miRNA-1對大鼠心肌細胞凋亡的影響

王霽翔 叢洪良

微小RNA（MicroRNA，miRNA）是高度保守的內源性單鏈非編碼RNA，長度為18～25個核苷酸。它們以不完全互補的方式與成熟mRNA結合，抑制mRNA的翻譯或使mRNA降解，在轉錄后水平調節蛋白質的表達。近年來發現，miRNA與心血管系統疾病有非常密切的關系，心臟疾病伴隨著miRNA表達譜的變化；改變細胞內或細胞外的miRNA表達可以引起心肌梗死、肥大或心律失常等心臟疾病[1-2]。其中，miRNA-1被認為具有心肌特異性，與心肌細胞的病理改變密切相關[3-4]。本實驗旨在通過研究miRNA-1水平與凋亡調控基因Bcl-2表達變化的關系，探討miRNA-1在心肌細胞凋亡中的作用。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器 大鼠H9c2心肌細胞株購自中科院上海細胞庫。DMEM培養基、胎牛血清（FBS）、胰蛋白酶（美國Gibco公司），轉染試劑Lipofectamine 2000、RNA提取試劑Trizol、逆轉錄酶M-MLV、RNA酶抑制劑、real-time PCR試劑盒（美國Invitrogen公司），miRNA-1 mimics和miRNA陰性對照片段由上海吉瑪公司設計并合成，Bcl-2抗體（ABCAM公司），β-actin抗體（Proteintech公司），FITC Annexin V凋亡試劑盒（美國BD公司）。ABI 7500型實時熒光定量PCR儀（美國ABI公司），流式細胞儀（美國BD公司）。

1.2 細胞培養和轉染 大鼠H9c2心肌細胞株在含有10% FBS的高糖DMEM培養基中，于37℃、5%CO2的孵箱中培養。平均每3 d傳代1次。當細胞生長密度達到約70%融合時，換液備用。24 h后將細胞分為3組。空白對照組：常規條件培養的H9c2細胞；陰性對照組：根據轉染試劑Lipo?fectamine 2000的操作說明，轉染隨機合成的miRNA陰性對照片段；miRNA-1組：轉染miRNA-1 mimics片段的H9c2細胞。將溶于無血清DMEM中的miRNA-1 mimics與Lipo?fectamine 2000輕輕混合后室溫孵育20 min，然后將此混合物加入到細胞培養液中，放入培養箱中繼續培養48 h。

1.3 real-time PCR檢測細胞miRNA-1水平 按照RNA提取試劑Trizol的說明書進行操作，提取細胞總RNA，紫外分光光度計檢測總RNA的濃度和純度，甲醛變性瓊脂糖凝膠電泳檢測總RNA的完整性。逆轉錄合成cDNA后進行real-time PCR檢測，以U6作內參。PCR擴增條件為：95℃預變性5 min；95℃10 s，60℃30 s，40個循環。目的基因的相對表達量根據公式2-△Ct計算得到（△Ct=Ct目的基因-Ct內參基因）。

1.4 細胞生存率檢測 轉染前1 d，將對數生長期的細胞接種于96孔板中，每孔1×104個細胞，24 h后分別轉染miRNA-1 mimics和miRNA陰性對照片段，以不進行轉染處理的細胞作為空白對照，以只加培養液的孔作為調零孔。48 h后，向96孔板中的各組細胞中加入5 g/L的噻唑藍（MTT）20 μL，于37℃、5%CO2培養箱中孵育4 h。吸凈各孔液體，加入二甲基亞砜（DMSO）150 μL，室溫下置于水平搖床上至結晶完全溶解。用酶標儀檢測溶解液在490 nm波長處測定各孔的吸光度（A）值。以空白對照組的細胞生存率為100%，實驗組細胞生存率（%）=實驗組A值/空白對照組A值×100%。

1.5 流式細胞儀雙染法檢測細胞凋亡率 將處于對數生長期的細胞按照1×105/孔的密度接種于6孔板中，培養24 h后按照上述分組情況給予相應處理并繼續培養48 h。胰酶消化收集各組細胞，PBS洗滌2次，用binding buffer重懸細胞并調整細胞濃度至1×106/mL，將細胞轉移至流式專用管中，加入熒光標記的AnnexinV和PI試劑各5 μL，室溫下避光孵育15 min，進行流式細胞儀檢測。

1.6 定量PCR和Western Blot檢測Bcl-2 mRNA和蛋白表達 按照1.3所述方法和公式提取細胞總RNA和計算目的基因Bcl-2的相對表達量。目的基因為Bcl-2，擴增長度為120 bp，內參基因為β-actin，擴增長度為105 bp。PCR條件：95℃預變性5 min；94℃15 s，退火60℃45 s，循環40次。

提取細胞總蛋白，BCA法定量。用蛋白溶解液調整蛋白濃度為5 g/L，取40 μg總蛋白進行聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE），切取包含Bcl-2（25 ku）或β-actin（42 ku）的凝膠進行轉膜后，用5%脫脂奶粉封閉NC膜2 h，加一抗Bcl-2（1∶500）或β-actin（1∶1 000），4℃孵育過夜。TBST洗膜3次，每次2 mL，洗滌5 min。加入二抗（1∶500）常溫孵育2 h。棄掉二抗，再次TBST洗膜3次，加入1 mL ECL發光液與膜充分接觸，于成像系統進行圖像采集。Bcl-2蛋白的相對表達量為Bcl-2蛋白條帶與內參β-actin蛋白條帶吸光度值的比值。

1.7 統計學方法 應用SPSS 11.5軟件進行統計學分析，計量資料均以±s表示，多組間均值比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組細胞中miRNA-1的水平 3組miRNA-1水平比較差異有統計學意義（F=13.73，P＜0.05）。miRNA-1組的miRNA-1相對表達量為3.46±1.28，明顯高于空白對照組的0.66±0.14和陰性對照組0.71±0.16（均P＜0.01）。

2.2 MTT法檢測細胞生存率 3組間細胞生存率比較差異有統計學意義（F=69.60，P＜0.05）。miRNA-1組細胞生存率為45.69%±8.13%，明顯低于陰性對照組的97.87%±10.21%和空白對照組的100%± 8.61%（P＜0.01）。

2.3 流式細胞儀雙染法檢測細胞凋亡 轉染miR?NA-1 mimics 48 h后，細胞凋亡率為15.7%±2.82%，明顯高于空白對照組（3.13%±0.45%）和陰性對照組（3.33%±0.70%），差異有統計學意義（F=54.06，P＜0.01），見圖1。

Figure 1 The result of apoptosis rate detected by FCM圖1 流式細胞儀雙染法檢測細胞凋亡率

2.4 定量PCR和Western Blot檢測Bcl-2 mRNA和蛋白表達結果 轉染miRNA-1 mimics 48 h后，大鼠心肌細胞凋亡抑制因子Bcl-2的mRNA表達水平（1.45±0.08）明顯低于空白對照組（2.38±0.13）和陰性對照組（2.39±0.15），差異有統計學意義（F=57.80，P＜0.01）。而空白對照組和陰性對照組比較差異無統計學意義。Bcl-2的蛋白表達水平：空白對照組（0.95±0.05）和陰性對照組（0.94±0.11）比較差異無統計學意義，miRNA-1組（0.50±0.10）明顯低于空白對照組和陰性對照組（F=23.76，P＜0.01），見圖2。

Figure 2 The expression levels of Bcl-2 protein in different groups圖2 各組Bcl-2蛋白表達情況

3 討論

miRNA在細胞發育的所有進程中起關鍵性作用，參與調節細胞的增殖、分化、衰老、死亡以及維持細胞的自我更新[5-6]。miRNA-1是近年來研究較多的與心臟疾病有關的microRNA[7-8]，包括miRNA-1-1和miRNA-1-2兩個成員，其基因長度均為21 bp。miRNA-1只在心肌和骨骼肌中表達，被認為具有肌細胞特異性，其表達受到轉錄因子如血清反應因子、肌細胞增強因子-2（Mef2）或MyoD和肌肉調節因子（MRFs）等的調節。miRNA-1與心肌細胞的病理狀態密切相關。Yang等[3]研究發現，冠脈疾病患者的心肌組織中miRNA-1水平升高，其通過抑制K+通道Kir2.1亞基的編碼基因KCNJ2和縫隙連接蛋白Cx43的編碼基因GJA1轉錄后水平使細胞膜去極化、傳導力降低，從而引起或加重心律失常的發生。Shan等[4]報道，缺血大鼠心肌組織高表達miRNA-1，caspase-3活性和線粒體膜電位均升高，細胞凋亡明顯，并通過實驗證實miRNA-1通過降低胰島素樣生長因子（IGF）的蛋白表達水平促進了心肌細胞的凋亡，引起了上述變化。

miRNA-1的靶基因多數為與細胞凋亡和增殖有關的基因，如PTMA[9]、PNP[10-11]等。Bcl-2是一種原癌基因，是阻遏細胞凋亡的核心分子，可以維持線粒體跨膜電位，抑制線粒體細胞色素C的釋放，從而抑制下游caspase的激活，發揮抗凋亡作用。本研究結果表明，向心肌細胞內導入miRNA-1片段使心肌細胞高表達miRNA-1后，心肌細胞凋亡率升高，Bcl-2的表達水平降低。miRNA-1不僅作用于Bcl-2的轉錄后水平，也抑制了Bcl-2的轉錄水平，通過降低Bcl-2的mRNA和蛋白表達促進了心肌細胞的凋亡。

已有研究報道，拮抗一個miRNA有望糾正心力衰竭時的不良信號轉導途徑，具有成為預防和治療靶標的潛能[12]。本研究進一步闡明了miRNA-1在心肌細胞凋亡中的作用，為miRNA-1的臨床應用提供了實驗依據。

[1]Gupta SK,Bang C,Thum T.Circulating microRNAs as biomarkers and potential paracrine mediators of cardiovascular disease[J].Circ Cardiovasc Genet,2010,3(5):484-488.doi:10.1161/CIRCGENET?ICS.110.958363.

[2]Zhu HY,Fan GC.Extracellular/circulating microRNAs and their po?tential role in cardiovascular disease[J].Am J Cardiovasc Dis,2011, 1(2):138-149.

[3]Yang BF,Lin HX,Xiao JN,et al.The muscle-specific microRNA miRNA-1 regulates cardiac arrhythmogenic potential by targeting GJA1 and KCNJ2[J].Nat Med,2007,13(4):486-491.doi:10.1038/ nm1569.

[4] Shan ZX,Lin QX,Fu YH,et al.Upregulated expression of miRNA-1/miR-206 in a rat model of myocardial infarction[J].Biochem Bio?phys Res Commun,2009,381(4):597-601.doi:10.1016/j.bbrc.2009. 02.097.

[5] Wang ZG.MicroRNA:a matter of life or death[J].World J Biol Chem,2010,1(4):41-54.doi:10.4331/wibc.v1.i4.41.

[6]Liu N,Olson EN.MicroRNA regulatory networks in cardiovascular development[J].Dev Cell,2010,18(4):510-525.doi:10.1016/j.dev?cel.2010.03.010.

[7]Townley-Tilson WH,Callis TE,Wang DZ.MicroRNAs 1,133,and 206:critical factors of skeletal and cardiac muscle development, function,and disease[J].Int J Biochem Cell Biol,2010,42(8):1252-1255.doi:10.1016/j.biocel.2009.03.002.

[8]Bostjancic E,Zidar N,Stajer D,et al.MicroRNAs miRNA-1,miR?NA-133a,miRNA-133b and miR-208 are dysregulated in human myocardial infarction[J].Cardiology,2010,115(3):163-169.doi:10.1 159/000268088.

[9]Wu CD，Kuo YS，Wu HC，et al．MicroRNA-1 induces apoptosis by targeting prothymosin alpha in nasopharyngeal carcinoma cells[J].J Biomed Sci，2011，18：80.doi:10.1186/1423-0127-18-80.

[10]Kojima S，Chiyomaru T，Kawakami K，et al．Tumour suppressors miRNA-1 and miRNA-133a target the oncogenic function of pu?rine nucleoside phosphorylase(PNP)in prostate cancer[J]．Br J Can?cer，2012，106(2)：405-413.doi:10.1038/bjc.2011.462.

[11]Nohata N，Hanazawa T，Kikkawa N，et al．Identification of novel molecular targets regulated by tumor suppressive miRNA-1/miR?NA-133a in maxillary sinus squamous cell carcinoma[J]．Int J On?col，2011，39(5)：1099-1107.doi:10.3892/ijo..2011.1096.

[12]黃芳,黃曉燕,閆東升,等.微小RNA-144表達對大鼠心肌細胞凋亡的影響[J].中華心血管病雜志,2011,39(4):353-357.doi: 10.3760/cma.j.issn.0253-3758.2011.04.015.