微小RNA在心肌纤维化中的作用机制

张莉丝 贾琼琼 邵素霞

(河北医科大学组织胚胎学教研室，河北 石家庄 050017)

微小RNA在心肌纤维化中的作用机制

张莉丝 贾琼琼 邵素霞

(河北医科大学组织胚胎学教研室，河北 石家庄 050017)

微小RNA;心肌缺血;心肌纤维化

微小RNA(miRNA)是一种在进化中高度保守的，由18～26个核苷酸组成的内源性单链非编码小分子RNA，目前人类已经检测出了1 000多个。miRNA结合位点通常在mRNA 3'端非翻译区，通过其配对蛋白质编码基因中mRNA调控靶基因，降低反转录效率和(或)mRNA水平〔1〕，每个miRNA可有多个靶基因，多个miRNA也可调节同一个基因，从而实现基因的调控作用。因此，miRNA虽然仅占真核细胞基因组的1%～2%，但却调节编码基因的30%〔2〕。miRNAs参与调控多种细胞生物学过程，在增殖分化凋亡代谢〔3～6〕等方面发挥重要作用。目前发现一些miRNAs与心血管系统发育和心血管疾病发生发展密切相关〔7～9〕。而大量研究〔10～35〕表明多种miRNAs参与了心肌纤维化。本文综述miRNA在心肌纤维化中的作用。

1 心肌纤维化

心肌纤维化是多种心脏疾病的共同难题，与心肌病、心肌梗死、心律失常、慢性心力衰竭等密切相关。当心脏缺血或发生炎症时造成心肌损伤和(或)负荷增加，代偿机制激活导致心肌肥大、心肌纤维化和心室重构。心室重构激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)〔36,37〕，使血管紧张素(Ang)Ⅱ分泌增多，刺激心肌成纤维细胞增殖，胶原蛋白合成增加,使原有的胶原增粗,新胶原沉积于原来缺乏胶原的心肌间质内,胶原体积比例增加，导致心肌间质内正常结构被破坏,使促纤维化细胞因子如转化生长因子(TGF)-β分泌增多，基质金属蛋白酶(MMPs)失调，发生了间质纤维化。MMPs是一组锌离子(Zn+)依赖的内肽酶家族，主要功能是调节细胞外基质代谢，组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs) 是MMPs的特异性抑制剂，MMPs/TIMPs的比例失调是导致心室重构的重要因素。多年来除了抑制RAAS，尚且还没有治疗心肌纤维化的有效方法，最近，miRNA的相关研究为治疗心脏缺血后纤维化提供了新方向。

2 miRNA参与心肌纤维化

2.1miR-21 miR-21可参与多个病理过程，包括癌症、心肌肥大和纤维化的发展。Liang等〔10〕发现小鼠心肌梗死区的周围区域内miR-21表达上升，TGF-β受体(R)-Ⅲ表达下降，这表明miR-21与心肌纤维化有关；Kumarswamy等〔11〕证实过表达miR-21的心肌成纤维细胞中TGF-βRⅢ表达减少而胶原蛋白的含量增加，表明TGF-βRⅢ是miR-21的靶基因，而TGF-βRⅢ可下调TGF-β1，TGF-β1已被证实与miR-21是正调节关系，因此miR-21通过下调TGF-βRⅢ来促进TGF-β1的表达从而导致心肌纤维化。Roy等〔12〕发现上调miR-21可诱导心肌纤维化从而导致小鼠心肌缺血，进一步证实miR-21抑制人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(PTEN)和肿瘤抑制基因，使磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B信号失活，影响了心肌成纤维细胞生长、增殖、分化、迁移、存活和细胞内运输。磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B通路激活MMP-2和TIMPs，从而扰乱细胞外基质中的微妙平衡。Spry1是丝裂酶原蛋白激酶途径的重要抑制剂，在小鼠压力超负荷心功能不全模型〔13〕和大鼠心肌梗死模型〔14〕中，敲除miR-21可以使Spry1蛋白表达上调，抑制心肌成纤维细胞增殖和成纤维细胞生长因子2分泌，从而使心脏间质纤维化减弱。Adam等〔14〕在房颤病人中用抗miR-21药物治疗后，Spry1表达上调，抑制心肌梗死后纤维化。Tatsuguchi等〔15〕证实培养心肌细胞中转染miR-21抑制剂后，miR-21抑制剂使乳大鼠心肌肥厚。提示TGF-βRⅢ和TGF-β1通过miR-21参与纤维化发展，三者密切相关。以上研究成果表明miR-21对调节缺血后心肌纤维化起着非常显著的作用，尽管抑制miR-21在一定程度上减少了纤维化，但miR-21的抑制能够加重心肌细胞肥大。心室重构是纤维化和心肌肥厚共同导致的结果，因此，在miR-21被用于预防心肌纤维化的治疗之前，需要深入研究。

2.2miR-29 miR-29家族包含3个成员：miR-29a，miR-29b和miR-29c。整个miR-29家族上调可以减少细胞外基质的形成，从而预防心肌纤维化。van Rooij等〔16〕分析证实细胞外基质的组成部分中几个基因编码的3'-端非翻译区，包括弹性蛋白(ELN)，原纤维蛋白(FBN)1，胶原蛋白Ⅰ型α1(COL1A1)和COL1A2和胶原蛋白Ⅲα1(COL3A1)，会有1个或多个潜在的结合位点对应着miR-29的序列。心肌成纤维细胞经pCMV6载体转染miR-29后，分泌总胶原蛋白减少；为了进一步验证此现象，进行体内实验，与假手术组相比小鼠心肌梗死后第3天miR-29的表达下调，尤其在心肌梗死边缘区下调得更加显著，同时COL1A1、COL1A2、COL3A1和FBN1的表达在心肌梗死边缘区明显增加。Soci等〔17〕把雌性Wistar大鼠分为3组，分别做不同强度的有氧运动(游泳)，结果发现大鼠心脏中的miR-29随有氧运动强度的增加表达上调，相应的胶原蛋白表达较少，这个发现进一步为miR-29可以防止心肌纤维化提供了强有力的证据。然而，其他一些研究〔18～20〕证实miR-29可通过对抗凋亡基因的负性调节促进心肌细胞凋亡，如B细胞淋巴瘤(Bcl)-2，细胞分裂周期(CDC)42和T-细胞白血病/淋巴瘤(TCL)-1。这就说明miR-29作为基础治疗可能对心肌细胞和成纤维细胞起相反的生物学作用。

上述研究表明miR-29家族一方面可通过阻断胶原的表达改善了缺血后的心室重塑，另一方面它却诱发心肌细胞的凋亡并且可能导致心力衰竭。miR-29的这些效果取决于心肌梗死基础治疗的时机。在早期阶段，抑制miR-29可以通过抑制心肌细胞凋亡防止心力衰竭，而在后期阶段(心肌梗死后2个星期)，刺激miR-29可保护心脏防止纤维化〔21〕。

2.3miR-24 miR-24的过表达可抑制心肌梗死后心肌纤维化。Wang等〔22〕在小鼠心肌梗死模型中发现在前3 w miR-24表达低于假手术组但呈上升趋势，在第4周上升并超过正常值；胶原蛋白Ⅰ型、纤连蛋白和TGF-β1表达在第1周达到高峰，随后逐渐降低，在第4周时恢复到正常水平。为了进一步确定miR-24在此过程中的作用，他们向梗死小鼠心脏注射以病毒为载体的miR-24，发现miR-24不仅改善了心功能，而且在梗死边缘区的纤维化减弱(与对照组相比梗死区面积缩小了36.9%)。体外实验证实，miR-24的过表达使心肌成纤维细胞中的促纤维化细胞因子COLI、α-平滑肌肌动蛋白(SMA)表达降低，也使心肌成纤维细胞的迁移和分化降低。这些结果共同表明了miR-24在缺血后纤维化的调节中起着重要作用。

2.4miR-101 miR-101早期研究证明其可以抑制癌细胞浸润组织〔23～26〕，同时在调解血管内皮细胞层流剪切应力方面也有抑制作用。后续研究证实其与心血管疾病密切相关。Pan等〔27〕采用冠状动脉结扎制作大鼠心肌梗死模型，4 w后梗死边缘区miR-101a和miR-101b(miR-101a/b)的表达下降，而miR-101a的过表达可显著改善心肌梗死大鼠左心室的收缩功能。体外研究证实经AngⅡ刺激后的新生大鼠心肌成纤维细胞中miR-101a/b表达下调。miR-101a/b的过表达抑制了心肌成纤维细胞的增殖和分化，再与AMO-101a/b(miR-101a/b抑制剂)共转染后，miR-101a/b表达减少，加重了心肌成纤维细胞纤维化。研究者〔27〕发现miR-101过表达可降低FBJ骨肉瘤癌基因(FOS)及FOS下游蛋白TGF-β1的表达，认为FOS是miR-101的直接靶基因。成纤维细胞中转染FOS siRNA抑制剂后，成纤维细胞增殖能力下降和TGF-β1表达减少。这说明miR-101通过抑制FOS的表达，使TGF-β1表达下降，从而有效地阻止了纤维化进程。

2.5miR-206 高迁移率族蛋白(HMG)B1是一种核蛋白，其能够调节再生过程〔28〕，并与组织修复关系密切。Limana等〔29〕采用冠状动脉结扎制备成年小鼠心肌梗死模型，3 w后将200 ng HMGB注射到小鼠心脏的心肌梗死周边区域，4 w后检测证实小鼠心脏功能明显改善，心脏重构减弱。HMGB1治疗3 d后，在梗死边缘区和梗死区miR-206表达是对照组的4～5倍，是假手术组左心室的20～25倍。用HMGB作用于体外培养心肌成纤维细胞时发现心肌成纤维细胞中miR-206表达增加，而miR-206的高表达可以通过下调靶基因TIMP-1，增强MMP-1，MMP-9的活性减少胶原沉积而减弱心室重构。

2.6miR-132 周细胞对血管成熟的调节起关键性作用。Katare等〔30〕研究表明，大隐静脉源性周细胞祖细胞(SVPs)通过上调miR-132来参与心脏修复。甲基化CpG结合蛋白(MeCP)2可以促进纤维化和肌成纤维细胞分化。通过结扎左前降支冠状动脉制作小鼠心肌梗死模型，经SVPs移植后发现小鼠梗死边缘区面积为25.4%(对照组32.3%)，心脏间质纤维化显著降低，MeCP2表达显著下降；而SVPs转染miR-132抑制剂后再移植入心脏，小鼠心肌梗死后的纤维化加重。在随后的体外实验中发现经SPV培养液培养的心肌成纤维细胞增殖能力减弱，向肌成纤维细胞分化的能力降低，并且MeCP2的表达减少。敲除miR-132的心肌成纤维细胞经SVPs培养液培养后，发现其抗纤维化的能力减弱了，因此MeCP2被看作为miR-132的一个直接靶点。miR-132是通过调节MECP2来参与纤维化过程。

2.7miR-214 近年来的研究表明miR-214与心血管疾病有关，而大多数研究集中在miR-214与心肌细胞之间的作用方面，如miR-214通过EZH2基因表达的负调节作用参与心肌肥厚的调控〔31〕；外分泌体是细胞间免疫信号传导、应激反应及血管再生的重要介质。内皮细胞释放的含miR-214外泌体能够抑制毛细血管扩张性共济失调基因突变,从而防止衰老,使血管再生〔32〕。Dong等〔33〕研究结果表明miR-214在急性心肌梗死6 h的大鼠心肌中的梗死区及边缘区表达均上调。Lv等〔34〕证实miR-214在培养乳大鼠心肌细胞中的表达随过氧化氢(H2O2)浓度的增加而上升，miR-214通过对PTEN的调节降低心肌细胞凋亡。而对于miR-214是否参与心肌纤维化研究较少，目前只有一篇文献〔35〕提到miR-214参与心肌纤维化，Arin制作小鼠缺血再灌注心肌梗死模型，再灌注损伤7 d后取心脏标本做 Masson三色染色，结果表明对照组心脏的纤维化面积较小，而敲除miR-214组心脏的纤维化面积显著增大，而作者对miR-214在纤维化中的作用及机制未做进一步的研究。

综上，心肌梗死或持续高血压所造成的心肌纤维化在临床上仍然是一个主要的难题。而miRNAs参与调节纤维化提示了新的治疗思路。miRNAs可通过多个基因调节心脏纤维化，这些基因包括磷酸酶和张力蛋白同族体，TGF-β，胶原蛋白，MeCP2和钠钙交换体(NCX)1〔36，37〕。在miR基因调控水平，使用特定的miR模拟物和抑制剂有望成为一个治疗或减轻缺血后的心脏纤维化和心力衰竭的有效方法。然而，这种潜在的疗法虽然目前引起许多关注但miRs之间相互作用复杂，应用于临床还有漫长的路途。因此，在应用miRs阻止纤维化之前对于它们与纤维化发展过程及靶基因的关系、作用机制充分的理解是十分必要的。

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〔2016-08-11修回〕

(编辑 王一涵)

R329.4

A

1005-9202(2017)22-5720-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.22.105

河北省自然科学基金资助项目(No.H2015206440)

邵素霞(1966-)，女，硕士生导师，主要从事心脏形态学及病理学研究。

张莉丝(1985-)，女，硕士，主治医师，主要从事心脏形态学及病理学研究。