高原低氧環(huán)境致心血管系統(tǒng)損傷與微小RNA的研究進(jìn)展

馬明仁 莊凱鵬 王菲 弓宵 馬凌

730050 蘭州，解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九四〇醫(yī)院心血管內(nèi)科(馬明仁、莊凱鵬、王菲、馬凌)；730000蘭州，西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部(弓宵)

海拔2 500米以上地區(qū)約占我國(guó)國(guó)土面積1/3，低壓缺氧是該地域獨(dú)有特征[1]。機(jī)體在此環(huán)境中多個(gè)器官會(huì)發(fā)生病理生理改變，影響最為嚴(yán)重的是心血管系統(tǒng)[2]，而目前對(duì)于高原低氧所致心血管系統(tǒng)損傷相關(guān)疾病缺乏有效診療和干預(yù)措施。微小RNA(microRNA，miRNA)普遍存在于動(dòng)、植物中，是控制重要生物學(xué)進(jìn)程基因表達(dá)的調(diào)節(jié)子，包括外顯子miRNA和內(nèi)含子miRNA，長(zhǎng)度約22個(gè)核苷酸(nt)，通過(guò)結(jié)合靶mRNA的3’非編碼區(qū)來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平上蛋白質(zhì)編碼基因表達(dá)[3]。已證實(shí)miRNA幾乎參與各種病理生理進(jìn)程，在心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)中諸多研究已將miRNA作為潛在生物標(biāo)志物的研究對(duì)象，但高原低氧環(huán)境致心血管系統(tǒng)損傷與miRNA相關(guān)性研究卻鮮有報(bào)道。鑒于此，本文聚焦高原特殊生態(tài)以及我國(guó)目前所處的復(fù)雜周邊環(huán)境，以miRNA為切入點(diǎn)總結(jié)該領(lǐng)域當(dāng)前最新研究進(jìn)展(表1)，闡明CVD-miRNA之間的相關(guān)性以期為此特殊環(huán)境下CVD診療和干預(yù)提供新策略。

1 心肌損傷

心肌損傷與心肌細(xì)胞凋亡密切相關(guān)，當(dāng)機(jī)體處于高海拔地區(qū)時(shí)心肌細(xì)胞感受外界環(huán)境變化啟動(dòng)自身程序性死亡，這種凋亡受到機(jī)體嚴(yán)密監(jiān)控，miRNA在其中扮演重要角色。牦牛是生活在我國(guó)青藏高原及其鄰近地區(qū)的一種獨(dú)特家畜品種，為了適應(yīng)極端的高海拔環(huán)境牦牛已進(jìn)化出一些解剖和生理特性，包括更大的心臟和肺。Zhang等[4]在研究牦牛高海拔適應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，miR-22850-3p在牦牛心臟和肺組織中高表達(dá)，miR-22850-3p通過(guò)靶向Caspase-3減輕高原缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。在高原低氧大鼠心肌損傷模型中，低壓低氧可導(dǎo)致心肌組織miRNA表達(dá)譜發(fā)生顯著變化，其中miR-144/451及miR-132/212基因簇表達(dá)差異最為顯著，進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)miR-144-3p與低壓低氧致心肌損傷密切相關(guān)。Wen等[5]也驗(yàn)證了在低氧條件下骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞衍生的外泌體所含miR-144通過(guò)靶向PTEN/AKT途徑來(lái)抑制心肌細(xì)胞凋亡。miR-210屬于缺氧誘導(dǎo)型miRNA，在心肌細(xì)胞凋亡和促血管生成方面具有重要作用，體外實(shí)驗(yàn)表明將miR-210前體轉(zhuǎn)染進(jìn)入HL-1小鼠心肌細(xì)胞，能夠明顯降低缺氧誘發(fā)的Caspase-3/7活性增加，而抑制miR-210表達(dá)則能強(qiáng)化Caspase-3/7活性，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡[28]。HOTAIR是HOX基因表達(dá)調(diào)節(jié)劑，具有保護(hù)心肌細(xì)胞功能，研究表明在缺氧誘導(dǎo)新生大鼠心肌細(xì)胞中HOTAIR表達(dá)下調(diào)，過(guò)表達(dá)HOTAIR極大限制了缺氧誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡，且HOTAIR的心臟保護(hù)功能基于miR-1負(fù)調(diào)控[6]。miR-499是心臟表達(dá)量最豐富的miRNAs之一，具有抗心肌細(xì)胞凋亡作用，miR-499通過(guò)靶向轉(zhuǎn)錄因子SOX6抑制缺氧/復(fù)氧(hypoxia/reoxygenation，H/R)誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷[7]。缺氧預(yù)處理可觸發(fā)凋亡并抑制AC16細(xì)胞活力，且miR-410-3p被下調(diào)，過(guò)表達(dá)miR-410-3p通過(guò)靶向TRAF5保護(hù)缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷[8]。在不同缺氧暴露時(shí)間點(diǎn)H9c2細(xì)胞中miR-27a-5p表達(dá)下調(diào)，miR-27a-5p通過(guò)Atg7調(diào)節(jié)H9c2細(xì)胞自噬和凋亡，從而減輕缺氧引起的細(xì)胞損傷[9]。Wu等[10]也證實(shí)，H/R誘導(dǎo)H9c2細(xì)胞凋亡并伴有miR-101表達(dá)下調(diào)，miR-101通過(guò)靶向RAB5A誘導(dǎo)自噬，抑制miR-101減弱了H/R誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞凋亡。缺氧抑制了H9c2細(xì)胞中miR-486表達(dá)，miR-486通過(guò)靶向NDRG2滅活JNK/c-Jun和NF-κB信號(hào)通路，減輕H9c2細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)損傷[11]。大量研究表明，miRNA與高原低氧環(huán)境致心肌損傷密切相關(guān)，然而目前該領(lǐng)域研究?jī)H涉及細(xì)胞和動(dòng)物模型以及生物信息學(xué)預(yù)測(cè)，相互作用機(jī)制和復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未闡明，明確高原低氧環(huán)境下心肌損傷與miRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)將有助于推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化及臨床應(yīng)用。

表1 高原低氧致心血管系統(tǒng)疾病相關(guān)miRNAs功能

2 高原肺動(dòng)脈高壓

高原肺動(dòng)脈高壓(high-altitude pulmonary hypertension，HAPH)是以慢性缺氧導(dǎo)致肺血管收縮以及結(jié)構(gòu)重構(gòu)為特征的嚴(yán)重進(jìn)行性疾病，HAPH發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，且尚不明確[29]。miRNA參與HAPH復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，已有將miRNA作為HAPH生物標(biāo)記物的相關(guān)研究[30]。肺外膜成纖維細(xì)胞的活化在缺氧性HAPH的肺血管重構(gòu)中起關(guān)鍵作用，Luo等[31]研究表明miR-29a-3p在缺氧狀態(tài)下調(diào)節(jié)肺外膜成纖維細(xì)胞的活化和表型，肺外膜成纖維細(xì)胞的活化伴隨miR-29a-3p表達(dá)下調(diào)，miR-29a-3p可顯著降低缺氧性HAPH大鼠的肺動(dòng)脈壓和右心室肥大指數(shù)并改善肺血管重構(gòu)。高原低壓缺氧會(huì)破壞機(jī)體血管穩(wěn)態(tài)導(dǎo)致HAPH發(fā)生，Alam等[14]研究證實(shí)此環(huán)境中miR-124-3p與血管穩(wěn)態(tài)和缺氧基因NOS3、Apelin及EST1具有相關(guān)性， miR-124-3p通過(guò)抑制缺氧基因表達(dá)在HAPH病理生理進(jìn)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。HIF是缺氧相關(guān)疾病研究領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)，缺氧導(dǎo)致miRNA表達(dá)變化的機(jī)制可通過(guò)HIF-1依賴性和HIF-1非依賴性途徑介導(dǎo)，已證實(shí)HIF-1上調(diào)后在肺動(dòng)脈高壓(pulmonary hypertension，PH)中發(fā)揮作用，尤其是缺氧誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓(hypoxia-induced pulmonary hypertension，HPH)中[32]。在HAPH大鼠模型肺組織中抑制miR-322后Apelin表達(dá)進(jìn)一步升高，miR-322可能通過(guò)降低肺組織內(nèi)源性Apelin蛋白的表達(dá)，降低機(jī)體血管擴(kuò)張反應(yīng)。肺血管重構(gòu)是PH重要病理特征，其中肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery smooth muscle cells，PASMCs)的表型轉(zhuǎn)換起關(guān)鍵作用。Yue等[15]研究指出，miR-206對(duì)肌生成及相關(guān)疾病至關(guān)重要，在缺氧大鼠模型和缺氧PASMCs中評(píng)估m(xù)iR-206表達(dá)發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)的miR-206下調(diào)通過(guò)靶向PASMCs中HIF-1α/Fhl-1通路參與PH發(fā)生，循環(huán)中的miR-206可能是缺氧誘導(dǎo)的PH早期觸發(fā)因素。缺氧誘導(dǎo)的PH動(dòng)物模型體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，miR-190a-5p表達(dá)水平明顯高于對(duì)照組，miR-190a-5p通過(guò)靶向KLF15調(diào)節(jié)HPH，且miR-190a-5p循環(huán)水平與HPH嚴(yán)重程度密切相關(guān)[16]。Blissenbach等[33]為了驗(yàn)證血漿miRNA與HPH之間相關(guān)性，招募40名在7 050米高海拔探險(xiǎn)的健康志愿者，通過(guò)反復(fù)RT-PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)循環(huán)miRNA與海拔依賴性增加，且miR-17、miR-190的高表達(dá)與收縮期肺動(dòng)脈壓(systolic pulmonary artery pressure，SPAP)顯著相關(guān)。HAPH形成是一個(gè)慢性動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，不同時(shí)期病理生理變化和特定miRNA密不可分，更重要的是許多miRNA表達(dá)水平與HAPH嚴(yán)重程度及預(yù)后相關(guān)，充分表明循環(huán)中的miRNA有望作為HAPH早期檢測(cè)的一種新型標(biāo)志物。

3 高原紅細(xì)胞增多癥

高原紅細(xì)胞增多癥(high altitude polycythemia，HAPC)是紅細(xì)胞過(guò)度代償性增多以減輕機(jī)體缺氧為主要特征的慢性進(jìn)行性疾病，高原持續(xù)低氧是其發(fā)病的根本原因，但確切發(fā)病機(jī)制尚未闡明，目前缺乏有效預(yù)防和干預(yù)措施。針對(duì)不同海拔人群紅細(xì)胞miRNA譜的差異研究發(fā)現(xiàn)，高海拔低氧環(huán)境顯著影響人類紅細(xì)胞miRNA表達(dá)譜，miR-144-5p、miR-30b-5p表達(dá)變化最為明顯，差異表達(dá)miRNA潛在靶基因參與紅系缺氧和一氧化氮相關(guān)信號(hào)通路[34]。氧依賴調(diào)控紅細(xì)胞聚集的關(guān)鍵途徑是PHD：HIF途徑[35]。平滑肌細(xì)胞特異性敲除miR-17～92可顯著減輕缺氧誘導(dǎo)的PH，但miR-17～92介導(dǎo)的PASMC增殖機(jī)制尚不明確。Chen等[22]研究miR-17～92通過(guò)PHD調(diào)節(jié)HIF活性和PASMC增殖機(jī)制，結(jié)果表明PHD2是miR-17/20a的直接靶點(diǎn)，miR-17～92通過(guò)抑制PHD2和誘導(dǎo)HIF-1α促進(jìn)PASMC增殖和紅細(xì)胞增生。miR-144在紅系祖細(xì)胞內(nèi)高度特異性表達(dá)，參與CVD發(fā)生發(fā)展[36]。既往有關(guān)miR-144在高原低氧環(huán)境中對(duì)CVD影響研究鮮有報(bào)道，馮振龍等[37]通過(guò)SD大鼠缺氧模型發(fā)現(xiàn)隨著高原低氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠血漿中miR-144-3p、miR-144-5p表達(dá)量逐漸增加，且與紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、血紅蛋白呈正相關(guān)，表明miR-144在低氧刺激下高表達(dá)可導(dǎo)致HAPC。GATA-1、miR-451a對(duì)紅系分化至關(guān)重要[23]，在研究GATA-1與miR-451a相關(guān)性時(shí)發(fā)現(xiàn)，HAPC患者外周血CD34+造血干/祖細(xì)胞在低氧環(huán)境向紅系分化過(guò)程中，GATA-1與miR-451a表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。在缺氧誘導(dǎo)的K562細(xì)胞中GATA-1蛋白表達(dá)量升高，GATA-1表達(dá)的增加可上調(diào)miR-451a的表達(dá)，從而抑制14-3-3ζ蛋白表達(dá)，阻礙K562細(xì)胞紅系分化模型中的細(xì)胞增殖，對(duì)紅系分化有重要促進(jìn)作用。血漿miR-130a-3p在高原低氧環(huán)境中表達(dá)的研究表明，miR-130a-3p與紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、血紅蛋白、紅細(xì)胞比容呈正相關(guān)，miR-130a-3p可能通過(guò)參與紅細(xì)胞生成和巨噬細(xì)胞分化來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)缺氧環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程[38]。有關(guān)HAPC與miRNA相關(guān)的直接研究證據(jù)較少，但miRNA與缺氧誘導(dǎo)紅系分化研究已很充分，尤其是在白血病、地中海貧血、腫瘤等方面。目前對(duì)于HAPC缺乏有效診療手段，而miRNA由于其自身特性或許會(huì)為HAPC研究提供新思路。

4 高原性高血壓

高原環(huán)境中機(jī)體對(duì)低氧產(chǎn)生急性應(yīng)激反應(yīng)，體液中可促進(jìn)血壓升高的生物活性物質(zhì)兒茶酚胺類增多以及心排血量增加引起的血壓升高稱為高原性高血壓，但目前全世界尚無(wú)高原性高血壓的統(tǒng)一定義共識(shí)或指南。高原性高血壓發(fā)病機(jī)制主要有血液黏滯性增大、交感神經(jīng)激活、NO和H2S代謝異常以及HIF。紅細(xì)胞數(shù)量和體積變化是導(dǎo)致血液黏滯性改變的根本原因，已證實(shí)miR-130a-3p與紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、紅細(xì)胞比容呈正相關(guān)[38]。低氧暴露可引起機(jī)體血液重新分布，導(dǎo)致交感神經(jīng)活動(dòng)明顯增強(qiáng)，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin angiotensin aldosterone system，RAAS)被激活。miRNA是RAAS的重要調(diào)節(jié)因子，Chu等[39]探討了原發(fā)性高血壓(essential hypertension，EH)患者miR-136水平與RAAS生化標(biāo)志物之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)EH患者外周血中miR-136表達(dá)明顯升高，miR-136表達(dá)與RAAS生化標(biāo)志物呈顯著負(fù)相關(guān)，高表達(dá)的miR-136預(yù)示著高血壓患者用藥后的預(yù)后良好。He等[25]也證實(shí)，在EH患者中RAAS相關(guān)的has-miR-483-3p和has-miR-27a-3p下調(diào)，而與RAAS相關(guān)蛋白has-circ-0122153和has-circ-0025088上調(diào)，涉及has-circ-0122153/has-miR-483-3p和has-circ-0025088/has-miR-27a-3p軸是潛在的EH通路。氣體信號(hào)分子NO和H2S參與了高原性高血壓病理生理過(guò)程，且隨病情發(fā)展出現(xiàn)升高趨勢(shì)，已成為高原性高血壓風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分子及關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，EH患者血漿中miR-122顯著升高，CAT-1水平顯著降低，miR-122通過(guò)抑制CAT-1蛋白的表達(dá)降低L-精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)，從而影響內(nèi)皮細(xì)胞NO合成與釋放，miR-122的高表達(dá)似乎是高血壓患者內(nèi)皮功能障礙的危險(xiǎn)因素。高原性高血壓與EH有類似的病理生理過(guò)程，miRNA在EH中發(fā)揮的重要調(diào)控作用已有大量研究佐證，但高原性高血壓與miRNA相關(guān)研究尚處起步階段，期望通過(guò)上述對(duì)miRNA與EH總結(jié)為高原性高血壓與miRNA研究提供借鑒。

5 小結(jié)與展望

高原低氧環(huán)境致心血管系統(tǒng)損傷至今仍缺乏有效防治措施，該領(lǐng)域研究已日趨成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。大量研究證據(jù)表明miRNA參與調(diào)控蛋白編碼基因的表達(dá)[40]，miRNA與高原CVD發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性已成定論，但當(dāng)前研究?jī)H限于生物信息預(yù)測(cè)、細(xì)胞及動(dòng)物模型驗(yàn)證，尚未全面系統(tǒng)反映miRNA在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮的整體調(diào)控作用，極大地限制了其在臨床上推廣應(yīng)用。本文總結(jié)miRNA在高原低氧環(huán)境致CVD最新研究進(jìn)展，通過(guò)文獻(xiàn)得出以下體會(huì)供參考：(1)miRNA自身的結(jié)構(gòu)特殊性使其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜和多變的特點(diǎn)，尤其是在低氧特殊環(huán)境暴露下更加明顯，如在高原環(huán)境下人體HIFs信號(hào)通路被激活，細(xì)胞對(duì)缺氧的應(yīng)激反應(yīng)主要受轉(zhuǎn)錄因子HIF調(diào)節(jié)，HIF穩(wěn)定性對(duì)于缺氧組織發(fā)揮了保護(hù)性效應(yīng)，而與HIFs相關(guān)miRNA眾多且miRNA-miRNA之間具有協(xié)同與拮抗作用，對(duì)于這種復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究尚處于起步階段。(2)高原低氧環(huán)境致心血管損傷為慢性進(jìn)行性疾病，體液中miRNA水平會(huì)隨著缺氧程度及疾病進(jìn)程發(fā)生改變呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程且受到諸多因素影響，這種變化為我們研究高原環(huán)境下CVD分期和診療提供了新視野，但目前無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。(3)低氧外泌體(hypoxic exosomes，HPC-exos)中circHIPK3在氧化條件下通過(guò)miR-29a介導(dǎo)的IGF-1表達(dá)在心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞(cardiac microvascular endothelial cells，CMVECs)中起作用，從而減少氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的CMVECs功能障礙。Yang等[41]發(fā)現(xiàn)，低氧刺激心肌細(xì)胞中miR-30a高度富集，HIF-1α調(diào)節(jié)miR-30a表達(dá)在低氧后可通過(guò)外泌體在心肌細(xì)胞間有效轉(zhuǎn)移miR-30a，抑制miR-30a會(huì)增加核心自噬調(diào)節(jié)因子beclin-1、Atg12和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表達(dá)，這有助于維持缺氧后心肌細(xì)胞的自噬反應(yīng)。外泌體來(lái)源的miRNA與高原心血管損傷相關(guān)性研究將會(huì)是以后研究的熱點(diǎn)，或許會(huì)成為高原CVD靶向診療新方向。(4)HIF無(wú)疑是缺氧研究領(lǐng)域明星分子，miRNA與高原CVD相關(guān)性無(wú)可非議，但在臨床應(yīng)用還存在諸多缺陷，如缺乏特異性、不可操控性等。(5)疾病發(fā)生發(fā)展受到諸多miRNA參與調(diào)控，且miRNA分布和表達(dá)有高低之分，調(diào)控作用也有主次之別。在我們對(duì)高原低氧環(huán)境致心血管系統(tǒng)損傷與miRNA研究進(jìn)展的總結(jié)中發(fā)現(xiàn)miR-144發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用，以miR-144為節(jié)點(diǎn)展開miRNA-miRNA之間在高原缺氧環(huán)境致CVD中作用研究無(wú)疑是該領(lǐng)域研究的捷徑。

高原醫(yī)學(xué)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全意義重大，心血管系統(tǒng)對(duì)高原缺氧極為敏感，是我們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。miRNA在高原環(huán)境致心血管系統(tǒng)損傷中的重要調(diào)控作用近年來(lái)逐步被發(fā)掘，但其復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制尚未揭曉。因此，迫切需要找到新穎的切入點(diǎn)以加快研究進(jìn)展。本綜述從心肌損傷、HAPH、HAPC以及高原性高血壓4個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)高原低氧環(huán)境致心血管系統(tǒng)損傷與miRNA研究進(jìn)展，以期為該領(lǐng)域研究提供可借鑒的參考資料。

利益沖突：無(wú)