房颤中的作用

与房颤有关的循环miR 水平升高的有miR-9、miR-152、miR-374a、miR-454 和 miR-664。更常见的是房颤中的miR 水平偏低，如miR-99b、miR-150和miR-328。在12 项对照病例研究中，心肌的miR 上调的209 种中出现在3 项以上研究中的有miR-15b、 miR-21、 miR-24、miR-30a、miR-142-3p、miR-146b、miR-208b、miR-223 和miR-499；下 调的105 种中出现在3 项以上研究中的有miR-125b、miR-143 和miR-145；而存在上、下调的miR 有miR-21、 miR-24、miR-30a、miR-125b 和miR-145，这可能与组织来源不同有一定的关系［7］。

Cardin 等（2012 年）认为miR-21 与心肌纤维化密切相关，当miR-21 被敲除后明显抑制了房颤过程和心肌梗死后房颤的诱导率，并抑制了心房纤维化，表明miR-21 是房颤底物的重要信号分子，并指向miR-21 是作为预防房颤的分子层面干预的潜在靶点。虽然系统的抗miR-21 管理可能抵抗心衰诱导的心房结构重构和左心室功能损害而起保护作用，但也有其不利的一面，例如，缺血预处理和预防腹主动脉瘤扩张需要miR-21 的抗凋亡作用［8］。也有研究提出了相反的结论，miR-21 水平升高可明显降低房颤风险，提示与房颤相关的分子机制可能存在差异［9］。

miR-21 在成纤维细胞中的高表达，说明与心肌纤维化加重有关，但不限于房颤。miR-21 对纤维化的潜在作用有几种机制，最受关注的是miR-21对侧支发芽因子同源物1（SPRY1，RTK 信号拮抗剂）的抑制作用。Sprouty-1 抑制促纤维化的细胞外信号调节激酶（ERK）信号通路。在瓣膜性房颤患者和心肌缺血大鼠中，SPRY1 的下调与miR-21的上调相关［10］。拮抗剂-21 对小鼠或基于锁核酸的抗miR-21 对大鼠活体的抑制，抑制了心肌纤维化的进展和房颤。

可是，在心力衰竭领域研究中，关于miR-21在纤维化中的作用也有不同的报道。Thum 等［11］的研究表明，在胸主动脉收缩反应中，通过拮抗剂的注射来抑制miR-21 可以保护小鼠抗心肌纤维化和减轻心功能障碍。另外，Patrick 等［12］的研究认为，miR-21 的基因缺失或微小的基于锁核酸的抗miR 的抑制在各种应激反应中都没有改变心脏纤维化的结果，如胸主动脉收缩反应和心肌梗死。不同的结果可来自抗miR-21 和拮抗剂-21 化学成分不同的效力以及用于不同的研究［13］。

此外，也有miR-21 和信号转导和转录激活器3（STAT3）与细胞黏附分子1（CADM1）在心肌纤维化中的作用以及有关它们之间潜在的相互作用的研究。miR-21 和STAT3 蛋白在活化的成纤维细胞和纤维化组织中增多，转化生长因子-β1通过STAT3 诱导成纤维细胞的活化和增殖［14］。而CADM1 在心肌纤维化组织和成纤维细胞中的表达明显降低。CADM1 可抑制STAT3 活性并控制成纤维细胞增殖，使miR-21 的表达减少。因此，CADM1/STAT3 信号通路在心肌纤维化发展中起重要作用，而miR-21 和STAT3 信号通路可相互调节。miR-21 模拟物促进了STAT3 信号通路的过表达，并降低了CADM1 的表达；用拮抗剂-21 敲掉心房miR-21 抑制了慢性心肌梗死后大鼠的心房纤维化并延缓了房颤的进一步升级，miR-21 可能是心肌纤维化中直接抑制CADM1 表达的较好替代指标。因此，考虑STAT3 和miR-21 在与房颤相关的纤维化过程中两者之间可能形成一个反馈，并通过心脏手术激活而促进房颤［15］。此外，miR-21 的沉默能抑制α-平滑肌肌动蛋白的表达。越来越多的研究提示，miR-21 与多种紊乱有关，在心脏纤维化过程中及房颤患者的心房组织和血浆中miR-21 的表达也增加。

四、miR 的临床应用前景

在不同的心脏疾病状态，在心肌中和循环中检出不同的miR-S 类型及簇，有利于将来对房颤进行早期预判、诊断和鉴别诊断。Liu 等［16］对冷冻消融术后患者房颤复发的研究显示，房颤者左心房血中miR-21、IL-18 的水平均高于外周静脉血，非阵发性房颤者高于阵发性房颤者，房颤复发者高于无复发者，这可能为房颤的诊断提供新的生物标志物。Cao 等［17］的研究揭示房颤患者有20 种差异表达miR（DEMis）被辨别出，其中7 种上调、13 种下调，有2307 种差异表达mRNAs（DEMs）被发现，在DEMis/DEMs 相互作用网络中，相互作用最多的是上调的miR-193-b 和下调的miR-16，它们分别对72 和65 种靶DEMs 有相互作用，而在20 种DEMis 中有4 种miR（miR-490-3p、miR-630、miR-146b-5p 和 miR-367）对区分房颤患者和健康人群有潜在的价值。另有研究对比90 例房颤患者射频消融前后3 个月与90 名健康受试者的研究显示，射频可能通过逆转miR 调节离子通道蛋白的变化而产生影响，特别是对于外向K 电流通道如Ikur、Ikr 和Iks。这可能在房颤的电重塑中起主要作用。其中miR-1266 可能是一种抗心律失常相关的miR，也是未来房颤干预的靶点［18］。

五、结 语

虽然房颤的机制是复杂的，随着医学科技不断的进步和人们不断深入地探索研究，现已经从结构变化向分子生物学更精准地转化，调控mRNA的miR 被越来越多地被发现，它们参与多种病理生理途径，其相互作用也逐渐地被发现和论证，作为早期诊断房颤的新的生物标志物有潜在的价值，为从上游进行早干预及治疗提供一种新的途径。