微小RNA與肺動(dòng)脈高壓

廖穎 李衛(wèi)國(guó) 方勇 陳麗玲 陳開紅

微小RNA與肺動(dòng)脈高壓

廖穎 李衛(wèi)國(guó) 方勇 陳麗玲 陳開紅★

肺動(dòng)脈高壓（PAH）是一類以肺循環(huán)阻力增高為主要特征、最終導(dǎo)致右心功能不全、乃至死亡的慢性肺疾病，其病因復(fù)雜，預(yù)后差。微小RNA（miRNA）是一種內(nèi)源性的非編碼RNA，與PAH的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，可能是潛在的藥物治療靶點(diǎn)。本文主要對(duì)miRNA在PAH慢性缺氧、骨形成蛋白II型受體（BMPR2）、apelin-APJ、以及右心功能不全等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為探索PAH的發(fā)病機(jī)制、診療研究提供新的方向和思路。

微小RNA；肺動(dòng)脈高壓；發(fā)病機(jī)制

［KEY WORDS］MicroRNA；Pulmonary artery hypertension；Pathogenesis

肺動(dòng)脈高壓 （pulmonary artery hypertension，PAH）是一種臨床常見病癥，病因復(fù)雜，其肺內(nèi)血管重構(gòu)，肺循環(huán)阻力隨之增加，右心負(fù)荷過重，最終出現(xiàn)右心功能不全，乃至死亡。其診斷標(biāo)準(zhǔn)為患者靜息狀態(tài)下，心導(dǎo)管測(cè)定肺動(dòng)脈平均壓（mPAP）＞25 mmHg，或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下mPAP＞30 mmHg。PAH的癥狀隱匿，早期確診困難，患者預(yù)后較差，而藥物治療價(jià)格昂貴且效果不確切。因此如何早期診斷及干預(yù)治療PAH是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)［1］。

微小RNA（microRNA，miRNA）是一種內(nèi)源性的小核苷酸片段，它可以通過促進(jìn)mRNA的降解或抑制mRNA的翻譯對(duì)其靶基因的表達(dá)發(fā)揮調(diào)控作用，具有調(diào)控細(xì)胞分化、增殖、凋亡的功能。而PAH是血管增殖性疾病，miRNA與PAH的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)［2，3］。本文就miRNA與PAH發(fā)病機(jī)制之間關(guān)系簡(jiǎn)要綜述如下。

1 miRNA概述

miRNA是一類長(zhǎng)度為21～25個(gè)核糖核苷酸的非編碼小單鏈RNAs分子［2］。它們通過堿基互補(bǔ)或部分堿基互補(bǔ)與目標(biāo)RNA結(jié)合，降解后者或抑制后者的翻譯，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達(dá)。在細(xì)胞核內(nèi)，編碼miRNA的基因首先轉(zhuǎn)錄成初級(jí) RNA （pri-miRNA），后者在細(xì)胞核內(nèi)經(jīng)RNAseⅢ酶Drosha和其協(xié)同物DGCR8/Pasha作用下，被剪切為具有發(fā)夾型結(jié)構(gòu)的前體RNA（premiRNA）。胞核處理步驟完成后，莖環(huán)結(jié)構(gòu)的premiRNA由轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白5（exportin 5）從細(xì)胞核輸出，進(jìn)入胞質(zhì)后由Dicer酶進(jìn)一步處理，生成具有功能的雙鏈成熟miRNA。雙鏈成熟miRNA的一條鏈會(huì)被降解，另外一條5′端熱穩(wěn)定性較差的RNA、Dicer和其他相關(guān)蛋白質(zhì)形成 RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物 （RNA-induced silencing complex，RISC）調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后的翻譯過程。同一個(gè)miRNA可調(diào)控多個(gè)靶基因，而同一個(gè)靶基因也受多個(gè)miRNA的調(diào)控［3］。

大多數(shù)miRNA具有高度保守性、時(shí)序性和組織特異性等特點(diǎn)。內(nèi)源性循環(huán)miRNA分子不以游離形式存在，常與蛋白質(zhì)等結(jié)合而存在，具有良好的抗降解能力，有較高的穩(wěn)定性，甚至可以在室溫放置24小時(shí)后反復(fù)凍融8次而保持?jǐn)?shù)量穩(wěn)定［4］。miRNA在多種生理和病理過程中發(fā)揮作用，在細(xì)胞分化、生長(zhǎng)、增殖及凋亡中起著重要的調(diào)節(jié)作用。研究顯示，miRNA在肺血管系統(tǒng)高度表達(dá)，如miR-21、miR-204、miR-17等。這些miRNA與PAH發(fā)病機(jī)制關(guān)系密切，可作為診斷PAH的新型標(biāo)志物以及治療靶點(diǎn)［3］。

2 miRNA與PAH發(fā)病機(jī)制的關(guān)系

PAH是一種致命性的疾病，病因復(fù)雜涉及多種因素。目前認(rèn)為其主要過程是肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞和肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞過度增殖，進(jìn)而肺血管阻力增加、血管收縮，最終導(dǎo)致肺血管結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。目前已經(jīng)證實(shí)，慢性低氧、骨形成蛋白Ⅱ型受體 （bone morphogenetic protein receptor typeⅡ，BMPR2）、以及apelin-APJ等信號(hào)通路等參與PAH的發(fā)展過程。而miRNA在PAH、右心功能不全中高度表達(dá)，參與PAH的多種致病機(jī)制，可能是PAH的細(xì)胞和分子基礎(chǔ)［5，6］。

2.1 miRNA與慢性缺氧

慢性缺氧是肺動(dòng)脈高壓的病因之一。慢性缺氧可促進(jìn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞過度增殖，從而引起血管重構(gòu)，促使肺動(dòng)脈壓力升高。Mizuno［7］等已證實(shí)，在慢性缺氧的條件下，與野生型小鼠相比，P53敲除小鼠miR-34a表達(dá)量下降，最終導(dǎo)致更易進(jìn)展為嚴(yán)重的PAH。該研究表明，缺氧-P53-miR-34a可能在缺氧肺動(dòng)脈重構(gòu)中起作用。有研究證實(shí)，miR-145參與PAH病理生理過程，在缺氧小鼠中表達(dá)量升高［8］。此外，在miR-145敲除小鼠及經(jīng)miR-145拮抗劑治療后，PAH進(jìn)程可大大延緩。研究者還發(fā)現(xiàn)，在家族性PAH和特發(fā)性PAH患者中，miR-145表達(dá)量升高，且多表達(dá)在肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中。最近研究證實(shí)，miR-190在缺氧大鼠肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞表達(dá)量升高，并通過Kcnq5 mRNA（電壓門控K通道家族成員），促進(jìn)鈣內(nèi)流，導(dǎo)致血管收縮［9］。

缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-induced factor-1α，HIF-1α）是在缺氧條件下發(fā)揮重要作用的特異性轉(zhuǎn)錄因子，通過影響缺氧性肺血管收縮，肺血管重建，炎癥發(fā)生以及細(xì)胞凋亡等過程，參與缺氧性PAH的形成。多項(xiàng)研究證實(shí)，miRNA通過HIF-1α通路作用于PAH的致病機(jī)制中。miR-210可通過HIF-1α，作用于轉(zhuǎn)錄因子E2F3，抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞凋亡［10］。Yue［11］等學(xué)者證實(shí)，miR-206在缺氧-PAH的肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，通過HIF-1α/Fhl-1-1通路，促進(jìn)PAH進(jìn)程。Shan［12］等人證實(shí)，miR-9也可通過HIF-1α途徑作用于肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞。因此，在缺氧相關(guān)性肺動(dòng)脈重構(gòu)中，多種miR可通過HIF-1α通路作用于肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞，共同參與PAH的形成。

2.2 miRNA與BMPR2通路

近年研究發(fā)現(xiàn)BMPR2基因突變可以影響肺血管細(xì)胞的增殖與凋亡，是家族性PAH和特發(fā)性PAH的重要致病基因。BMPR2基因?qū)儆赥GF-β受體超家族成員，其配體為骨形成蛋白（bone morphogenetic protein， BMP）。Brock［13］等人在BMPR2基因3′UTR區(qū)域發(fā)現(xiàn)了miR-17/92的結(jié)合位點(diǎn)。為了闡明miR-17/92在肺血管重構(gòu)中的作用機(jī)制，研究者在肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中加入IL-6（IL-6是一種影響miRNA表達(dá)的細(xì)胞因子，并且和 PAH炎癥反應(yīng)相關(guān)），結(jié)果導(dǎo)致 miR-17/92表達(dá)上調(diào)，BMPR2蛋白表達(dá)下調(diào)，并證實(shí)這些現(xiàn)象和激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子 3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）相關(guān)。研究者推測(cè)IL-6-STAT3-miR-17/92-BMPR2 是 PAH機(jī)制之一。MiR-20a和miR-17都屬于miR-17/92簇成員，同時(shí)它們也可調(diào)節(jié)BMPR2表達(dá)量。在慢性缺氧-PAH小鼠模型中，加入miR-20a拮抗劑21天后，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)BMPR2表達(dá)量較前上調(diào)，同時(shí)觀察到肺血管閉塞及右室肥厚程度較前緩解［14］。另外，加入miR-17拮抗物可明顯降低右室收縮期壓力和總肺血管阻力指數(shù)，增加肺動(dòng)脈血流加速時(shí)間、控制心輸出量，延緩肺血管重建，改善心肺功能［15］。

此外，BMPR2下游介質(zhì)SMAD9基因（smad8蛋白）突變和家族性PAH有關(guān)系。Drake［16］等人證實(shí)SMAD9基因可通過非經(jīng)典BMP信號(hào)途徑，增加miRNA表達(dá)。如該基因突變后則完全抑制了miR-21和miR-27a的表達(dá)。miR-21和miR-27a有抗增殖作用，上述miRNA表達(dá)減少將導(dǎo)致血管過度增生，促進(jìn)PAH的發(fā)生。

2.3 miRNA與Apelin-APJ

Apelin是近年來新發(fā)現(xiàn)的小分子活性多肽.其受體為孤兒G蛋白偶聯(lián)受體一血管緊張素受體AT-1相關(guān)的受體蛋白 （putative receptor protein related to theangiotensin receptorAT-1，APJ）。Apelin-APJ在肺組織高表達(dá)，具有調(diào)節(jié)循環(huán)穩(wěn)態(tài)、抗炎、調(diào)節(jié)免疫、促內(nèi)皮增殖及抗氧化損傷等功能。因此，推測(cè)Apelin-APJ系統(tǒng)在調(diào)節(jié)肺循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方面可能具有某種特殊的生理與病理意義。Apelin-APJ表達(dá)異常，通常加速PAH進(jìn)程［17］。研究證實(shí)，miR-424及miR503參與Apelin信號(hào)通路。這兩種miRNA直接作用于FGF2和FGFR1，促進(jìn)PAH發(fā)生。這些miRNA在患者PAH的肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)下降，而促進(jìn)其表達(dá)可緩解疾病的嚴(yán)重程度［18］。該研究提示，Apelin-APJ-miR-424/503信號(hào)途徑可能成為PAH藥物治療的新靶點(diǎn)。

2.4 miRNA與右心功能不全

PAH最終將進(jìn)展為右心肥厚以及右心功能不全。目前miRNA的研究多關(guān)注左心室，對(duì)右心室的研究較少。大多數(shù)miRNA在左右心室表達(dá)類似，但miR-34a、miR-28、miR-148a、miR-93在右心肥厚/右心功能不全中表達(dá)上升，而在左心肥厚/左心功能不全模型中則表達(dá)減少或不變［19］。Reddy等研究發(fā)現(xiàn)，在肺動(dòng)脈縮窄小鼠模型中，2天時(shí)出現(xiàn)代償性右心肥厚，miRNA表達(dá)無顯著改變。4天時(shí)出現(xiàn)失代償性右心肥厚，但無心功能不全表現(xiàn)。此時(shí)32種miRNA表達(dá)異常：8種上調(diào)，24種下調(diào)。10天以后則出現(xiàn)右心功能不全。此時(shí)49種miRNA表達(dá)異常：14種上調(diào)，35種下調(diào)。值得注意的是，4天以及10天里表達(dá)異常的miRNA有21種重疊：5種上調(diào)，16種下調(diào)。另外，各miRNA表達(dá)量發(fā)生改變的時(shí)間也不一致［19］。在另一個(gè)右心肥厚及右心功能不全的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，miR133只在右心功能不全時(shí)表達(dá)下降，在右心肥厚時(shí)表達(dá)不變［20］。因此，研究miRNA譜不僅可以區(qū)分右心肥厚和右心功能不全，預(yù)防前者向后者的轉(zhuǎn)變，而且可能為右心功能不全患者提供新的治療思路。

3 miRNA作為PAH的診斷標(biāo)志物

目前，PAH早期診斷困難，如何開發(fā)敏感度高，特異性強(qiáng)的早期生物標(biāo)志物一直是研究的瓶頸。近年來，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)循環(huán)miRNA與PAH發(fā)生發(fā)展相關(guān)，因此可篩選一批相關(guān)的特異性miRNA作為診斷PAH的標(biāo)志物，以彌補(bǔ)目前診斷手段的不足。如miR-26a、miR-29c、miR-34b和miR-451 在PAH患者表達(dá)下降，而miR-21、 miR-130a、miR-133b、miR-204、miR-208b和 miR-191在血漿中表達(dá)上升［21］。另外，miR150在PAH患者中表達(dá)下調(diào)，低水平表達(dá)的miR-150與PAH患者的低生存率有直接關(guān)系［22］。上述均提示，miRNA可能作為診斷PAH新型生物學(xué)標(biāo)志物。但目前該領(lǐng)域研究仍較少，缺乏大規(guī)模臨床實(shí)驗(yàn)以及和傳統(tǒng)的診斷方法相比較的研究數(shù)據(jù)。

4 miRNA作為PAH的治療靶點(diǎn)

在PAH患者中某些miRNA表達(dá)量出現(xiàn)異常，因此，人們猜想恢復(fù)miRNA原有的表達(dá)量或許對(duì)治療起一定作用。如前文所述，加入MiR-20a拮抗劑后，肺血管閉塞及右室肥厚程度可得到緩解［14］。就目前研究水平而言，尚需重點(diǎn)解決兩個(gè)問題。第一，用于治療的miRNA具有特異性，只作用于特定的血管細(xì)胞，如肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞、肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞等，并不作用于其他細(xì)胞及器官；miRNA的劑量問題。目前的研究仍停留在細(xì)胞水平加入miRNA類似物或拮抗劑，觀察各通路、途徑的表達(dá)變化，以推測(cè)各種miRNA的治療作用。如要推廣到大規(guī)模臨床應(yīng)用，尚需一定的時(shí)間。

5 總結(jié)

miRNA的研究為PAH開辟了新的道路，為臨床醫(yī)生提供了更多檢測(cè)手段，可能為新藥的研制帶來新的啟示。目前僅有數(shù)十個(gè)miRNAs的生物學(xué)功能進(jìn)行了初步分析，還有大量miRNAs的靶基因和調(diào)控蛋白需要深入研究［2-3，5-6］。有關(guān)miRNA 與PAH的研究還處于起步階段，多數(shù)結(jié)果源于體外研究或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，miRNA在PAH發(fā)病機(jī)制中的作用及在臨床患者肺組織或血漿中表達(dá)水平的變化還還有待進(jìn)一步確證。

以miRNA為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)新的藥物，將為PAH的治療打開新的篇章。但在miRNA的診斷與治療領(lǐng)域中我們?nèi)孕杳鎸?duì)很多問題，如miRNA本身表達(dá)是否存在個(gè)體差異？抑制了某個(gè)miRNA對(duì)肺血管的重構(gòu)作用，是否會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)造成影響？這些問題都等待著我們更深入探討、研究。相信在不久的將來，miRNA生物標(biāo)志物將會(huì)逐漸運(yùn)用到PAH臨床診斷中，而miRNA也將會(huì)發(fā)展成為更有效的靶向治療手段。

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MicroRNA and pulmonary arterial hypertension

LIAO Ying，LI Weiguo，F(xiàn)ANG Yong，CHEN Liling，CHEN Kaihong★
（Department of Cardiology，the Affiliated Longyan First Hospital of Fujian Medical University，Longyan，F(xiàn)ujian，China，364000）

Pulmonary artery hypertension（PAH）is a progressive pulmonary vascular disease with complex etiology and poor prognosis that manifested by a maladaptive elevation of pulmonary vascular resistance and pulmonary arterial pressure，which may consequently lead to right heart failure and eventual death.MicroRNAs（miRNAs）are a class of small non-coding RNAs that regulate gene expression.They are closely related to the occurrence and progress of PAH，and may play a possible role of potential therapeutic targets.Here we present an overview on recent research progress of miRNAs involvement in multiple aspects of PAH including chronic hypoxia，bone morphogenetic protein receptor typeⅡ （BMPR2），apelin-APJ and right ventricular failure，which may provide a new idea for the study of pathogenesis，diagnosis and treatment for PAH.

福建省龍巖市科技項(xiàng)目（2012LY73）

福建醫(yī)科大學(xué)附屬龍巖市第一醫(yī)院心內(nèi)科，福建，龍巖364000

陳開紅，E-mail：chenkaihong@medmail.com.cn，wingjays@163.com