微小RNAs在心肌肥厚中作用和分子机制的研究进展

王 帆，邓勇志

山西医科大学附属心血管病医院 山西省心血管病医院 山西省心血管病临床医学研究中心心血管外科，山西 太原 030024

国家心血管病中心数据统计显示,随着老龄化及城镇化进程的加速,居民生活方式改变,心血管疾病的发生率持续增高。目前,中国心血管病死亡位居城乡居民总死亡原因的首位,城市为43.81%,农村为46.66%[1]。因此,亟待提升心血管疾病的诊疗手段,以降低其病死率。心力衰竭(heart failure, HF)是由各种心内心外原因所致心脏疾病的终末阶段,目前尚无有效的治疗手段。心肌肥厚贯穿于心力衰竭的整个过程,干预心肌肥厚是目前防治心力衰竭的基础。微小RNAs(microRNAs,miRNAs)是一类非编码RNA,在心血管疾病发生过程中发挥重要调节作用,其作用机制已成为目前研究重点和难点。大量研究表明,miRNAs通过调节心肌细胞的能量代谢、生物合成、自噬等过程参与心肌肥厚的发生[2],现就miRNAs在心肌肥厚发生过程中分子机制的研究进展进行简要综述。

1 miRNAs概述

miRNAs是一类广泛存在于真核生物中的单链非编码RNA,长约19～25个核苷酸,通过种子区剪切靶mRNA促进其降解或抑制其翻译两种方式参与调控转录后基因表达。近期的研究发现,多种miRNAs参与了心肌肥厚的发生,如miR-22、miR-23a、miR-199和miR-133等。根据其作用效果分为两类,一类促进心肌肥厚的发生,另一类则抑制心肌肥厚的发生。

2 促进心肌肥厚的主要miRNAs

2.1 miR-22

心肌肥厚微观表现为心肌细胞肥大(cardiomyocyte hypertrophy, CH)。miR-22在血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,AngⅡ)诱导的肥大心肌细胞模型中过度表达,且miR-22可以调节张力蛋白同源基因(phosphatase and tension homology deleted on chromosome ten, PTEN)的表达水平,而PTEN的异常表达可导致心肌肥厚[3]。有细胞实验证明[4],miR-22可抑制PTEN的释放,激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, AKT)信号通路,促进心肌肥厚的发生。这说明,miR-22可激活PI3K/AKT信号通路促进心肌肥厚。

2.2 miR-23a

将miR-23a抑制剂anti-miR-23a靶向递送到小鼠心肌肥厚模型心肌细胞实验[5],观察到左心室质量减轻,心肌肥厚改善。miR-23a通过靶向调节溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA)参与LPA诱导的心肌细胞肥大[6]。在小鼠模型中,LPA抑制心肌细胞自噬,促进心肌肥厚发生,而加入哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian rapamycin target protein, mTOR)和PI3K抑制剂能显著阻止LPA诱导的mTOR磷酸化和自噬抑制[7]。综上可知,miRNA-23可通过激活mTOR/PI3K信号通路抑制心肌细胞自噬,促进心肌肥厚。

2.3 miR-199a/199b

miR-199a/199b都可调节心肌肥厚的发生,但作用机制有所不同。

miR-199a过表达可抑制心肌细胞自噬并诱导心肌肥厚,同时mTOR信号在miR-199a转基因心脏中被显著激活。通过在转基因小鼠心肌细胞中过表达自噬相关基因5,观察到miR-199a诱导的心肌肥大效应减弱,并且通过雷帕霉素治疗可以恢复心肌自噬并减轻miR-199a转基因小鼠心肌肥厚[8]。这说明,miR-199a通过抑制心肌细胞自噬促进心肌肥厚。小鼠心肌肥厚模型输入腺相关病毒介导的抗miR-199a硬性诱饵(tough decoys, TuDs),其心功能及心肌肥厚改善;进而通过实验验证,该过程是由过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活受体-1α(peroxisome proliferator activated receptor γ co-activator-1α, PGC-1α)/雌激素相关受体α(estrogen-related receptor α, ERRα)通路介导的[9]。

作为miR-199家族中的一员,miR-199b-5p被发现在主动脉狭窄或慢性高血压继发的心力衰竭的小鼠模型中表达升高,并且激活钙调神经磷酸酶(cacineurin, Ca N)/活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T, NFAT)信号通路,导致心肌肥厚[10]。因此miR-199b可通过激活Ca N/NFAT通路促进心肌肥厚。

2.4 miR-212 /132

miR-132与miR-212是具有高度相似序列和功能的miRNA。抑制miR-132可以减少氧化应激和刺激血管生成,干预微循环功能障碍的发生,阻止心肌肥厚[11]。抑制miR-132,靶向调节Sirt1激活PGC-1a/核因子E2相关因子(nuclear factor E2 correlator, NRF2)通路,导致氧化应激受抑,干预心肌肥厚[12]。表明miR-132可通过激活PGC-1a/NRF2信号通路调节氧化应激促进心肌肥厚。

2.5 miR-320

在接受主动脉缩窄手术心肌肥厚小鼠中观察到miR-320高表达,并发现转录激活因子3(signal transduction protein and transcriptional activator 3, STAT3)表达增多、PTEN表达减少。提示miR-320通过激活STAT3/PTEN通路促进心肌肥大和心肌纤维化[13]。

2.6 其他促进心肌肥厚的miRNAs

在Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大模型中miR-410-3p表达明显上调,且miR-410-3p抑制剂能阻止Ang Ⅱ诱导的Smad同源物(Sma-and Mad-related protein 7,Smad7)7下降,实验还发现当Smad7过表达时,miR-410-3p的促肥大作用可以被逆转[14]。因此miR-410-3p通过抑制Smad7促进心肌肥厚。在小鼠心肌肥厚模型中, miRNA-29通过激活PTEN/AKT/mTOR通路抑制心肌细胞自噬,促进心肌肥厚的发生[15]。

3 抑制心肌肥厚的主要miRNAs

3.1 miR-1

miR-1的高表达可预防心肌肥厚发生[16]。在异丙肾上腺素诱导小鼠心衰模型中过表达miR-1a-3p,观察到小鼠心脏射血分数增加,心肌肥厚减轻,并且线粒体DNA编码蛋白NADH脱氢酶1(NADH dehydrogenase 1,ND1)和细胞色素C氧化酶I(cytochrome c oxidase I,COX1)表达增加[17]。提示miR-1a-3p可通过增加ND1和COX1的表达抑制心肌肥厚的发生。

3.2 miR-499

在糖尿病心肌病小鼠模型中[18],miR-499-5p高表达可以靶向调控牛磺酸上调基因1(taurine upregulated gene 1, TUG1)的表达,减轻糖尿病心肌病小鼠的心肌肥厚和舒张期功能障碍,抑制心肌肥厚。

3.3 其他抑制心肌肥厚的miRNAs

miR-155可通过激活核转录因子-κB信号在心肌肥厚中发挥保护作用[19]。在Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大模型中观察到miR-384-5p可通过和原钙黏蛋白17结合,减轻Ang-Ⅱ诱导的心肌细胞肥大[20]。

4 miRNAs在心血管疾病中的应用

miRNAs被越来越多应用于临床心血管疾病的诊疗。在一项关于血管角质瘤综合征(Anderson-Fabry disease, AFD)酶替代疗法(enzyme replace-ment therapy,ERT)的临床研究中,发现miR-184是AFD的生物标志物,在ERT后会发生改变。检测其血浆水平对提高AFD患者心脏损害的预测有一定的临床价值[21]。以表达白介素-17为特征辅助T(type 17 helper T, Th17)细胞增殖是心肌炎急性期心肌损伤的特征,miRNA MMU-miR-721由Th17细胞合成,miRNA MMU-miR-721的人类同源物,命名为hsa-miR-Chr8:96,被发现存在于急性自身免疫性或病毒性心肌炎患者血浆中,而不存在于急性心肌梗死患者血浆中。因此,hsa-miR-Chr8:96可用于区分心肌炎和心肌梗死[22]。近期,一项临床1b期研究发现,心力衰竭患者心脏 miR-132-3p水平升高,miR-132抑制剂CDR132L是一种特异性反义寡核苷酸,可使临床心衰患者心肌纤维化指标和心力衰竭指标下降,心功能得到改善。因此,认为CDR132L对治疗心力衰竭有效[23]。相信随着研究深入,miRNAs将广泛应用于临床疾病的诊疗。

5 问题与展望

综上可知,miRNAs可以在心肌细胞中特异性表达,调节心肌细胞代谢、增殖、凋亡,加重或减轻实验动物心肌肥厚。miRNAs在心肌肥厚过程中分子机制复杂,一个miRNA如miR-320通过不同通路作用于心肌细胞和成纤维细胞产生不同结果,而一条通路如Ca N/NFAT可受到miR-199b-5p和miR-133等多个miRNA的调控,找出共同通路及miRNA与通路的调控关系可为干预心肌肥厚提供思路。调控miRNAs可能存在潜在的诊治价值。首先,异常表达的miRNAs可作为诊断不同类型心脏疾病的生物标志物。其次,miRNAs也可能成为心血管疾病治疗的潜在靶点,为靶向药物的研发提供了新思路。但目前还需解决很多问题,比如对其潜在靶点的作用,以及药物毒性,仍需大量实验去验证。以期miRNAs能早日应用于临床心血管疾病诊疗。