miRNA与心房颤动关系的最新进展

刘惠娟 穆耶赛尔·麦麦提明 冯艳

(新疆维吾尔自治区人民医院心电学科,新疆 乌鲁木齐 830001)

微小核糖核酸(microRNA,miRNA)可调节人类约1/3的基因,每个miRNA可有多个靶基因,也可几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。第一个被确认的miRNA是Lee等[1]在线虫中发现的lin-4,Reinhart等[2]在线虫中发现了第二个miRNA let-7,自此人们将关注点转移到miRNA上。由于miRNA可使用不同的信号通路调节多个基因,它在心血管疾病中具有作为新型治疗剂的巨大潜力[3]。这可能与影响信使核糖核酸(messenger RNA,mRNA)稳定性来调控蛋白质翻译并调控心肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞等功能有关[4-5]。目前电重构、结构重构导致心房颤动(atrial fibrillation,Af)的发生较多见,笔者将选取与Af关系密切的miRNA与Af的心房重构间的关系做一综述,希望能为Af的预防及治疗提供新的方向。

1 Af的发病机制及流行病学特点

1.1 Af的发病机制

Af的发病目前被认为与触发和维持机制有关。触发机制包括：自主神经系统的失衡、炎症、氧化应激、快速性心律失常的发生和肺静脉内存在某些异常局灶电位等[6-8],还可能与“多子波及转子”假说、传导速度(局灶驱动伴颤动样传导)和心房内部结构异常等有关。维持机制体现在初始波传导至重构异常的心肌上时被分解成多个小波以颤动波的形式继续传导,进而持续了Af的发生[9-10]。Af的发病机制在未来仍需继续探讨。

1.2 Af的流行病学特点

Af多见于冠心病、风湿性心脏病二尖瓣狭窄、心肌病等器质性心脏病患者中。Shi等[11]研究了2020—2021年中国Af的状况,发现中国成年人Af患病率为1.6%,在2010年,全球Af的患者数约为33 500万,之后全球每年新增病例接近500万例;70岁男性的患病率是60岁的2倍,50岁的5倍以上。学者还认为Af的发生存在区域差异性,在发达国家患病率更高[12]。在并发症方面,约1/3脑卒中是由Af所致,同样1/3左右Af伴随左心室功能不全,Af也能导致认知功能的下降及血管性痴呆的发生[13-14]。综上所知,Af发病率高,且能引起多种并发症,是中国较重的公共卫生负担[15]。

2 miRNA与Af之间的关系

2.1 miRNA与心房电重构

2.1.1 miRNA-1

miRNA-1在成人的心脏及肌肉中表达具有优势[16]。Girmatsion等[17]研究Af左心房内miRNA-1和内向整流钾通道(Kir2)亚单位表达变化与钾外流通道(IK1)变化的关系,发现左心房细胞的IK1密度增加,同时Kir2.1蛋白表达相应增加,而miRNA-1表达被抑制,Af的发生可能与miRNA-1下调和IK1上调介导Af发生电重构有关。Li等[18]得出的结论与他们一致,不同的是miRNA-1通过参与超极化激活的环核苷酸门控阳离子通道(hyperpolarization-activated cyclicnucleotide-gated cation channel,HCN)来进行调控,发现HCN2与HCN4在老龄Af患者中表达水平升高更多。Jia等[19]研究miRNA-1在心房起搏兔模型中的表达及钾离子通道蛋白(KCNE)含量中发现KCNE1和KCNB2为miRNA-1的靶基因,miRNA-1通过作用靶基因来调节KCNE,从而影响钾离子通道电流,缩短动作电位时程(action potential duration,APD),这提示可能与早期心房电重构有关。以上可知miRNA-1通过多种电离子通道介导Af电重构的发生。

2.1.2 miRNA-208b

miRNA-208b在Af中可作为一种新型生物标志物[20]。Caón等[21]研究慢性Af与miRNA-208的关系发现,miRNA-208a和miRNA-208b水平升高,且升高时会破坏小鼠心房肌细胞内钙的处理,其表达与L型钙电流密度呈负相关,通过调节心肌细胞中钙离子平衡,影响离子水平,间接对慢性Af电重构产生影响。

2.1.3 miRNA-26

Du等[22]研究长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)TCONS-00106987通过miRNA-26调节内向整流钾通道(KCNJ2),发现在Af中TCONS-00106987水平升高,KCNJ2是miRNA-26的靶基因,二者通过内源性竞争诱导靶基因的转录,使IK1增加,TCONS-00106987的表达与miRNA-26水平有负相关性。Luo等[23]的观点与他们相符,在Af中miRNA-26是下调的,而下调的同时伴随着IK1/Kir2.1蛋白上调,miRNA-26表达增多时KCNJ2/Kir2.1的表达降低。miRNA-26控制着其靶基因KCNJ2的表达,它的降低使Kir2.1增加,缩短心房有效不应期。这些均提示miRNA-26在Af中通过增加Kir2.1促进钾离子外流,缩短APD,与诱发Af电重构有关。

2.1.4 miRNA-328

Lu等[24]发现在动物与人左心房Af中miRNA-328水平分别升高了3.9倍和3.5倍,表明造成miRNA-328升高的原因是通过调节L型钙离子水平参与电重构而增加Af的易感性。王玺[25]发现阵发性Af、持续性Af及永久性Af中的miRNA-328水平差异有统计学意义(P<0.05),在永久性Af中水平最高,且随年龄的增加表达增加,这与Biliczki等[26]的研究相似,miRNA-328水平升高与年龄变化存在依赖性。他们还发现在心房Af中CACNA1C和CACNA2B表达降低,IK1、Kir2.1、miRNA-328表达增加,在双心房中有着类似的电子通道水平变化过程。Li等[27]研究兔Af的lncRNA中的TCONS_00075467和miRNA-328与Af关系发现,TCONS_00075467可降低L型钙电流,缩短APD和心房有效不应期,miRNA-328的表达与TCONS_00075467呈负相关。以上均说明miRNA-328对Af大部分是通过直接或间接改变离子通道水平影响心房的电重构来实现的。

2.1.5 miRNA-34a

Xiao等[28]利用综合生物信息学发现,对持续性Af有影响的miRNA为miRNA-34a-5p,其可能通过钙调神经磷酸酶-活化T细胞核因子信号通路靶向调节Af。Zhu等[29]发现锚蛋白-B(ankyrin-B,Ank-B)为miRNA-34a的预测靶基因,它对Af的效应是通过介导Ank-B表达来实现的。在Af中Ank-B与miRNA-34a的表达呈反比关系,这提示可能与miRNA-34a抑制Ank-B的表达有关,miRNA-34a通过调控Ank-B的表达直接影响钙离子在细胞内外的水平,使钙离子内流减少,动作电位水平降低,这些提示miRNA-34a参与Af的电重构与通过调节信号通路和离子水平有关。

2.1.6 miRNA-499

研究[30]表明,miRNA-499水平在永久性Af中升高了2.33倍,是属于变化较大的miRNA之一。小电导钙激活钾通道3(small conductance calcium activates potassium channels 3,SK3)被证实在Af中,当miRNA-499上调,SK3的表达降低了46%,而钙离子激活钾离子通道蛋白基因3(KCNN3)参与编码SK3。Ling等[30]研究发现miRNA-499可与KCNN3的3’UTR结合,导致SK3的表达降低,这种机制可能与SK3 mRNA降解增加有关,L型钙通道是与Af发生的关联电通道,而CACNB2是其重要亚基。而Ling等[31]时隔数年后发现,在Af中miRNA-499的上调可导致CACNB2基因的下调,CACNB2可作为miRNA-499调控的靶点,miRNA-499在Af的上调可能与调控CACNB2来促进离子通道变化有关。在Af中miRNA-499可通过抑制翻译过程来降低CACNB2的表达,从而在离子水平上介导Af的电重构。既往有研究[32]表明,CACNB2发生突变可造成猝死综合征及Brugada综合征,这也更加证实了CACNB2与心脏电生理的作用。

2.1.7 miRNA-155

冯桂荣等[33]发现编码SK3的KCNN3基因是miRNA-155调控的靶基因之一,在慢性Af右心房中miRNA-155表达升高,与SK3表达有着负相关作用。SK3在心肌细胞中表达丰富,并参与心肌动作电位的复极过程,当SK3升高时,心房APD相应缩短,有利于形成折返进而诱发Af。Wang等[34]研究表明,抑制miRNA-155来减弱Af的发生是通过靶基因CACNA1C来发挥作用,发现CACNA1C为L型钙通道的亚基,同时也是miRNA-155的靶基因,在Af中miRNA-155表达上升,而CACNA1C降低,机制可能与在miRNA-155水平增高的时候APD缩短和L型钙离子内流降低有关。这些都表明miRNA-155通过调控靶基因及离子通道的亚基来参与Af的电重构过程,miRNA-155的下调可一定程度降低Af的电重构。综上,miRNA与Af的电重构机制见表1。

表1 miRNA与Af的电重构

2.2 miRNA与心房结构重构

2.2.1 miRNA-21

miRNA-21在心肌细胞、心肌成纤维细胞和内皮细胞等中均有表达,尤其是心肌成纤维细胞。王咏春等[35]通过探讨miRNA-21在Af中的作用发现,miRNA-21与Af心房结构重构关系密切,它通过直接或间接调控转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)/Smad、PI3K/Akt、MAPK/ERK、JAK/ATAT等多条信号通路参与调控心房纤维化发生来介导心房结构重构。朱瓦力等[36]研究表明,miRNA-21造成心肌纤维化与基质金属蛋白酶-2表达上调有关,同时miRNA-21表达水平与左心房内径(left atrial diameter,LAD)呈正相关,当LAD增加时,miRNA-21表达增加。Chen等[37]探讨miRNA-21与心房纤维化及Af的关系也得出同样结论,证实当LAD增大时循环中miRNA-21水平升高,miRNA-21水平的升高促进心房纤维化的进程。miRNA-21也可通过抑制细胞外信号调节酶(SPRY1)来促进纤维化,当miRNA-21上调时,SPRY1的表达降低。综上可知,miRNA-21可通过多种通路及相关酶的表达促进心房纤维化的发生从而诱导心房结构重构,加速Af的发展,未来仍需继续研究相关通路的机制。

2.2.2 miRNA-200a

吴双[38]通过体外细胞试验探讨miRNA-200a在心肌纤维化所发挥的作用,发现转化生长因子βⅡ型受体(transforming growth factor beta receptor Ⅱ,Tgfbr2)和内皮素A型受体(endothelin receptor type A,EDNRA)是miRNA-200a的靶基因。当miRNA-200a水平升高时,Tgfbr2和EDNRA表达降低,当miRNA-200a水平降低时,解除了对Tgfbr2和EDNRA的抑制作用,促进了小鼠心肌成纤维化及胶原蛋白的合成,加重纤维化的进展,进而参与Af心房的结构重构过程。施鹏[39]通过研究miRNA-200a调控心肌成纤维细胞活化增殖的机制,发现沉默信息调节因子1(SIRT1)是miRNA-200a的靶基因之一,当模型制作成功后,miRNA-200a水平降低,而SIRT1及α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin,α-SMA)表达升高,同样二者具有负相关联系。miRNA-200a水平升高可抑制心肌纤维化的进展,这与吴双[38]的研究结果一致,或许未来miRNA-200a可作为治疗心肌纤维化的新靶点,为Af的治疗提供新思路。

2.2.3 miRNA-101

何艳[40]研究发现连接蛋白43(connexin 43,CX43)是miRNA-101的一个调控点,以Af右心房组织为例,采用聚合酶链反应法测定miRNA-101、CX43 mRNA表达水平,发现Af中心房肌超微结构及形态学发生明显的变化,而miRNA-101表达降低,并在间质纤维中发现,提示它可能参与了Af的纤维化过程,但研究发现miRNA-101与CX43表达水平无负相关性,这说明了miRNA-101并非通过调控CX43水平来介导Af的纤维化过程,可能通过其他靶基因参与心房纤维化过程。miRNA-101a-3p为miRNA-101的家族成员,Zhu等[41]研究发现在大鼠Af中miRNA-101a-3p表达降低,组蛋白赖氨酸甲基转移酶(EZH2)是它的调控蛋白,EZH2水平在大鼠Af表达升高,当miRNA-101a-3p过表达后,可降低EZH2的表达,也会降低TGF-β1、纤连蛋白、α-SMA等蛋白的表达,从而减缓心房纤维化。综上,在Af中,miRNA-101及其相关家族成员表达降低,这提示与改变Af的心肌纤维化及增加相关靶基因调控蛋白的表达从而促进Af的结构重构有关。

2.2.4 miRNA-29

miRNA-29a是属于miRNA-29的家族成员。朱丹等[42]研究miRNA-29a与Af模型大鼠心房肌细胞凋亡的机制,用乙酰胆碱-氯化钙(ACH-CaCl2)混合液注射大鼠来构建Af模型,发现当miRNA-29a水平抑制时,c-Jun 氨基端蛋白激酶(c-Jun N-terminal protein kinase,JNK)水平被抑制,检测细胞活性发现,抗凋亡相关蛋白中的Bcl-2水平升高,而凋亡相关蛋白Bax水平下降,差异有统计学意义。当抑制JNK通路水平时,细胞凋亡的过程可被延缓,说明JNK信号通路在心肌细胞凋亡中有重要作用,这也间接说明了miRNA-29a通过调控JNK信号通路来介导Af心房结构重构。miRNA-29b-3p也是miRNA-29的家族成员。Lv等[43]研究发现,在Af中miRNA-29b-3p水平是降低的,血小板源性生长因子-B(platelet-derived growth factor-B,PDGF-B)通路是miRNA-29b-3p的调控靶通路,miRNA-29b-3p的过表达可降低PDGF-B的表达水平,此时可抑制心房纤维化,延缓Af的发生。可推测miRNA-29b-3p通过调节靶基因PDGF-B水平来介导心房结构重构。miRNA-29a与miRNA-29b-3p在Af的表达分别是升高和降低,这说明它们分别通过调节不同靶通路及靶基因的表达来改变心肌细胞的凋亡和纤维化的进程,未来需继续探讨其与Af的关系。

2.2.5 miRNA-132

目前国内外关于miRNA-132与Af的研究较少。Qiao等[44]研究miRNA-132能否通过调节结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF),从而在Af中发挥抗纤维化作用。研究对象为犬左心房和患者右心耳组织,用逆转录-定量聚合酶链反应测量miRNA-132和CTGF的表达,发现miRNA-132表达降低,CTGF表达升高,实验表明miRNA-132可能与CTGF部分结合来抑制CTGF的表达,CTGF与心肌纤维化关系密切,在Af中,miRNA-132通过抑制CTGF的表达抑制心肌纤维化的进展,延缓了心房结构重构的发生,提示miRNA-132可能参与了Af的结构重构。这也是首次发现二者之间的关系,未来仍需继续探讨。

2.2.6 miRNA-133

Cheng等[45]表明锌指同源盒3基因(zinc finger homebox 3,ZFHX3)的功能变化与Af风险增加相关,该研究团队发现,在模型中敲除ZFHX3(zinc finger homebox 3 knock delete,ZFHX3 KD)后miRNA-133a和miRNA-133b表达下降,而同时作为miRNA-133的靶信号Wnt/钙和成纤维细胞生长因子受体1信号等水平升高,在ZFHX3 KD细胞中转染miRNA-133a/b模拟物后,miRNA-133a/b水平升高,其靶信号受到抑制,延缓心肌纤维化的发生。Li等[46]研究miRNA-133在犬慢性Af中的表达发现miRNA-133的表达降低与Cheng等[45]的结论一致,Af组采用Northern印迹分析确定miRNA-133,在心房中可观察到心房心肌纤维化及慢性炎症增加,而此时miRNA-133水平降低,可间接提示miRNA-133水平与Af中心房纤维化水平变化有关。Shan等[47]发现miRNA-133的下调促进以尼古丁方式诱导的犬心房重构,发现TGF-β1和TGF-β3是miRNA-133抑制的靶点,犬心房纤维化的发生与下调miRNA-133的表达有关。这提示了在Af中miRNA-133通过调控自身相关靶信号及相关生长因子改变心肌纤维化的发生,从而介导了心房结构的重构。综上,miRNA与Af的结构重构机制见表2。

表2 miRNA与Af的结构重构

3 总结

目前关于miRNA与Af的关系多以动物实验为基础进行探讨,笔者选取了部分典型的miRNA探讨与Af的心房电重构及结构重构的关系,综上可知miRNA与Af联系紧密,机制多通过靶基因或相关通路来发挥作用,这也为以后研究大动物及更多人体临床试验奠定了理论基础。miRNA从内在发病机制到外在临床表现及治疗方式都与Af息息相关,在Af的治疗上有着广泛的应用前景。未来应借助它的稳定性好、易保存等优势及现有的医学技术去深入探讨,研究出创新型治疗方法来造福Af患者。而在此研究过程中,miRNA本身的成本问题及检测方法选择问题还有待解决。