miRNAs与放射性心脏损伤的相关性研究进展

李 硕 李淑晶 王明月 宁方玲

滨州医学院附属医院肿瘤科，山东滨州 256603

放射治疗（简称“放疗”）是恶性肿瘤综合治疗的重要方式，约50%的恶性肿瘤患者在患病期间需要接受放疗[1]。随着放疗的广泛应用，乳腺癌、肺癌、食管癌、霍奇金淋巴瘤等胸部恶性肿瘤的生存率进一步提高。尽管放疗精度已经得到很大程度的改善，但仍使心脏不可避免地受到照射，产生急性或迟发性反应，称为放射性心脏损伤（radiationinduced heartdisease，RIHD）[2]。约10%的患者在放疗后出现症状性心脏受累，临床表现为冠状动脉疾病、心脏瓣膜病、心肌病、心包炎和心电传导异常等一系列心脏疾病[3]。该疾病是进行性的，其发生率和严重程度随多种因素而增加，如放射剂量大、放疗时年龄较小、治疗时间较长、同时使用某些化疗药物（如蒽环类）、肥胖和高血压等[4]。RIHD 是胸部和胸壁肿瘤放疗晚期相对常见和潜在严重的副作用，其早期一般无症状或症状较轻，其并发症往往会在照射后数月至数年出现，因此，RIHD 被广泛认为是某些长期癌症幸存者生活质量的障碍[5]。目前认为，RIHD 是多种机制通过多种复杂途径相互作用的结果，内皮损伤、氧化应激和炎症、内质网和线粒体损伤被认为是主要原因[6]。许多研究人员认为，微小RNAs（microRNAs，miRNAs）调节各种细胞因子的产生，这些细胞因子在辐射相关的晚期心脏损伤的发展中发挥至关重要作用。目前关于miRNAs 与放射性心脏损伤发生的相关性研究较多，miRNAs 逐渐成为RIHD 发病机制研究的新热点。

1 miRNAs概述

非编码RNA 在调控基因表达方面至关重要。根据调控非编码RNA 的长度和分子结构的差异，将其分为长链非编码RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）、miRNAs、小干扰RNA（small interfering RNAs，siRNAs）、piwi相互作用RNA（PIWI-interacting RNAs，piRNAs）。miRNAs 是一种小的内源性单链RNA，大小为20 ～24 个核苷酸。30%～50%的基因是由miRNA 控制的[7]。由于单个miRNA 其与mRNA 不具有准确配对的能力，因此miRNA 可以调节几个到数百个靶点。miRNAs 调节许多细胞过程，如分化、生长、增殖和凋亡，包括那些参与细胞应激反应的过程。

miRNAs 在植物和动物的基因组中编码。它的转录是由RNA 聚合酶Ⅱ/ Ⅲ（RNA polymeraseⅡ/Ⅲ，RNase Ⅱ/Ⅲ）参与的，形成了含有茎环的初级miRNA，由Drosha 蛋白在细胞核内剪切，形成70 个核苷酸长的miRNA 前体。然后核质转运蛋白Exportin-5 将剪切好的miRNA 前体运输出细胞核。在细胞质中，RNase Ⅲ家族的另一个成员Dicer 将对miRNA 前体进行第二次剪切，形成20 bp 的长miRNA 双链[8]。双链的两条链被分离，一条链负载在RNA 沉默诱导复合体（RNA-induced silencing complex，RISC）中，形成成熟的、具有功能的miRNA。另一个miRNA 则会在细胞内被迅速降解[9]。miRNAs 主要通过结合靶mRNA 的3'UTR区在转录后调控基因的表达，并通过对mRNA 进行降解或翻译抑制两种不同的作用机制来实现其沉默效应。翻译抑制可能是哺乳动物的主要机制[10]。miRNA 在没有完全互补的情况下与靶序列结合的能力导致每个miRNA 都有大量的靶mRNAs。因此，miRNAs 可以调节几乎所有的内源性代谢过程。当然，miRNAs 也受到广泛的调节系统的影响，这是在其合成、代谢和自身调节功能的水平上实现的[11-12]。

2 miRNAs与放射性心脏损伤

共有150 ～200 个miRNA 在心脏中表达，相关文献报道，miRNA 参与心脏发育和心肌细胞再生，并发挥重要作用[13-14]，高表达于心房颤动、各种病因引起的心力衰竭、急性心肌梗死等一系列心血管疾病的心肌细胞中[15]。miRNA-133 是一种肌肉特异性miRNA，主要在人类心肌中表达[16]，它具有抑制心肌细胞肥大[17]和抗细胞凋亡的作用[18]。miRNA-208 被证明是心肌细胞肥大、纤维化和应激反应中肌球蛋白重链β 表达所必需的基因[19]。miRNA-208 基因家族由miRNA-208A 和miRNA-208B 组成，在胚胎和成人心脏中的表达具有时空差异[20]。Callis 等[21]研究表明，miRNA-208A 的过表达可以诱导心脏重构和心律失常。也有人在其他研究中提出，miRNA-208A 的缺失可导致心脏传导受损[22]。来自miRNA-15 家族的一些miRNA（miR-15a、miR-15b、miR-16-1、miR-16-2、miR-195 和miR-497）被认为与许多心血管疾病有关[23-24]。van 等[25]在肥大的心肌细胞中检测到miRNA-195，其过度表达会导致小鼠扩张性心肌病和心力衰竭。Kura 等[26]发现，辐射会导致大鼠心脏中miRNA-15b 的表达下降，表明该miRNA 参与了心脏辐射损伤的机制。Simone 等[27]在氧化应激条件下测量了人成纤维细胞中各种miRNAs 的表达，并发现细胞照射后miRNA-15b 下降。

机体在遭受电离辐射后，mRNA 通过调节不同的信号通路来控制蛋白质的变化，而在此过程中，这些信号通路又受到许多非编码RNA 的调节，如miRNA 和lncRNA 等。目前越来越多的研究发现miRNAs 与RIHD 有紧密联系。miRNA-1 大量表达于心肌和骨骼肌细胞中[28]，调节心肌细胞的分化和增殖，还参与成人心肌细胞生长的调控[29]。有研究表明，在心脏水平的纵隔区域局部给予单剂量25 Gy 射线照射大鼠后，观察到心肌中miRNA-1 基因表达下调[30]，但是该项研究仅阐述了心肌细胞信号的转导，并未说明电离辐射对大鼠心功能的影响，也并未监测大鼠的远期心功能的变化。心脏纤维化是心脏辐射的一个重要结果，而miRNA-21 在纤维化的心肌中高度表达，它通过心脏成纤维细胞中的ERK-MAPK 信号通路来调控心肌细胞肥大和心肌纤维化[31]，并且血浆中miRNA-21 表达水平与左室结构和功能损伤、心肌纤维化有关[32]。Slezak等[33]观察到大鼠纵隔区照射后miRNA-21 的表达上调。同样，Viczenczova 等[30]观察到照射大鼠心脏后miRNA-21 和缝隙连接蛋白43（connexin43，Cx43）表达水平增加。这表明miRNA-21 与心脏疾病，特别是在心肌纤维化密切相关。胶原蛋白、弹性蛋白和纤维蛋白作为心肌纤维化的调节因子，miRNA-29 家族可调节这些蛋白的mRNA 转录[34]。Dinh 等[35]对患有ⅢA 期非小细胞肺并接受了放疗的癌患者的研究发现，接受低剂量放疗的患者体内miRNA-29a-3p 基因表达水平更高，相反，接受高剂量放疗的患者体内基因表达水平则较低。因此，当肿瘤患者放疗后出现miRNA-29 表达下降时，需要预防RIHD 的发生。在一项辐射诱导miRNA 水平的研究中，Esplugas 等[36]发现，人脐静脉内皮细胞经2 Gy 照射2 h 时，miRNA-221 和miRNA-222的表达显著增加，miRNA-155 的表达显著降低，而24 h 时，miRNA-146a 和miRNA-155 的表达显著上调，miRNA-222 的表达显著下调。在临床研究中，Esplugas 等[37]再次发现，乳腺癌患者在接受放疗后，miRNA-221、miRNA-222 和miRNA-146a 的表达水平均较放疗前显著升高，但miRNA-155 的表达水平无明显差异，这可能与检测时间等有关，或受患者其他疾病的影响。根据以上细胞和临床研究的结果，可以看出，miRNA-221、miRNA-222、miRNA-146a 和miRNA-155 的表达与RIHD 的发生密切相关，但仍需大量研究来证实其在临床RIHD 患者中的作用。

综上所述，miRNA 的表达受到心脏疾病不同程度的影响，miRNA 在RIHD 发生发展过程中发挥重要作用，如果对其进行深入探究，可能会为临床干预RIHD 提供有效参考价值。

3 小结与展望

目前，恶性肿瘤的发病率在中国乃至全球范围内仍居高不下，而放疗是许多不同类型恶性肿瘤的主要治疗方式。随着恶性肿瘤患者生存时间的延长，放疗的晚期副作用逐渐显现，减少了肿瘤患者的生存获益，因此RIHD 也越来越被密切关注。miRNAs在RIHD 中的作用是一个相对较新的研究领域，对其了解才刚刚开始，相关临床研究报道也较少，在临床治疗中具有很大潜力。部分miRNA 在RIHD 中都具有相当大的预测价值，但是它们是否可作为生物标志物及早地反映RIHD，还需要更多的研究。