miRNA與老齡相關(guān)心血管系統(tǒng)改變的關(guān)系

王國(guó)余 王曄玲

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院心血管內(nèi)科,吉林 長(zhǎng)春 130021)

老齡是眾多心血管系統(tǒng)疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一。老齡時(shí)心血管系統(tǒng)的形態(tài)及功能均會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，具體表現(xiàn)為左心室壁肥厚,心臟竇房結(jié)功能減低，大動(dòng)脈管腔增大，血管壁增厚，血管壁僵硬度增加，內(nèi)皮功能紊亂〔1,2〕。而且多種復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制參與到了上述老化過(guò)程。miRNA是一類(lèi)內(nèi)源性、高度進(jìn)化保守的非編碼小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)靶基因進(jìn)行負(fù)向調(diào)控。新近的一些研究表明miRNAs參與了心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中基因表達(dá)的調(diào)控過(guò)程。本文就與心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中參與調(diào)節(jié)作用的相關(guān)miRNAs及其功能做一總結(jié)。

1 miRNA

miRNA是一類(lèi)內(nèi)源性非編碼小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制靶基因表達(dá)。miRNA基因多位于內(nèi)含子區(qū)域,但也可位于間隔區(qū)。在細(xì)胞核內(nèi)編碼miRNA的基因首先在RNA聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄生成具有帽子結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA。后者在RNA內(nèi)切酶Ⅲ(DROSHA)和DGCR8蛋白的作用下生成含有約70個(gè)核苷酸并帶有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的pre-miRNA。隨后pre-miRNA在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin-5的作用下轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)。在細(xì)胞質(zhì)中，另一種RNA內(nèi)切酶Ⅲ，DICER將pre-miRNA進(jìn)一步處理加工成含有19～25個(gè)核苷酸的雙鏈miRNA。雙鏈中的一條鏈與RNA誘導(dǎo)的基因沉默復(fù)合物(RISC)中的Ago2相結(jié)合，進(jìn)而與靶miRNA中的效應(yīng)元件(MREs),即mRNAs 3′端非編碼區(qū)(UTR)內(nèi)可與miRNA互補(bǔ)的序列相結(jié)合。miRNA與MRE的完全互補(bǔ)結(jié)合則靶mRNA被降解，而多數(shù)miRNA與靶mRNA中MRE部分互補(bǔ)結(jié)合而阻斷mRNA翻譯過(guò)程〔3〕。

作為一類(lèi)具有調(diào)控作用的小分子，miRNAs有著廣泛的調(diào)節(jié)功能，參與細(xì)胞分化、增殖、凋亡及多種疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。近些年miRNAs在調(diào)節(jié)衰老方面的作用正逐步被研究者們所認(rèn)識(shí)。眾多研究發(fā)現(xiàn)，在老化過(guò)程中許多miRNAs的表達(dá)發(fā)生變化，其中一些miRNAs已被證實(shí)在衰老過(guò)程中執(zhí)行調(diào)控作用。miRNAs在心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中的調(diào)控作用也正被人們所熟知。

2 老齡化血管中miRNAs的改變

老齡時(shí)血管系統(tǒng)發(fā)生重構(gòu)，多種miRNAs參與了其調(diào)控過(guò)程。將人類(lèi)臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)性傳代培養(yǎng)，然后通過(guò)基因芯片技術(shù)對(duì)miRNAs的表達(dá)譜進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)miR-21,miR-216,miR-217,miR-181b,miR-31b,miR-34a的表達(dá)上調(diào)〔4〕,然而miR-17-92家族成員的表達(dá)下調(diào)〔5〕。在老齡鼠的主動(dòng)脈內(nèi)，與炎癥反應(yīng)及造血作用相關(guān)的miRNAs,miR-146,miR-142-3p和miR-223及調(diào)控基質(zhì)生成相關(guān)的miRNA，miR-29家族的表達(dá)明顯上調(diào),然而在凋亡內(nèi)皮細(xì)胞中高度表達(dá)的miRNAs，如miR-181c/d和miR-31的表達(dá)卻下調(diào)〔6〕。體外培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞與血管組織中miRNAs表達(dá)量的差異可能是因?yàn)檠芙M織含有除內(nèi)皮細(xì)胞外的多種成分所致。說(shuō)明同一種miRNA在血管老化過(guò)程中參與多種成分的調(diào)控過(guò)程。當(dāng)然，在這些老齡時(shí)表達(dá)改變的miRNAs中，部分特定的miRNAs已經(jīng)有了深入的研究。

2.1miR-29在老齡相關(guān)的血管重構(gòu)中的作用 Boon等〔6〕通過(guò)基因芯片的方法對(duì)比老齡和年輕小鼠主動(dòng)脈中miRNAs的表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)miR-29家族中miR-29a、miR-29b和miR-29c的表達(dá)明顯上調(diào)。此外，在通過(guò)傳代培養(yǎng)的衰老內(nèi)皮細(xì)胞中，miR-29a的表達(dá)明顯上調(diào)〔4〕。miR-29家族已被證實(shí)，可以抑制心臟和肝臟中基質(zhì)蛋白的合成。老齡小鼠主動(dòng)脈中miR-29家族表達(dá)上調(diào)參與膠原蛋白及彈性蛋白這些細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成降低的調(diào)控過(guò)程〔6〕。細(xì)胞外基質(zhì)的減少可以引起動(dòng)脈瘤的形成，而動(dòng)脈瘤是與老齡密切相關(guān)的血管疾病。在血管緊張素-Ⅱ誘導(dǎo)老齡小鼠的動(dòng)脈瘤模型中miR-29族，尤其是miR-29b的表達(dá)明顯增加；而且通過(guò)anti-miRs抑制miR-29的表達(dá)，主動(dòng)脈中基質(zhì)蛋白的表達(dá)增加〔6,7〕。然而，需要注意的是，抑制全身miR-29的表達(dá)可能導(dǎo)致纖維增生及腫瘤的增殖，因此,通過(guò)抑制miR-29的表達(dá)而干預(yù)主動(dòng)脈瘤形成要確保局限于局部組織中。

2.2miR-34a在動(dòng)脈老化中的作用 眾多研究說(shuō)明miR-34a參與內(nèi)皮細(xì)胞的衰老過(guò)程。Ito等〔8〕在通過(guò)傳代培養(yǎng)的衰老內(nèi)皮細(xì)胞及老齡鼠的心臟中發(fā)現(xiàn)MiR-34a的表達(dá)均增加。老齡冠心病患者冠狀動(dòng)脈分離出的內(nèi)皮祖細(xì)胞中miR-34a的表達(dá)也上調(diào)〔9〕，這說(shuō)明這種miRNA參與調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)老化過(guò)程。miR-34a的過(guò)度表達(dá)可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞及骨髓來(lái)源內(nèi)皮祖細(xì)胞的衰老，抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、抑制骨髓來(lái)源內(nèi)皮祖細(xì)胞的新生血管作用〔8,10,11〕。在活體內(nèi)抑制miR-34a的表達(dá)可以減少骨髓來(lái)源的促血管生成細(xì)胞的死亡，同時(shí)抑制miR-34a的表達(dá)可以通過(guò)提高心肌細(xì)胞的功能而改善急性心肌梗死后的心功能〔11〕。在內(nèi)皮細(xì)胞及內(nèi)皮祖細(xì)胞中，miR-34a主要通過(guò)對(duì)SIRT1進(jìn)行靶向調(diào)節(jié)而發(fā)揮其作用〔8～10〕。SIRT1是一個(gè)與細(xì)胞分化、衰老、凋亡和能量代謝密切相關(guān)的NAD+依賴(lài)的組蛋白去乙酰化酶。SIRT1對(duì)維持內(nèi)皮細(xì)胞正常功能及缺血后新血管生成是必不可少的，而且可以減少細(xì)胞凋亡及延長(zhǎng)壽命〔12〕。此外，抑制miR-34a的表達(dá)可以增加抗凋亡Bcl-2及一些細(xì)胞周期調(diào)控因子如Cdk4及Cyclin D2的表達(dá)〔11〕。

老齡時(shí)miR-34a表達(dá)上調(diào)的機(jī)制尚未明了。研究〔13〕發(fā)現(xiàn)p53可以促進(jìn)編碼miR-34家族成員的表達(dá)，并促進(jìn)miR-34a的形成。但是沒(méi)有p53干預(yù)，miR-34的表達(dá)也可以增加〔11〕。已知p53參與調(diào)節(jié)衰老相關(guān)的調(diào)控通路,故推測(cè)p53可能通過(guò)上調(diào)miR-34a而參與衰老過(guò)程。

2.3miR-146在內(nèi)皮細(xì)胞凋亡中的作用 miR-146是一類(lèi)與炎癥反應(yīng)相關(guān)的miRNA。在衰老的纖維細(xì)胞中miR-146的含量增加，在傳代培養(yǎng)的衰老的臍靜脈來(lái)源及主動(dòng)脈的內(nèi)皮細(xì)胞中miR-146的表達(dá)明顯增加。IRAK參與調(diào)控炎癥反應(yīng)，細(xì)胞凋亡增加時(shí)IRAK含量減低,然而抑制miR-146增加IRAK的表達(dá)〔14〕。已經(jīng)證實(shí)在心臟中miR-146靶向抑制IRAK1的生成而避免心臟在心肌缺血/再灌注時(shí)免疫高反應(yīng)性損傷〔15〕。另外研究〔16〕表明，在衰老的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中miR-146的表達(dá)無(wú)變化，甚至表達(dá)下調(diào)。此研究表明在內(nèi)皮細(xì)胞衰老過(guò)程中，miR-146a表達(dá)減低可能增加活性氧類(lèi)的產(chǎn)生。研究結(jié)果的這種差異表明在內(nèi)皮細(xì)胞衰老過(guò)程中miR-146a表達(dá)上調(diào)還是下調(diào)仍然不是很明確。

2.4miR-217在內(nèi)皮細(xì)胞衰老及動(dòng)脈粥樣硬化中的表達(dá) Menghini等〔4〕通過(guò)基因芯片技術(shù)研究表明，在衰老的人臍靜脈來(lái)源內(nèi)皮細(xì)胞中miR-217的表達(dá)明顯增加。miR-217的過(guò)度表達(dá)可抑制SIRT1的表達(dá)，而且在體外實(shí)驗(yàn)中可以增加eNOS乙?；鴾p少eNOS的合成。通過(guò)抑制老化的內(nèi)皮細(xì)胞中miR-217的表達(dá)可以減少內(nèi)皮細(xì)胞的衰老，增加SirT1表達(dá)量。此外，在人類(lèi)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中miR-217的表達(dá)水平與SIRT1及eNOS的含量也呈負(fù)性關(guān)系。這表明miR-217可能通過(guò)對(duì)SIRT1及eNOS的調(diào)控而參與動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程。

2.5其他參與血管衰老的miRNAs miR-17-92基因簇中的一些成員，如miR-17、miR-20a及miR-106a在衰老的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)明顯下調(diào)〔5〕，而miR-17-5p的表達(dá)增加〔4〕。由于miR-17-92a家族中各成員在內(nèi)皮細(xì)胞中的有各自的調(diào)控作用,包括miR-17/miR-20促進(jìn)增殖作用以及miR-17,miR-20和miR-92a的抗血管生成作用,要闡明各個(gè)家族成員在血管衰老過(guò)程中的調(diào)控作用還仍然需要對(duì)血壓進(jìn)一步的研究。此外，氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)生成miR-200c且在體外試驗(yàn)中miR-200c的過(guò)多表達(dá)可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衰老〔17〕。

3 參與心臟老化的MiRNAs

與血管系統(tǒng)相比,關(guān)于參與心臟老化的miRNAs的研究發(fā)現(xiàn)尚少。通過(guò)對(duì)比老齡小鼠與年輕小鼠心臟miRNA的表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)多種miRNAs和miRNA簇有明顯改變,但是在這項(xiàng)研究中只有miR-21表達(dá)上調(diào)得到確認(rèn)〔18〕,研究發(fā)現(xiàn)miR-21參與纖維化過(guò)程。這恰好與心臟老化過(guò)程纖維化過(guò)程相互吻合，但是其在心臟老化過(guò)程中的確切調(diào)節(jié)作用仍然有待研究。

Boon等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)在老齡心臟中miR-34a的表達(dá)量增加，而且在敲除miR-34a基因的活體內(nèi)與老齡相關(guān)的心肌細(xì)胞死亡減少。此外，通過(guò)抑制miR-34a 可以減少急性心肌梗死后心肌壞死及纖維化，心功能也能有所改善。miR-34a在心臟中的這些作用可能與由于其作用于PNUTS(或者稱(chēng)為PPP1R10)有關(guān)。PNUTS可以減少端粒酶的縮短，降低DNA的損傷，抑制心肌細(xì)胞的凋亡以及促進(jìn)心肌梗死后心功能的恢復(fù)。

另外一個(gè)對(duì)老齡健康小鼠miRNAs表達(dá)譜的分析發(fā)現(xiàn)miR-22和miR-24的表達(dá)量隨著年齡增長(zhǎng)而增加〔20〕。miR-22功能已經(jīng)被深入研究，miR-22可以誘導(dǎo)心臟纖維細(xì)胞凋亡，促進(jìn)心臟纖維細(xì)胞遷移。這些研究結(jié)果與另外一些有關(guān)miR-22可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的結(jié)果一致〔11〕。miR-22在心臟纖維細(xì)胞中的調(diào)節(jié)作用一定程度上與其作用于骨甘氨酸(OGN)有關(guān)。OGN是一種分泌蛋白，可調(diào)節(jié)骨的形成，也可在心臟纖維細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞中表達(dá)〔20〕。此外,miR-22還可以誘導(dǎo)心肌肥厚，其機(jī)制可能是通過(guò)靶向作用于其他的一些靶基因，如SIRT1。

此外，van Almen等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)在老齡時(shí)心臟纖維化及功能失調(diào)的的小鼠中miR-17-92a家族,特別是miR-18a、miR-19a和miR-19b的表達(dá)下調(diào)。而且通過(guò)進(jìn)一步研究證實(shí)這些miRNAs通過(guò)作用于血小板反應(yīng)素-1和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子而抑制心肌細(xì)胞中膠原纖維的表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明miR-18/miR-19表達(dá)下調(diào)與老齡時(shí)心臟的纖維化過(guò)程有關(guān)。

4 總結(jié)與展望

總之，老齡時(shí)心血管系統(tǒng)形態(tài)及功能明顯改變，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)心血管疾病的發(fā)病率明顯增加。雖然在老化過(guò)程中很多外源性因素對(duì)心血管系統(tǒng)相關(guān)退行性改變有促進(jìn)作用，但是老齡本身即可導(dǎo)致心血管系統(tǒng)退行性改變的發(fā)生。在心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中眾多調(diào)控機(jī)制參與其中。miRNA作為一類(lèi)小分子RNA，參與了心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中基因表達(dá)的調(diào)控過(guò)程。大量的證據(jù)表明在心血管系統(tǒng)老齡過(guò)程中很多miRNAs的表達(dá)量出現(xiàn)異常，而且一些miRNAs與老齡相關(guān)導(dǎo)致的心血管系統(tǒng)功能下降有關(guān)。對(duì)心血管系統(tǒng)特定miRNA的靶向調(diào)控可能會(huì)成為干預(yù)心血管系統(tǒng)老化，進(jìn)而降低老年人心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病率的有效治療方法?；谏鲜稣J(rèn)識(shí),以miRNAs作為靶點(diǎn)的治療手段已經(jīng)在疾病模型上開(kāi)始實(shí)施了，特別需要指出的是在老鼠疾病模型通過(guò)“anti-miRs”抑制靶miRNA的治療手段可以改善疾病的狀態(tài)〔22，23〕。此外,通過(guò)鎖核酸抑制劑直接抑制miR-122的表達(dá)治療肝炎已經(jīng)成功在非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物身上開(kāi)始二期臨床試驗(yàn)了〔24〕。因此，對(duì)心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中特定miRNAs表達(dá)量及其調(diào)控作用的深入研究顯得非常重要。目前，這方面的研究剛剛起步，還需要更多更深入的研究以解釋miRNAs在心血管系統(tǒng)老化過(guò)程中的具體調(diào)控作用。將來(lái)通過(guò)干預(yù)miRNAs的表達(dá)而對(duì)心血管系統(tǒng)老化過(guò)程進(jìn)行調(diào)控有可能成為預(yù)防老齡相關(guān)心血管系統(tǒng)疾病的新的治療途徑。

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