miRNA-22在心肌肥厚大鼠中的表達(dá)及對(duì)PTEN、SERCA的調(diào)控作用

鄧丹

研究心肌肥厚的病理機(jī)制，一直都是心血管疾病研究的重點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，心肌肥厚受多種信號(hào)通路調(diào)節(jié)，包括鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/細(xì)胞核因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子、肌漿網(wǎng)鈣泵(Sarcoplasmic reticulum calcium adenosine triphosphatase，SERCA)、磷酸酶基因(phosphatase and tensin homolog)、鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(Calcineurin，CaN)等，而這些信號(hào)通路的促進(jìn)或抑制作用與微小RNA(microRNA，miRNA)有關(guān)[1]。miRNA是一種內(nèi)源性非編碼的單鏈小RNA，轉(zhuǎn)錄后對(duì)基因表達(dá)具有負(fù)性調(diào)節(jié)的作用。文獻(xiàn)顯示，miRNA在心肌細(xì)胞生理病理過(guò)程中扮演著重要角色[2]。微小RNA-22(microRNA-22,miRNA-22)是miRNA家族中的一員，可通過(guò)調(diào)控靶基因c-Myc、MYCBP信號(hào)通路發(fā)揮抑癌作用[3]，能夠增強(qiáng)食管癌細(xì)胞放療的敏感性[4]，在癌癥中研究較多。研究顯示，miRNA-22與心肌肥厚有關(guān)[5]。凌琳等[6]研究發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)的miRNA-22能夠改善心臟運(yùn)動(dòng)能力和收縮功能，抑制心肌細(xì)胞纖維化。Xu等[7]研究認(rèn)為，miRNA-22促進(jìn)心肌肥大可能與PTEN基因通路有關(guān)。Gurha等[8]研究發(fā)現(xiàn)敲除miRNA-22的小鼠SERCA活性降低?；诖耍狙芯坎捎酶怪鲃?dòng)脈縮窄術(shù)制備心肌肥厚大鼠模型，觀察降低或增加miRNA-22表達(dá)對(duì)PTEN、SERCA及心肌肥厚相關(guān)信號(hào)通路蛋白的調(diào)控作用，以期為闡明心肌肥厚發(fā)病機(jī)制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 心肌肥厚大鼠模型的構(gòu)建 60只雄性Sprague-Dawley大鼠(SPF級(jí))，體重180～210(194.5±2.3)g，4～6(5.1±0.2)周齡，隨機(jī)分為2組，觀察組50只，對(duì)照組10只，采用腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)構(gòu)建心肌肥厚大鼠模型。觀察組采用10%的水合氯醛腹腔麻醉，無(wú)菌分離腎動(dòng)脈和腹主動(dòng)脈，于腎動(dòng)脈上方約1 cm處，采用5.0型無(wú)菌尼龍縫合線將腎動(dòng)脈與注射針管(外徑0.7 mm)結(jié)扎，迅速移除針管。術(shù)后每天注射5 U青霉素，持續(xù)5 d。對(duì)照組處理同觀察組，不做絲線結(jié)扎。

1.2 心肌肥厚指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 術(shù)后7周，采用彩色多普勒超聲診斷儀測(cè)定左心室收縮末期左心室內(nèi)徑(LVESD)、左心室舒張末期內(nèi)徑(LVDd)、左心室后壁舒張末期厚度(LVPWTd)和隔舒張末期厚度(IVSTd)。

1.2.2 觀察組50只大鼠隨機(jī)分為3組，A組20只，用于miRNA-22轉(zhuǎn)染；B組20只，用于mi-RNA-22基因敲除；C組10只，用于心肌肥厚大鼠的表征及mi-RNA-22、SERCA、PTEN的測(cè)定。

1.2.3 處死C組和對(duì)照組大鼠，快速取出心臟，預(yù)冷的0.9%氯化鈉溶液沖洗，剪掉心臟周?chē)慕M織，濾紙吸干，分離游離臂和室間隔，將左心室稱重，然后見(jiàn)成小塊，每只取2塊采用10%甲醛浸泡，用于組織學(xué)檢查；剩余置于凍存管中，液氮速凍后，置于-80℃冰箱保存。

1.3 HE染色 將甲醛浸泡48 h的組織樣品，采用乙醇脫水，石蠟包埋，旋切機(jī)切片后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的HE染色。然后在顯微鏡下觀察兩組的組織病理學(xué)表現(xiàn)。

1.4 miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)測(cè)定 取冷凍的心肌組織，Trizol法提取總RNA，檢測(cè)濃度和純度。Taqman探針?lè)y(cè)定miRNA-22，引物設(shè)計(jì)和合成由Invitrogen公司進(jìn)行：逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系：Taqman探針(10 μmol /L)0.10 μl、rTaq DNA 聚合酶(5 000 kU/L) 0.25 μl、2×Real-time PCR Mix 10 μl、Primer Set(20 μmol/L) 0.40 μl，RNase-free去離子水7.30 μl，逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物2.00 μl，總共20 μl。反應(yīng)條件：90℃/3 min，95℃/12 s，62℃/40 s，共40個(gè)循環(huán)。采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法測(cè)定miRNA-22的Ct值，miRNA-22的相對(duì)表達(dá)量以2-△Ct(miRNA-22-內(nèi)參)表示。

1.4.1 逆轉(zhuǎn)錄/聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR法)測(cè)定PTEN水平：逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系：引物各10 pmol/L，KCl 50 mmol/L，pH8.4的Tris-HCl 10 mmol/L， sangon Taq DNA聚合酶2.5U， MgCl22 mmol/L，Dntp 0.2 mmol/L，共50 μl。反應(yīng)條件：93℃/3 min后進(jìn)入循環(huán)， 94℃/45 s，58℃/30 s，72℃/30 s，共35個(gè)循環(huán)。采用PTC-100熱循環(huán)儀擴(kuò)增，擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳分離。采用分析軟件ScanImage測(cè)定條帶密度，采用條帶密度比值(PTEN/NADPH)表示PTEN的相對(duì)含量。

1.4.2 逆轉(zhuǎn)錄/聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR法)測(cè)定SERCA水平。3’；SERCA：上游引物5’-TGAATAAACCGCCTCGG-3’，上游引物5’-CAGCACCATCAG CCACT-3’。嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)操作。cDNA合成37℃/30min，預(yù)變性94℃/2min，55℃退火30 s，72℃延伸60 s，共30個(gè)循環(huán)。最后72℃延伸5 min。采用PTC-100熱循環(huán)儀擴(kuò)增，擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳分離。采用分析軟件ScanImage測(cè)定條帶密度，采用條帶密度比值(SERCA/NADPH)表示SERCA的相對(duì)含量。

1.5 miRNA-22轉(zhuǎn)染 A組20只大鼠，心肌肥厚模型構(gòu)建成功后，在心肌肥厚區(qū)域均勻分5點(diǎn)，注射表達(dá)microRNA-22 腺病毒/空載體腺病毒(adeno-miR-22/adeno-null，由Invitrogen公司構(gòu)建并證實(shí)轉(zhuǎn)染效率)，病毒量約為0.1 ml(2×1012viral particles/L)。病毒轉(zhuǎn)染后常規(guī)飼養(yǎng)4周。處死，取心臟組織測(cè)定miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)情況。

1.6 基因敲除 B組20只大鼠，心肌肥厚模型構(gòu)建成功后，進(jìn)行miRNA-22基因敲除，然后常規(guī)飼養(yǎng)4周。處死，取心臟組織測(cè)定miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)情況。

1.7 Western blot檢測(cè)心肌CaN、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白表達(dá) 取A組、B組和C組冷凍的心肌組織，采用western blot測(cè)定CaN、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白表達(dá)水平。

2 結(jié)果

2.1 心肌肥厚大鼠組織學(xué)表現(xiàn) 顯微鏡下可見(jiàn)觀察組心肌細(xì)胞直徑增大。見(jiàn)圖1。

圖1 2組造模后大鼠心肌細(xì)胞HE染色圖(×400)；A 對(duì)照組；B 觀察組

2.2 觀察組與對(duì)照組心肌指標(biāo)比價(jià) C組全心質(zhì)量、左心室質(zhì)量、LVDd、IVSTd、LVESD、LVPWTd高于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，表明心肌肥厚大鼠造模成功。見(jiàn)表1。

表1 2組大鼠心肌指標(biāo)比較

2.3 2組大鼠miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)比較 C組miRNA-22表達(dá)高于對(duì)照組，PTEN、SERCA表達(dá)低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 2組大鼠miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)比較

2.4 上調(diào)miRNA-22對(duì)心肌肥厚大鼠PTEN、SERCA表達(dá)的影響 A組miRNA-22表達(dá)高于C組(P<0.05)，miRNA-22表達(dá)顯著上調(diào)。A組PTEN、SERCA低于C組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表3。

表3 2組大鼠miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)比較

2.5 下調(diào)miRNA-22對(duì)心肌肥厚大鼠PTEN、SERCA表達(dá)的影響 B組miRNA-22表達(dá)低于C組(P<0.05)，miRNA-22表達(dá)顯著下調(diào)。B組PTEN、SERCA高于C組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表4。

表4 2組大鼠miRNA-22、PTEN、SERCA表達(dá)比較

2.6 miRNA-22表達(dá)變化對(duì)CaN、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白表達(dá)的影響 3組大鼠心肌細(xì)胞CaN、ANP、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，組間兩兩比較顯示，CaN、CaMKⅡ比較A組>C組>B組； SERCA2a比較A組

表5 3組大鼠CaN、ANP、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白表達(dá)水平比較

3 討論

心肌肥厚是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，也是心功能衰竭的病理基礎(chǔ)。抑制心肌肥厚有助于心血管疾病的疾病的防治，降低發(fā)病率和死亡率[9]。研究顯示，miRNA在心肌肥厚中扮演著重要角色[10]。龐志宇等[11]研究發(fā)現(xiàn)，共16種miRNA在心肌肥厚大鼠心肌組織中異常表達(dá)，其中包含miRNA-22。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，miRNA-22心臟過(guò)表達(dá)是引起心肌肥厚的重要原因[12]，但相關(guān)機(jī)制研究報(bào)道較少。

miRNA-22在卵巢癌、食管鱗狀細(xì)胞癌、肺癌中特異性表達(dá)，廣泛參與癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲過(guò)程[13]。吳德佩[14]發(fā)現(xiàn)miRNA-22靶向PTEN/AKT/mTOR信號(hào)通路調(diào)控自噬及糖尿病腎病腎間質(zhì)纖維化。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)miRNA-22與心臟疾病有關(guān)，在主動(dòng)脈弓縮窄壓力負(fù)荷模型中，microRNA-22(-/-)小鼠心臟擴(kuò)張加劇、收縮功能失代償嚴(yán)重，同時(shí)伴有心肌纖維化。凌琳等[6]認(rèn)為心肌梗死后高表達(dá)的miRNA-22能夠改善心肌結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)能力，減輕心肌纖維化。本研究采用腹主動(dòng)脈狹窄術(shù)制備壓力超負(fù)荷心肌肥厚動(dòng)物模型心肌miRNA-22高表達(dá)，與前人[15]研究結(jié)果一致。生物學(xué)信息顯示，miRNA-22通過(guò)結(jié)合T管生物起源關(guān)鍵蛋白的基因3’UTR的保守集合序列影響T管的發(fā)育，且葛根素會(huì)影響miRNA-22的表達(dá)，具體機(jī)制尚不明確。因此，miRNA-22在心肌肥厚大鼠中高表達(dá)的原因有待于進(jìn)一步研究。

CaN、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白是心肌肥厚發(fā)病中的關(guān)鍵因子，其水平的高低顯著影響心肌肥厚的疾病進(jìn)展。本研究觀察發(fā)現(xiàn)，miRNA-22(+/-)顯著影響CaN、SERCA2a、CaMKⅡ蛋白的表達(dá)，miRNA-22表達(dá)上調(diào)的心肌細(xì)胞CaN、CaMKⅡ表達(dá)上調(diào)，SERCA2a表達(dá)下調(diào)，反之亦然。鈣/鈣調(diào)蛋白激酶/鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(Ca/CaMK/CaN)途徑是調(diào)控心肌肥厚發(fā)病的重要信號(hào)通路之一，CaN、CaMKⅡ是該信號(hào)通路中的重要蛋白。在該信號(hào)通路調(diào)控中，隨著鈣離子內(nèi)流導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，從而激活鈣調(diào)蛋白激酶II(CaMKⅡ)、CaN，導(dǎo)致CaN 、CaMKⅡ活性和表達(dá)量增加，促進(jìn)心肌肥大[16]。SERCA2a則是一種大分子跨膜蛋白，在心肌肥大時(shí)發(fā)揮維持胞漿鈣穩(wěn)態(tài)的作用。已有研究[17]顯示，SERCA2a 在終末期心力衰竭患者心臟中表達(dá)下調(diào)，且與心臟收縮和舒張功能有關(guān)。研究顯示，心力衰竭、心肌肥大者SERCA2a在mRNA和蛋白水平方面均下調(diào)，導(dǎo)致胞漿對(duì)鈣離子的吸收和攝取減慢，進(jìn)而影響心肌舒張和收縮能力，并通過(guò)激活鈣相關(guān)通路，促進(jìn)心肌肥大[18]。

miRNA-22是具有調(diào)控作用點(diǎn)作用的非編碼RNA，本研究結(jié)果顯示miRNA-22心臟過(guò)表達(dá)會(huì)引起心肌肥厚，具體機(jī)制不明。李國(guó)然等[19]采用TargetScan等工具預(yù)測(cè)，SIRT1、PTEN、NAT5、HDAC4 和SRF可能是miRNA-22調(diào)控心肌肥厚的潛在靶基因。亦有研究指出，miRNA-22可通過(guò)影響SR鈣操縱蛋白參與心肌肥厚進(jìn)展[20]。本研究觀察miRNA-22(+/-)對(duì)PTEN、SERCA基因通路的影響，結(jié)果顯示，心肌肥厚大鼠miRNA-22表達(dá)上調(diào)，PTENmRNA、SERCAmRNA表達(dá)下調(diào)，呈負(fù)性關(guān)系。繼續(xù)上調(diào)心肌肥厚大鼠miRNA-22表達(dá)，PTENmRNA、SERCAmRNA表達(dá)持續(xù)下調(diào)，反之PTENmRNA、SERCAmRNA表達(dá)增加，提示miRNA-22與PTEN、SERCA基因之間呈負(fù)性調(diào)節(jié)的關(guān)系。細(xì)胞試驗(yàn)顯示，下調(diào)miRNA-22表達(dá)可通過(guò)抑制PTEN、SERCA信號(hào)通路而抑制心肌肥大[21,22]。PTEN為磷酸酶，在能夠拮抗PI3K，催化PIP3脫磷酸，下調(diào)PIP3水平，從而逆轉(zhuǎn)PI3K對(duì)PKB/AKT磷酸化，維持胞漿鈣穩(wěn)定。當(dāng)miRNA-22表達(dá)上調(diào)，通過(guò)特異性作用于靶基因PTEN，PTEN表達(dá)下降，PI3K對(duì)PKB/AKT磷酸化作用增強(qiáng)，鈣離子內(nèi)流，胞漿鈣濃度升高，Ca/CaMK/CaN信號(hào)通路激活，因而CaN、CaMKⅡ蛋白表達(dá)上調(diào)。SERCA是影響鈣離子內(nèi)流的另一信號(hào)通路，Gurha等[8]發(fā)現(xiàn)基因敲除小鼠SERCA活性及表達(dá)量降低，SR鈣儲(chǔ)存量減少。分析認(rèn)為，miRNA-22上調(diào)抑制富嘌呤元素相關(guān)蛋白PURB的表達(dá)，使得抑制狀態(tài)的SRF持續(xù)抑制，SRF與SERCA結(jié)合減少，導(dǎo)致SERCA基因及SERCA2a蛋白的表達(dá)降低。隨著SERCA表達(dá)的持續(xù)減少，胞漿鈣增多，相應(yīng) CaN、CaMKⅡ蛋白表達(dá)上調(diào)。

綜上所述，miRNA-22在心肌肥厚中高表達(dá)，上調(diào)miRNA-22能夠增加心肌細(xì)胞CaN、CaMKⅡ蛋白表達(dá)、降低SERCA2a表達(dá)，從而促進(jìn)心肌肥厚，可能與抑制PTEN、SERCA基因通路有關(guān)。