（1．广东医科大学 广东湛江 524023；2.深圳市龙岗区人民医院 广东深圳 518000；3.深圳市龙岗区妇幼保健院 广东深圳 518000）
摘要：microRNA作为非编码RNA家族成员之一，是一类长度约为21-23个核昔酸的调控性小RNA分子，他可通过mRNA剪切和抑制蛋白质翻译的方式调控靶基因。microRNA分子参与了多种生理过程，比如发育、激素分泌、细胞稠亡、细胞分化和脂类代谢等在内的生理过程。microRNA分子还参与了一些病理过程，包括癌症、心肌梗死、房颤、心力衰竭、糖尿病、病毒感染和白血病等疾病。本文主要对microRNA在心力衰竭心肌病理生理变化过程中的作用的研究进展进行概述，为相关研究和临床应用提供参考。
关键词：microRNA；心力衰竭；病理生理变化
Abstract：MicroRNA，a member of the non-coding RNA family，is a regulatory small RNA molecule of about 21-23 nucleotides in length that regulates target genes by mRNA cleavage and protein translation. MicroRNA molecules are involved in a variety of physiological processes，such as development，hormone secretion，cell death，cell differentiation and lipid metabolism，including physiological processes. MicroRNA molecules also participate in a number of pathological processes，including cancer，myocardial infarction，atrial fibrillation，heart failure，diabetes，viral infections and leukemia and other diseases. In this paper，microRNAs in the heart failure of myocardial pathophysiological changes in the role of the progress of the study outlined for the relevant research and clinical application to provide a reference.
Key words：microRNA；heart failure；pathophysiological changes
1 心力衰竭概述
心血管疾病在发达国家各类疾病的发病率和致死率中长期位居第一，为此，大量的人力物力被投入到心血管疾病的病理生理及分子机制的研究当中，期望能够发展针对心血管疾病的新的诊断方法和治疗策略。心力衰竭主要是由于心肌结构和功能的变化，导致心室充盈和射血的障碍而引起的，在发达国家，心力衰竭患病率约为1.5%左右，但是过了70岁，患病率能达到10%，，心力衰竭是发达国家70岁以上的人群入院和死亡的首要病因。对心力衰竭发病机制的研究和临床治疗近年来取得明显进展，但心力衰竭5年内仍然有50%的几率死亡，近年来的研究表明，在心力衰竭时，心脏基因甚至胚胎基因的表达都发生了明显变化，一些胚胎基因被发现在心力衰竭的心脏中表达。
已有的多项研究表明，复杂的转录及转录后调控网络在维持心脏稳态的过程中起着重要的作用。有研究发现，某些转录因子、转录后调控因子的突变或异常表达与心血管疾病密切相关同时，与这些靶基因相关的药物研发工作也正在进行中。最近，一类新发现的非编码小RNAs——microRNAs通过调控靶mRNAs翻译、抑制靶基因表达，在转录及转录后调控中扮演着重要的角色。miRNA参与了多种心血管疾病的病理生理过程，己经成为心血管疾病治疗的新靶点。
2 心血管疾病中miRNAs的表达
miRNAs的表达具有组织特异性。有研究表明，所有233种小鼠miRNAs中有种157种在正常小鼠的心脏组织中表达，且其中64种特异性高表达并且大鼠主动脉的miRNAs表达谱不同于大鼠心脏的miRNAs表达谱。这表明，在不同组织的病理生理过程中的作用各异。在心脏发育的过程中，miRNAs的表达谱也不断改变，而且许多只在心脏特定发育阶段表达的miRNAs在心血管系统疾病状态下会出现再表达。并且，某些非心脏特异性表达的miRNAs广泛表达在心脏中也有很重要的作用。现有的miRNA表达谱研究己经获得了正常心肌和各类心血管疾病的部分差异性表达miRNA。相同miRNA在不同种属之间的表达量各异，且在不同心肌组织亚定位的表达量也各异。心脏的miRNA调控非常严密，并且在心血管疾病中，miRNA的表达调控非常重要。
不同心血管疾病动物模型和人类心力衰竭研究表明，胚胎基因再表达、心钠素和脑钠素等是这些疾病病理生理过程中的重要标志。最近研究表明，心脏应激状态下也会出现胚胎miRNA再表达，并可能与胚胎基因再表达相互作用，参与各类心脏疾病的病理生理过程。尽管某些心血管疾病调控miRNA只在心肌特异性表达，大多数的调控在全身广泛性表达。例如，在心血管疾病状态下明显差异性表达的mi-R21，几乎在全身各组织均有表达。因此，抑制心血管系统差异性表达或高度富集的miRNAs，可能会导致其他器官的miRNAs活性紊乱等一些副作用。
3 miRNAs与心力衰竭
有多项研究表明，复杂的转录及转录后调控网络在维持心脏稳态的过程中起着重要的作用，某些转录因子、转录后调控因子的突变或异常表达与心血管疾病密切相关，最近，一类新发现的非编码小RNAs——microRNAs通过调控靶mRNAs翻译、抑制靶基因表达，在转录及转录后调控中扮演着重要的角色，miRNA参与了多种心血管疾病的病理生理过程。
3.1miRNAs在心力衰竭中表达和功能的变化
心脏对生理刺激和病理状态非常敏感，轻微的打击都可能导致严重的心肌重构，甚至最终发生心力衰竭。作为对各种刺激最主要的应答，心脏将发生广泛性的组织重构，称为生理性或病理性心肌肥厚，将导致心肌体积增大，心室重量增加。初级代偿阶段的心肌肥厚可以帮助维持心输出量持续性的压力刺激则会最终导致心功能障碍，甚至心力衰竭并伴随发生胚胎基因再表达。最近的研究表明miRNAs也参与了这一过程。研究表明，miRNAs调控是心力衰竭中新的一类转录调控模式。胚胎miRNAs的再表达可以导致基因表达的改变，并触发心肌进行性功能障碍的病理改变。miRNAs表达谱研究对揭示心血管疾病中的作用及功能意义重大。但是，，在某些情况下，不同研究组进行的相似研究所获得的miRNAs相关实验数据相互矛盾。据预测，心肌肥厚转化为心力衰竭的过程中miRNAs的表达谱改变将会引起其靶基因表达的显著变化。因此有必要对表达谱研究进行具体的亚类如病原学、药物治疗作用、年龄、性别等其他与调控相关的因素的分析研究。
早期研究中，研究者大多针对miRNAs生物学合成过程中的关键酶进行miRNAs功能研究。miRNAs靶点的预测和验证对于全面了解miRNAs在心血管疾病中的功能和开发治疗应用意义重大。现有的大多数miRNAs靶点预测软件的设计基础为miRNAs5’碱基是靶点识别中最重要的序列，。这些算法通常会得到针对某个的miRNAs上百个作用靶点，这使得逐个验证靶点困难重重。靶点可结合性不仅是反义核酸和siRNA，也是miRNAs靶点抑制介导的沉默效应的重要因素之一。通常情况下，所有miRNAs的3’非翻译区的结合位点均位于自由能和RNA结构不稳定的区域。虽然预测软件的准确性己有了很大的进步，但是仍需改进，在不遗漏真实信息的情况下，尽量减少假阳性靶点。
3.2 miRNAs在心肌细胞凋亡中的变化和作用
心力衰竭发展过程中常伴有心肌细胞的坏死和凋亡，而坏死和凋亡是心力衰竭中心脏重构的环节之一。各种心脏疾病都会导致心肌细胞功能失调，在缺血、缺氧、应激、负荷过重、感染等条件下，心肌细胞会发生坏死和凋亡，许多研究发现miＲNA 参与该病理过程。Hu等发现在小鼠心肌梗死模型中，miR-210可通过作用于蛋白酪氨酸磷酸酶抑制心肌细胞凋亡。小鼠miＲ-214 基因缺失可引起心脏收缩性丧失，增加凋亡。缺血性损伤时，miR-214能抑制钠/钙变换蛋白1和抑制钙/钙调蛋白依赖性蛋白亲环蛋白D 和凋亡基因Bcl-2 家族成员等Ca2=信号通路，维持心肌细胞Ca2=稳态，防止心肌细胞因Ca2= 负荷过重而导致的死亡。Wang 等［7］研究发现，在心肌细胞中，miR-494 直接作用于前凋亡蛋白和抗凋亡蛋白激活线粒体信号通路Akt，保护心脏缺血再灌注损伤。Wang 等研究还发现，miR-499能通过抑制磷酸酶介导的线粒体动力蛋白相关蛋白1，减低线粒体动力蛋白相关蛋白1在线粒体聚集和由它介导的线粒体破裂，从而抑制心肌细胞凋亡。Fang 等发现，miR-378 缺乏可加重缺氧导致的心肌凋亡和细胞损伤，相反，其过表达能显著增强细胞活性，减少乳酸脱氢酶的释放，抑制凋亡和坏死，其作用机制为miR-378 通过作用于caspase-3，抑制caspase-3 的表达，减少心肌细胞的缺血性损伤，在心脏病中治疗凋亡和损伤。。miR-1 和miR-133 在心肌凋亡中产生相反的效果，miR-1 上调、miR-133下调促进凋亡，反之亦然。miR-1 通过作用于热激蛋白Hsp 60和Hsp70 的3'非翻译区，减少Hsp60 和Hsp70 的蛋白质水平，从而促进凋亡，而miR-133 通过作用于caspase-9 基因序列的多个位点，抑制caspase-9 的蛋白质和信使mRNA 的表达，抑制凋亡。
3.3 miRNAs在心脏重构中的变化和作用
心脏重构是慢性心功能不全的必要环节，心力衰竭发展过程中最后都伴有心肌肥厚、心肌纤维化、心脏扩大，miRNA 对于这个环节也具有十分重要的调节作用。miR-1 通过下调IGF-1、钙调素、心肌强化因子2、Gata4（一种转录因子）等抑制Ca2 + 信号通路，抑制心脏肥厚。。Dong 等发现，抑制磷酸酶或miR-133 表达增加可防止心脏肥厚，miR-133 通过后转录抑制磷酸酶/NFAT 信号，抑制心脏肥厚；因此miR-133a 可以调节心肌纤维化和肥厚，减少结缔组织因子表达，减少纤维心肌重构，改善舒张功能。Wang 等还发现，miR-9 通过抑制心肌素而作用于NFATc3 信号通路，抑制心脏肥厚，同时miR-26b 可通过miR-26b 水平降低使Gata4 上调来调节Gata4，诱导心脏肥厚，而miR-30能抑制结缔组织生长因子从而抑制心脏肥厚。miR-208通过抑制甲状腺相关蛋白1 和肌生成蛋白及编码重链肌球蛋白β促进心肌肥厚。miRNA-27b过表达可引起心脏肥厚和心功能失调，可能是通过作用于过氧化物酶体增殖物激活受体γ，还能抑制基质金属蛋白酶13，促进心脏纤维化。
3.4 miRNAs在心力衰竭诊断和治疗方面的作用
在肿瘤相关研究中，已证实肿瘤组织miRNAs的表达谱与肿瘤预后密切相关最新研究表明，血浆miRNAs表达谱是良好的肿瘤诊断指标。血浆miRNAs诊断心血管疾病潜力巨大，特别是在高血压和心力衰竭等症状出现前进行筛查意义重大。实际上，心脏特异型表达的miR-208在异丙肾上腺素诱导的心肌损伤大鼠模型中释放入血，其血浆表达改变与临床诊断金标准肌钙蛋白的改变一致。但是，高血压诱导的心肌肥厚大鼠中并未检测到miR-208。这表明，心肌肥厚尚不足以损伤心肌细胞导致miRNAs外漏。最新研究表明，miR-433-5P可作为诊断标志物对心力衰竭进行诊断。研究不同心血管疾病病理状态miRNAs的血浆表达情况具有十分重大的意义和价值。
从miRNAs被发现开始，研究者们就在不断的发展基于miRNAs的治疗策略。目前用于调控体内miRNAs和靶基因水平的主要为miRNAs mimics和miRNAs inhibitors，而目前小RNA治疗面临的最大难题是给药方式的问题，譬如，如何将miRNAs特异性传输至心脏。AntagomiRS特异性地与靶miRNAs结合，从而抑制其靶mRNAs被剪切降解。部分研究证实，antagomiRS干预后可有效作用于小鼠心脏某些miRNAs，并引起特异且持久的效应。AntagomiRS的临床应用价值则应针对每个miRNA具体评估。尽管用于丙型肝炎的anti-miR-122治疗在非人类灵长类动物中疗效显著且无毒副作用，几个肿瘤相关的miRNAs临床试验效果仍有待评估。MiRNA sponges也可通过与miRNAs特异性结合，抑制miRNAs的功能。通常情况下，sponges携带多个miRNAs结合位点由含有细胞特异性启动子元件的腺相关病毒载体介导至靶器官。这样，可以克服对其他器官miRNAs功能的非靶向性影响。另外一个优势，就是腺相关病毒能感染心肌细胞等非分裂细胞。尽管许多临床前和临床期研究的结果证实了腺相关病毒使用的安全性，但是腺相关病毒的临床应用依然面临巨大的挑战。首先，不得不考虑宿主免疫反应，其次，腺相关病毒DNA整合宿主基因组的机率很低，但仍有关于，腺相关病毒整合入基因组的报道。由于某些miRNAs的作用为正性效应，因此模拟它们的表达可能有治疗作用。miRNAs mimics可以完全模拟miRNAs相应的作用，也可以依照基因特异性的原则进行设计。
4总结与展望
miRNAs在心血管疾病病理生理过程中扮演了重要的角色。Aanti-miR和miR mimics的易操作性给研究带来了巨大的便利，加快了miRNAs的相关研究，也给miRNAs药物治疗带来了希望。除了作为治疗靶点，miRNAs在心血管疾病的诊断及预后中的价值也潜力无限。miRNAs是一个相对年轻的基础生物学研究领域，而它的转化研究可以为疾病的诊断和治疗带来新的希望。
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论文作者:柯国柱1，2,罗玉梅2（通讯作者）,万新红3,李春萍1
论文发表刊物:《航空军医》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/23
标签：心肌论文; 心力衰竭论文; 心脏论文; 抑制论文; 肥厚论文; 转录论文; 心血管疾病论文; 《航空军医》2017年第11期论文;