微小RNAs與心臟發育及疾病

【摘 要】微小RNAs(microRNAs)是一段內源性長18～25個核苷酸大小的非編碼RNA分子，在抑制轉錄后基因表達和促進靶mRNA降解的過程中起重要的負性調節作用，具有調控細胞增殖、分化和凋亡等生物學作用。研究表明：microRNAs參與了心臟發育，microRNAs的水平變化與心律失常、心肌肥大、心肌纖維化和心力梗死等心臟疾病的形成亦密切相關。

【關鍵詞】微小RNA；心臟發育；心臟疾病

MicroRNAs(miRNA，miR)是近年發現的小的、內源性的單鏈的非編碼RNA，由18～25個核苷酸組成，由一段具有發夾環結構的長度為70～80核苷酸的單鏈RNA前體剪切后生成。它通過與其目標mRNA分子的3’端非編碼區互補匹配導致該mRNA分子的翻譯受到抑制，具有調控細胞增殖、分化和凋亡等生物學作用。miRNA已成為許多重要生物過程的主要調節因子，在腫瘤和心血管疾病發生發展中發揮了重要作用[1]。近年來關于miRNA和心血管疾病關系的研究日漸增多，研究發現miRNA參與了心肌梗死、心力衰竭(心衰)、纖維化和心肌重塑、梗死后新生血管形成等心血管病理生理過程，現就miRNA與心臟發育及疾病進行綜述。

1.MiRNAs與心臟發育

最先報道與心臟發育有關的miRNAs主要是miRNA-1和miRNA-133。Zhao等[2]在鼠胚胎干細胞中，用同源重組技術定向剔除miR-1-2導致了50％的純種小鼠在胚胎發育時期死亡。值得注意的是，miR-1-1不會對miR-1-2的缺失做出補償，在這種模型中還觀察到了室間隔缺損，表明miR-l的量在心臟發育和心臟功能方面是很重要的。

MiRNA-133在心臟的發育中同樣起重要作用。Chen等[3]利用爪蟾胚胎進行在體實驗，發現過量表達miRNA-133的胚胎雖然能夠形成心肌組織，但由于這種胚胎處于高度的分化狀態，導致心臟在發育過程中不能環化形成心腔。這一結果提示miNRA-133的正常表達對于心臟的發育十分重要。

最新的研究表明：miRNA-206和miRNA-24在心臟的發育中也起一定的作用。miRNA-206可調節成肌分化過程，而miRNA-24能夠促進成肌分化標志基因的表達。由此可見，miRNAs在心臟的發育過程發揮著重要的作用，其正常的表達對維持細胞中基因的表達和功能有著重要的作用。在某些病理狀態下，如果miRNAs基因的表達異常，則可導致心臟疾病的發生。

2.MiRNAs參與心臟疾病的形成

2.1 MiRNAs與心率失常

新近研究發現miRNAs與心律失常機制有關。Terentyev等[4]發現大鼠心室肌細胞過表達miR-1可增加內向的鈣離子流程度，促進肌漿網鈣離子釋放，提高胞漿鈣火花發生的頻率，在異丙腎上腺素誘導下，過表達miR-1可引發心律失常。Lu等[5]發現，將miR-1轉染到缺血誘導的大鼠心律失常模型，可明顯增加心率失常的評分和室性心動過速的發生率。進一步的研究發現miR-1導致心律失常的靶點是離子通道基因GJA1和KCNJ2。HCN2和HCN4是心臟起搏器通道基因，Xiao等[6]發現miR-1和miR-133對HCN2和HCN4都具有轉錄后調控功能，它們都能抑制HCN2和HCN4的蛋白表達，因此認為心肌肥厚時miR-1和miR-133表達降低可能是HCN2和HCN4表達上調和肥厚性心律失常發生的原因。

此外，miR-208a也調節心臟的興奮傳導系統，研究顯示，過表達 miR-208a 的轉基因小鼠PR間期延長，而miR-208a-/-小鼠易產生房顫，說明正常的miR-208a對心電生理起重要作用[7]。

2.2 MiRNAs與心肌肥大

有人發現miR-1和miR-133在人和小鼠肥大的心肌組織中的表達減少。在體外，這兩種miRNA都可阻斷心肌細胞肥大，在體內，使用化學修飾的針對miR-133的反義寡核苷酸抑制miR-133的表達后，小鼠出現顯著和持久的心肌肥大，在尋找其分子機制時，人們發現兩種小G蛋白RhoA、Cdc42的轉錄子以及Whsc2被證明是miR-133的靶點。Cheng等[8]體內外研究也表明，用特異的反義核苷酸拮抗miRNA-21的表達，發現能明顯抑制心肌細胞肥大。

除了miR-1、miR-133以及miRNA-21以外，miR-208a在心肌肥厚過程中也起重要作用，小鼠心臟中過表達miR-208a可引起心肌肥大。此外，miR-23a也可促心肌肥大，當有肥厚性刺激時，miR-23a表達上調。敲除miR-23a可以減弱肥厚，說明miR-23a可以傳遞肥厚性信號。

2.3 MiRNAs與心肌纖維化

纖維化是大多數心臟疾病的共同病理特征，包括心肌梗塞、心肌缺血、擴張性和肥厚性心肌病及心衰。心衰后心肌會發生一系列的結構變化，以心肌細胞肥大和細胞外基質蛋白增加為著。

Van Rooij等分別測定了心肌梗死后3d和14d梗死區邊緣和未梗死區miRNA的表達，他們發現在梗死區邊緣miR-29家族表達下調，提示miR-29家族可以促進心肌纖維化。miR-21在心臟纖維化中的表達也明顯上調。miR-21通過激活ERK/MAP激酶信號通路而使間質發生纖維化，抑制miR-21則可以逆轉這種效應。結締組織生長因子（CTGF）參與了纖維化過程，有研究發現miR-133和miR-30可以直接下調CTGF的水平，在培養的心肌細胞和成纖維細胞中，敲除這兩種miRNA可引起CTGF的水平升高，而高表達的miR-133、miR-30能夠降低CTGF水平，減少膠原纖維生成。以上實驗說明miRNA-29、-21促進心臟纖維化，而miRNA-133、-30能抑制心肌纖維化。是否還有其它miRNAs參與心肌纖維化的發生及具體的作用機制，有待深入研究。

2.4 MiRNAs與心肌梗死

心肌肥厚使心血管意外事件如猝死、心肌梗死、心率失常、心衰等發生率顯著增加。Dong等發現miRNA-21在心肌梗死區的表達明顯降低，而在邊緣區的表達顯著上調。有人報道，熱休克可誘導小鼠心臟miRNA-21表達顯著增加。將熱休克小鼠中提取的內源性miRNA-21注入非熱休克小鼠體內，可顯著減少缺血再灌注誘導的梗死面積。Shan等發現在心梗患者中miR-l和miR-206表達顯著增加。此外，Wang等總結了心肌梗死患者和心肌梗死模型大鼠心肌內miRNA的表達規律后發現，miR-208極具心臟特異性，在正常心肌中無表達，在心肌梗死后明顯升高。Ren等發現小鼠心肌梗死后心肌miR-320表達降低，過度表達miR-320后梗死面積擴大，細胞凋亡增加，而采用基因敲除miR-320后心肌保護作用重新出現。通過檢測這些心臟特異性miRNA的表達，可望為臨床提供早期診斷心肌梗死的敏感性指標。

3.展望

miRNA自被發現以來，即成為生命科學的研究熱點，在許多疾病的發生過程中miRNAs都發揮重要作用。雖然近年來這方面的研究取得了很大進展，但大多數是有關某些miRNAs表達變化與心臟疾病的相關性報道，詳細機制并不清楚。如心肌缺血時如何引起miRNA-21表達增加miRNA-21表達激活后如何調控下游靶基因miRNA-21與其他miRNAs之間的調控機制等。這一系列問題的解決將大大促進miRNA在疾病預防、診斷和治療中的應用。 [科]

【參考文獻】

［１］Small EM，Frost RJ，Olson EN.MicroRNAs add a new dimension to cardiovascula

r disease[J].Circulation，20l0，121(18):1022-1032.

［２］ZhaoY，Ransom JF，Li A，et al.Dysreguhtion of cardiogenesis，cardiac conduction， and cell cycle in mice lacking miRNA-1-2[J].Cell，2007，129(2):303-317.

［３］Chen JF.MandeI EM.Thomson JM，et a1．The role of microRNA-1 and microRNA-133 in skeletal muscle proliferation and differentiation[J].Nat Genet，2006，38(2):228-233.

［４］Terentyev D，Belevyeh AE，TerentyevaR，et a1.miR-l overexpression enhances Ca2+ release and promotes cardiac arrhythmogenesis by targeting PP2A Regulatory subunit B56α and causing CaMKII-dependent hyperphosphorylation of RyR2[J]. Circ Res，2009，104(4):514-521.

［５］Lu YJ，Zhang Y，Shan H，et a1. MicroRNA-l downregulation by propranolol in a rat model of myocardial infarction：a new mechanism for ischaemic cardioprotection[J]．Cardiovasc Res，2009，84(3):434-441．

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［８］Cheng Y，Ji R，Yue J，et a1.MicroRNAs are aberrantly expressed in hypertrophic heart: do they play a role in cardiac hypertrophy?[J].Am J Pathol，2007，170(6):1831-1840.