非編碼RNA與心臟纖維化的研究進(jìn)展

李 洋 王國坤 吳 峰 楊 帆 徐志云

非編碼RNA與心臟纖維化的研究進(jìn)展

李 洋 王國坤 吳 峰 楊 帆 徐志云

心臟的應(yīng)激狀態(tài)可激活心臟成纖維細(xì)胞，使其產(chǎn)生過多的細(xì)胞外基質(zhì)，形成纖維組織，最終導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)改變及心臟衰竭。目前心臟纖維化的發(fā)生機(jī)制還不明確，其過程涉及諸多因素。非編碼RNA是一類內(nèi)源性RNA分子, 主要包括微小RNA和長鏈非編碼RNA等，參與細(xì)胞的生長、增殖和分化，在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。該文介紹了非編碼RNA在心臟纖維化中的研究進(jìn)展。

心臟重構(gòu)；心臟纖維化；非編碼RNA

心臟纖維化是指心肌層的成纖維細(xì)胞由于各種原因被激活后，產(chǎn)生過多的細(xì)胞外基質(zhì)，最終形成纖維組織的過程，是心臟發(fā)生的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性改變。這種心臟重構(gòu)是心臟在壓力或容量超負(fù)荷下的一種病理狀態(tài)[1]，涉及心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和包括心臟成纖維細(xì)胞在內(nèi)的間質(zhì)細(xì)胞等所有心臟細(xì)胞[2]。不同病因引起的心臟重構(gòu)可分為兩種情況：一種以室壁增厚和左心室質(zhì)量增加為特征，不伴有心室容量和射血分?jǐn)?shù)改變；另一種表現(xiàn)為左心室進(jìn)行性擴(kuò)張并伴有射血分?jǐn)?shù)降低和收縮性心力衰竭[3]。這兩種情況都有心臟纖維化的發(fā)生。

非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)主要包括微小RNA(microRNA, miRNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)。MiRNA為≤22個(gè)核苷酸的短鏈RNA，參與調(diào)節(jié)幾乎所有與疾病相關(guān)的細(xì)胞活動，包括心血管疾病[4-5]。LncRNA為 >200個(gè)核苷酸的長鏈RNA，雖然大多數(shù)lncRNA沒有編碼蛋白的功能(一部分lncRNA可能會編碼具有生物學(xué)功能的微小肽[6])，但在基因調(diào)控中發(fā)揮重要作用，參與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。本文主要介紹ncRNA在心臟纖維化基因調(diào)控和治療等方面中的作用。

1 MiRNA在不同類型心臟纖維化中的作用

1.1 衰老相關(guān)的心臟纖維化

心臟衰老往往表現(xiàn)為持續(xù)增加的心臟纖維化。某些miRNA的表達(dá)與年齡增長有較強(qiáng)的相關(guān)性，可能參與心臟衰老的表型改變。研究發(fā)現(xiàn)，隨著心臟的衰老，miR-22表達(dá)逐漸上調(diào)；而體外過表達(dá)miR-22能導(dǎo)致細(xì)胞衰老，促進(jìn)心臟纖維化的發(fā)展[7]。由于老年患者的心臟常高表達(dá)miR-22，因此抑制miR-22有望成為這類人群心臟纖維化的新療法。研究發(fā)現(xiàn)，給予miR-22基因敲除小鼠去甲腎上腺素治療，心肌肥大和纖維化的程度減輕[8]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在與年齡密切相關(guān)的miR-17～92家族中，miR-18和miR-19可調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，如結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor, CTGF)和血小板反應(yīng)素-1(thrombospondin-1, TSP-1)的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)心臟的纖維化過程[9]。此外，高齡大鼠心臟中miR-34a的表達(dá)量增加，抑制miR-34a能減少心肌梗死后心肌細(xì)胞的死亡，進(jìn)而阻止心臟纖維化的發(fā)展[10]。MiR-34a及其靶蛋白——絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶1調(diào)節(jié)亞基10，通過調(diào)節(jié)DNA損傷反應(yīng)和減少端粒的縮短，調(diào)節(jié)衰老心臟的收縮功能[10]。綜上所述，衰老心臟中存在大量可受調(diào)控的miRNA，可能成為衰老相關(guān)的心臟纖維化的治療靶點(diǎn)。

1.2 缺血再灌注相關(guān)的心臟纖維化

缺血再灌注損傷是在缺血一段時(shí)間后，血液供應(yīng)恢復(fù)對組織造成的損傷。這種損傷發(fā)生后，心肌細(xì)胞啟動一系列纖維化相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而引起心臟纖維化。心臟移植能夠引起心肌的缺血再灌注損傷。在異位心臟移植的小鼠模型中，缺血再灌注后可引起59種miRNA表達(dá)失調(diào)。其他干預(yù)方式如體外循環(huán)手術(shù)，也能引起缺血再灌注損傷并且可能影響心臟中ncRNA的表達(dá)[11]。此外，循環(huán)中存在肌肉特異性miRNA，其表達(dá)水平可評估心臟移植術(shù)后心肌損傷的嚴(yán)重程度，如miR-133a、miR-133b和miR-208a在移植術(shù)后都出現(xiàn)動態(tài)改變，其中miR-133b的變化能反映移植后的早期心肌損傷，且循環(huán)中miR-133b水平與心功能相關(guān)[12]。這些缺血再灌注損傷后異常表達(dá)的miRNA可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)參與心臟纖維化的發(fā)生發(fā)展[12]。能否通過干預(yù)特定的miRNA阻斷心臟移植物纖維化的發(fā)展，進(jìn)而延長移植物的存活時(shí)間仍需進(jìn)一步探索。

1.3 心肌炎相關(guān)的心臟纖維化

病毒性心肌炎是親心性病毒感染心肌后，引起心肌損害的一種疾病，可引起心臟發(fā)生不同程度的纖維化，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致心衰。目前對于病毒性心肌炎的治療缺乏特異性。研究發(fā)現(xiàn)，在病毒性心肌炎患者和小鼠的心臟中，miR-155、miR-146b和miR-21的表達(dá)都顯著增加[13]。抑制miR-155能夠減少心臟中單核巨噬細(xì)胞的浸潤，減輕急性心肌炎所致的心肌損傷，進(jìn)而減緩心臟纖維化的進(jìn)展[14]。MiR-155的靶基因——核轉(zhuǎn)錄因子PU.1可與富含嘌呤的序列結(jié)合，調(diào)控炎癥基因的表達(dá)，抑制miR-155所產(chǎn)生的作用可能是通過PU.1來發(fā)揮的[14-15]。另外，抑制miR-21和miR-29也可間接抑制成纖維細(xì)胞中纖維化基因的表達(dá)[16-17]，但對病毒性心肌炎患者是否有效目前尚不清楚。

1.4 藥物相關(guān)的心臟纖維化

很多藥物可引起心臟不良反應(yīng)，其中一些不良反應(yīng)是由miRNA介導(dǎo)的。在無替代藥物的情況下，減輕藥物不良反應(yīng)具有重要的臨床意義?；熕幬锒嗳岜刃强蓪?dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡和心臟纖維化[18]。研究發(fā)現(xiàn)，多柔比星可使新生大鼠心肌細(xì)胞中的miR-146a表達(dá)明顯增加，通過作用于神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1-表皮生長因子受體信號通路影響心臟功能[19]。給予大鼠多柔比星后可出現(xiàn)脈壓升高，心臟miRNA前體let-7g表達(dá)下降，表明在多柔比星引起的心臟不良反應(yīng)和纖維化的過程中，let-7g起著重要作用[20]。這些結(jié)果提示，干預(yù)特定的miRNA可能是預(yù)防藥物相關(guān)心臟纖維化的有效方法。

1.5 其他類型的心臟纖維化

遺傳性肥厚型心肌病是一種心肌纖維化程度很高的心臟病。對這類患者的血漿進(jìn)行miRNA的檢測，發(fā)現(xiàn)miR-21表達(dá)水平升高，但miR-21的表達(dá)與磁共振成像提示的心臟纖維化程度無相關(guān)性，只有miR-29a的表達(dá)與心臟纖維化程度相關(guān)[21]。MiR-29家族包括三種miRNA，其中miR-29b-1與miR-29a共表達(dá)，miR-29b-2與miR-29c共表達(dá)。所有miR-29具有相同的種子序列，成熟體序列保守，僅有1個(gè)堿基不同[17]。研究發(fā)現(xiàn)，無論是存在心房纖維化的心房顫動動物模型還是有心房纖維化的慢性心房顫動患者，組織和血漿中的miR-29表達(dá)水平都明顯降低[22]。MiRNA參與心臟纖維化的具體分子機(jī)制，以及是否通過某一共同通路調(diào)控纖維化，值得進(jìn)一步研究。

2 LncRNA在心臟纖維化中的作用

繼miRNA之后，又發(fā)現(xiàn)了一類同樣具有心血管疾病調(diào)節(jié)作用的ncRNA——lncRNA。通過RNA測序發(fā)現(xiàn)在心臟纖維化患者的左心室中，有500～700種lncRNA處于動態(tài)變化中，其中約有10%見于接受左心室輔助裝置(LVAD)治療的患者，提示這些lncRNA參與心臟纖維化的調(diào)節(jié)[23]。值得關(guān)注的是，lncRNA表達(dá)譜可以區(qū)分不同病因所致的心臟纖維化，如缺血和非缺血性心肌纖維化等，可用于心肌纖維化的病因診斷[23]。通過檢測心肌梗死動物模型中的miRNA，研究者發(fā)現(xiàn)了與心肌梗死后心臟纖維化相關(guān)的一系列l(wèi)ncRNA[24]。lncRNA-心肌肥大相關(guān)因子(CHRF)可靶向結(jié)合miR-489，調(diào)節(jié)其功能，而miR-489調(diào)控髓樣分化初級應(yīng)答基因88(MYD88)表達(dá)，MYD88表達(dá)下調(diào)又可導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大，心臟纖維化增加[25]。在內(nèi)皮細(xì)胞中，lncRNA-肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(MALAT1)可調(diào)控內(nèi)皮功能和血管新生，影響著纖維化的發(fā)生發(fā)展[26]。是否存在成纖維細(xì)胞來源的lncRNA參與調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和心臟纖維化，還有待后續(xù)深入研究。

3 展望

從成纖維細(xì)胞的生物學(xué)行為和纖維化發(fā)生的病理生理學(xué)機(jī)制上來講，ncRNA是一類重要的分子，功能涉及許多方面，包括調(diào)控細(xì)胞因子的分泌和細(xì)胞外基質(zhì)的合成等。分泌型ncRNA可調(diào)節(jié)細(xì)胞間的旁分泌信號，成為治療心臟纖維化的有效靶點(diǎn)，并且可作為疾病診斷或預(yù)后的標(biāo)志物。目前，大多數(shù)研究是通過全身給藥的方式來調(diào)節(jié)目標(biāo)組織細(xì)胞的miRNA或lncRNA，但這會影響到其他組織細(xì)胞的ncRNA水平[27]。經(jīng)冠狀動脈灌注治療性寡核苷酸可以改變心臟特異性miRNA的表達(dá)而不影響其他組織細(xì)胞中miRNA的表達(dá)，可能比靜脈給藥的效果好[28]。未來還需要開發(fā)更有效的給藥方式，如以腺病毒、多肽或抗體的形式，將RNA藥物定向投遞到心臟內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞或心肌細(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的細(xì)胞定位[29]。許多miRNA靶向結(jié)合的序列僅略有不同，不同的miRNA可能會結(jié)合到同一位點(diǎn)上，影響治療效果，后續(xù)研究應(yīng)該注意這一問題。

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(收稿：2016-05-06 修回：2016-06-08)

(本文編輯：胡曉靜)

國家自然科學(xué)基金(81470592，81400207)

200433 上海，第二軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院心血管外科(李 洋，王國坤，楊 帆，徐志云)；313000 湖州，解放軍第九八醫(yī)院心血管內(nèi)科(吳 峰)

王國坤，Email：dearwgk@163.com

10.3969/j.issn.1673-6583.2016.06.008