MicroRNA在高血壓致心肌纖維化中的研究進(jìn)展

朱仁杰 徐紅?

作者單位：310007 浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬?gòu)V興醫(yī)院（杭州市中醫(yī)院）

近些年大量研究表明，miRNA是一個(gè)龐大的小分子核糖核酸調(diào)控RNA家族，是約22個(gè)核苷酸長(zhǎng)的基因表達(dá)調(diào)節(jié)因子，通過(guò)結(jié)合其轉(zhuǎn)錄物中的互補(bǔ)位點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，引起翻譯抑制或轉(zhuǎn)錄物降解。目前人類基因組己測(cè)定的miRNA超過(guò)2000種，參與了近1/3基因的表達(dá)調(diào)控［1］。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA涉及發(fā)育、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、代謝和形態(tài)發(fā)生等過(guò)程和途徑［2］，包括癌癥在內(nèi)的疾?。?］。也對(duì)心肌肥大、損傷、纖維化及高血壓的發(fā)生、發(fā)展有重要影響，還可作為心臟疾病及高血壓潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)［4-7］。大量研究表明，miRNA在高血壓致心肌纖維化進(jìn)程中有特異性的表達(dá)，為高血壓心肌損傷的機(jī)制研究和治療靶點(diǎn)提供了新的思路。本文就miRNA在高血壓致心肌纖維化進(jìn)程中的表達(dá)特點(diǎn)、作用靶點(diǎn)及相關(guān)調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行如下綜述。

1 miRNA基本特點(diǎn)

1.1 miRNA簡(jiǎn)述 miRNA最早是在秀麗隱桿線蟲的lin-4［8］和let-7［9］中發(fā)現(xiàn)。隨后發(fā)現(xiàn)在植物和哺乳動(dòng)物等生物中皆存在小分子miRNA［10］。在被發(fā)現(xiàn)的miRNA中大部分是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的單鏈RNA前體（pre-miRNA）經(jīng)過(guò)Dicer酶剪切處理后形成，為21-25 bp非編碼RNA，有5'端磷酸基和3'輕基，定位于RNA前體的3'端或者5'端。迄今在動(dòng)植物等223個(gè)物種中經(jīng)發(fā)現(xiàn)有35828個(gè)成熟的miRNA序列［11］。一個(gè)miRNA可以對(duì)多個(gè)靶mRNA分子產(chǎn)生影響，同時(shí)多個(gè)microRNA分子也可結(jié)合相同的mRNA，從而涉及復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其在各種重要生物學(xué)過(guò)程中起重要作用［12-13］。已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。

1.2 miRNA的作用機(jī)制 絕大多數(shù)miRNA基因首先在RNA聚合酶的作用下形成長(zhǎng)度約幾百個(gè)堿基長(zhǎng)度的具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的初級(jí)miRNA（primary miRNA，pri-miRNA）。再經(jīng)RNaseⅢ家族酶Drosha 處理被分裂成約70 bp的前體miRNA（precursormiRNA，pre-miRNA）。之后，單個(gè)pre-miRNA在Ran-GTP/Exportin5運(yùn)輸?shù)鞍祝‥xp5）的作用下被轉(zhuǎn)運(yùn)出胞核，在細(xì)胞質(zhì)中由Dicer切割成約25 bp的有活性的、成熟的miRNA［14］。miRNA通過(guò)與不完全互補(bǔ)堿基配對(duì)的靶標(biāo)的3'UTR區(qū)域結(jié)合來(lái)識(shí)別它們的mRNA，從而引起靶mRNA切割或翻譯抑制，指導(dǎo)RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RNA-induced silencingcomplex，RISC）來(lái)調(diào)節(jié)目的基因表達(dá)，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控［15］。

2 miRNA與高血壓致心肌纖維化

心肌纖維化（MF）是指膠原濃度或膠原容積分?jǐn)?shù)（CVF）在心肌間質(zhì)中顯著增高。大量實(shí)驗(yàn)研究證明，高血壓進(jìn)程中會(huì)出現(xiàn)心肌活動(dòng)度下降，心室的順應(yīng)性減低，導(dǎo)致心肌的收縮及舒張功能受到影響，是引起心力衰竭的重要原因。其發(fā)生機(jī)制主要與TGF-β1/Smad信號(hào)通路［16］及腎素血管緊張素醛固酮系統(tǒng)（RAAS）介導(dǎo)［17］等密切相關(guān)。

2.1 與TGF-β/Smad通路相關(guān)的miRNA在高血壓致心肌纖維化中的作用 一些研究揭示，TGF-β是重要的致心肌纖維化因子，在高血壓心肌纖維化中具有同樣的重要作用，其中TGF-β1是作用最強(qiáng)的一種。TGF-β通過(guò)與特異性受體結(jié)合后激活受體作為傳導(dǎo)信號(hào)，隨后活化下游的Smad2/Smad3蛋白發(fā)揮其致纖維化效應(yīng)，其下游抑制劑Smad6/Smad7可負(fù)調(diào)控TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)通路來(lái)抑制纖維化過(guò)程［16］。多種miRNA通過(guò)上調(diào)TGF-β1及抑制Smad7等方式參與TGF-β及其下游通路調(diào)節(jié)高血壓心肌纖維化的過(guò)程。

Smad3是TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的下游分子。作為TGF-β1的主要下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子，Smad3可以通過(guò)TGF-β1的激活型Ⅰ受體磷酸化，并進(jìn)入細(xì)胞核介導(dǎo)包括膠原Ⅰ、膠原Ⅲ、平滑肌肌動(dòng)蛋白-α（α-SMA）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）在內(nèi)的靶基因的轉(zhuǎn)錄［18］。王文峰等［19］在自發(fā)性高血壓大鼠心臟重構(gòu)中，發(fā)現(xiàn)下調(diào)miR-195表達(dá)，拮抗了TGF-β/Smad信號(hào)通路中TGF-β1 及 Smad3的表達(dá)作用。進(jìn)一步抑制了Ⅰ型膠原（Col-Ⅰ）和Ⅲ型膠原（Col-Ⅲ）基因表達(dá)及成纖維細(xì)胞增殖，最終抑制了SHR的心臟重構(gòu)。而miR-97a在心臟低表達(dá)，促進(jìn)了TGF-β1蛋白合成，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)Col-I和Col-Ⅲ大量生成和聚集，結(jié)果引起心肌細(xì)胞纖維化，出現(xiàn)心肌病理性重構(gòu)。但在心肌重構(gòu)過(guò)程中又有AngⅡ表達(dá)介導(dǎo)參與調(diào)控，心肌肥大的機(jī)制比較復(fù)雜，故miR-97a具體通過(guò)何種途徑導(dǎo)致心肌細(xì)胞的增殖，還需要進(jìn)一步研究［20］。另有研究實(shí)驗(yàn)證明，miR-133a在高血壓中可能也參與了此項(xiàng)信號(hào)通路調(diào)節(jié)［21-22］。

2.2 與RAAS相關(guān)的miRNA在高血壓致心肌纖維化中的作用 RAAS系統(tǒng)在高血壓引起的心肌纖維化的發(fā)病機(jī)制中越來(lái)越受重視，相關(guān)研究已經(jīng)表明，心肌局部與全身的RAAS系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，在心臟和血管的局部有完整的RAAS，參與局部功能的調(diào)節(jié)［23-24］，其中血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）是生物活性最強(qiáng)的效應(yīng)肽，Ang Ⅱ調(diào)節(jié)TGF-β1的表達(dá)是發(fā)揮作用的一個(gè)重要途徑［25］，Ang Ⅱ?qū)е耇GF-β1等細(xì)胞因子分泌及細(xì)胞增殖、蛋白合成、細(xì)胞外基質(zhì)（如Col-Ⅰ和Col-Ⅲ）表達(dá)增加，是通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)的絲裂原激活的蛋白激酶（MAPK）家族而啟動(dòng)核內(nèi)基因表達(dá)的改變而實(shí)現(xiàn)［26］。

王文峰等［27］研究發(fā)現(xiàn)，SHR大鼠在未進(jìn)行干預(yù)條件下，其心肌細(xì)胞排列紊亂，細(xì)胞肥大，胞核變圓畸形，單位視野內(nèi)細(xì)胞核的數(shù)量明顯減少，證實(shí)SHR心臟存在高血壓心臟形態(tài)學(xué)改變。其心臟miR-195、AngⅡ、TGF-β1、Smad3、Col-Ⅰ及Col-Ⅲ的表達(dá)量均大于正常組大鼠（P＜0.01或P＜0.05），表明miR-195可能通過(guò)上調(diào)Ang Ⅱ及TGF-β1 /Smads信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)了Col-Ⅰ和Col-Ⅲ基因表達(dá)及成纖維細(xì)胞增殖，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞纖維化。同時(shí)實(shí)驗(yàn)用貝那普利（血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑類藥物）干預(yù)SHR大鼠。發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞較SHR對(duì)照組明顯變小，細(xì)胞排列較前有序，miR-195、AngⅡ、TGF-β1、Smad3、Col-Ⅰ及Col-Ⅲ表達(dá)均顯著下降（P＜0.01或P＜0.05）。證實(shí)了ACEI類藥物在逆轉(zhuǎn)高血壓所致的心血管過(guò)程中的重要作用。Van Rooij等［28］研究也發(fā)現(xiàn)，在未用藥物干預(yù)的SHR大鼠心臟miR-195表達(dá)也明顯上調(diào)，并且與Ang Ⅱ，TGF-β1，Smad3，Col-Ⅰ和Col-Ⅲ表達(dá)呈正相關(guān)性，其結(jié)果顯示心臟miR195高表達(dá)的可誘發(fā)心肌細(xì)胞纖維化。此外，另有研究證實(shí)，miR-137在高血壓所致心肌纖維化過(guò)程中亦通過(guò)類似途徑發(fā)揮作用［29］。為高血壓所致的心臟重構(gòu)的治療靶點(diǎn)提供新的治療方案。

與AngII相關(guān)的PTEN（磷酸酶和凝固素同源物）/Smad7信號(hào)傳導(dǎo)通路可能也是高血壓致心肌纖維化的一個(gè)重要途徑。Lorenzen JM等［30］研究發(fā)現(xiàn)，Ang Ⅱ通過(guò)對(duì)miR-21上游轉(zhuǎn)錄因子激活子蛋白-1（AP-1）的活化，上調(diào)miR-21表達(dá)，靶向PTEN / Smad7，誘發(fā)成纖維細(xì)胞存活增加，導(dǎo)致心肌纖維化的發(fā)展。

2.3 其他相關(guān)的miRNA在高血壓致心肌纖維化中的作用 吳春濤［31］通過(guò)對(duì)小鼠升主動(dòng)脈結(jié)扎及miR-455轉(zhuǎn)染等處理造模，分別于2周和4周后，應(yīng)用qRt-PCR和Western-blot等手段檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，miR-455通過(guò)雙向調(diào)控鈣網(wǎng)蛋白途徑，減輕/促進(jìn)小鼠心肌細(xì)胞的纖維化過(guò)程。短期壓力負(fù)荷后（2周后）小鼠出現(xiàn)了代償性心肌肥厚的特征。因胎兒基因的重新激活，miR-455通過(guò)降解靶mRNA及鈣網(wǎng)蛋白（Calr）降低這條途徑，引起心肌細(xì)胞進(jìn)一步增大。長(zhǎng)期壓力負(fù)荷后（4周后）miR-455表達(dá)的上調(diào)，進(jìn)而降解靶mRNA，降低Calr，會(huì)減輕心肌纖維化及凋亡。因此，在不同的時(shí)間段對(duì)miR-455進(jìn)行不同的調(diào)控，可以減輕壓力負(fù)荷導(dǎo)致心肌肥厚及延緩心力衰竭的進(jìn)程。另有研究發(fā)現(xiàn)miR-455在Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞（CF）中顯著下調(diào)，導(dǎo)致心肌纖維化。其機(jī)制是通過(guò)靶向結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（CTGF），減弱CTGF表達(dá)，進(jìn)一步減少纖維化相關(guān)蛋白合成（膠原Ⅰ，Ⅲ和α-SMA）［32］。以上研究揭示了miR-455調(diào)控心肌纖維化的復(fù)雜性，有待于進(jìn)一步的探索。miR-31可與LATS2靶基因相結(jié)合，調(diào)節(jié)Hippo通路來(lái)調(diào)控SHRs血壓及左室重構(gòu)。LATS2基因在哺乳動(dòng)物中屬于拉特抑癌家族，具有編碼一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的能力，在調(diào)節(jié)心臟發(fā)育中可能起了重要作用［33］。

3 小結(jié)

miRNA在各種疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演的作用，越來(lái)越被重視。miRNA不僅可以應(yīng)用于疾病發(fā)病機(jī)制的探討，未來(lái)應(yīng)用于臨床疾病的診斷和治療亦有巨大價(jià)值。每個(gè)miRNA的作用機(jī)制及調(diào)節(jié)途徑非常復(fù)雜，其相互作用也異常復(fù)雜。通過(guò)大量長(zhǎng)期的研究，miRNA在高血壓致心肌纖維化進(jìn)程中的特點(diǎn)及機(jī)制僅部分闡釋，但整體調(diào)控機(jī)制和靶點(diǎn)的相關(guān)研究仍不完善，需要大量的后續(xù)研究探索。相信隨著miRNA檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)miRNA調(diào)控機(jī)制認(rèn)識(shí)的加深，特定miRNA有望作為心肌疾病基因治療的新的突破點(diǎn)，對(duì)高血壓導(dǎo)致心肌纖維化及其他心肌疾病帶來(lái)新的治療方案。