MicroRNA影響房顫電生理重構的研究進展

張 根 綜述，于風旭 審校

（西南醫科大學附屬醫院胸心外科，四川瀘州 646000）

MicroRNA影響房顫電生理重構的研究進展

張 根 綜述，于風旭 審校

（西南醫科大學附屬醫院胸心外科，四川瀘州 646000）

心房顫動；電重構；離子通道；MicroRNA

心房顫動在心臟病發病率、致死率以及延長住院時間、加重社會經濟負擔等方面的影響比其它心律失常更嚴重。本文從心房顫動基本電生理改變、電重構以及MicroRNA影響電重構研究進展等方面進行回顧，證明MicroRNA在房顫發生過程中的重要作用，希望能使MicroRNA作為潛在的心房顫動的檢測指標及治療靶點成為可能。

1 心房顫動

心房顫動，簡稱房顫，是常見的一系列由心臟疾病引起心房重構的終點事件，其本身也能引起心房重構,從而促進心律失常的發展。隨著技術的進步，眾多學者在分子層面進行了大量研究來了解房顫發生的原因及機制。導致房顫發生的四個重要病理生理改變包括：結構重構、電重構、自主神經調節改變和Ca2+處理異常。回顧長期以來的研究，發現心臟疾病引起的心房基質的改變以及存在作為觸發“扳機”的異位起搏點是心房顫動發生的兩個必要條件[1-2]。改變的心房基質是形成折返環和誘發及維持房顫的基礎。房顫形成后，快速心房率會促進心房重構，增加心臟對房顫的易感性，并且有利于房顫的維持。房顫這種自我增強的特性即為“房顫引起房顫”。電重構包括離子通道、離子泵及離子交換功能的改變。上述改變導致心肌細胞動作電位異常。 但是心房基質改變可使電重構過程加速，有利于異常電位的產生及維持，并且基質成分及分布的變化有利于折返環的形成，這是陣發性房顫轉變為持續性房顫的物質基礎[3]。

2 心房顫動的電生理及電重構

2.1 電生理

房顫的電生理改變主要包括異位起搏點的形成、心房內折返通路的存在以及離子通道的改變。大量的研究證實，快速釋放的異位激動灶和心房內折返通路的存在是構成心房顫動的電生理基礎[4]。在心房壁內存在單個或者多個同時發放沖動的異位激動源，不論是短暫性的，還是持續性的激動，都可以引起快速心房率[5]。在快速心房率的作用下，心肌細胞的自律性、去極化以及后除極化等電活動均發生延長或者縮短變化[6]。在這些改變中，心肌細胞膜上主要離子通道的改變起著重要作用。內向電流（包括INa+和ICa2+）的減少以及外向電流（IK+）的增加縮短心房肌細胞動作電位的時程，并且加速復極化過程，縮短了心房肌細胞的相對不應期，這些改變不僅是電重構的基礎，同時也促進結構重構的發生。

2.2 電重構

電重構概念于1987年由Wijffels等[7]提出。它的重要特征是離子通道蛋白表達及功能的改變。它的組成部分包括上調的整流K+電流 （IK+）和依賴乙酰膽堿調節的結構性K+電流（Ikach）、下調的L型Ca2+電流（ICa2+），小電導Ca2+-活化K+通道的上調，以及心肌細胞間縫隙連接蛋白半通道的表達與分布的改變等。

2.2.1 Ik1通道的上調和結構性乙酰膽堿調節的K+電流

Ik1是心臟重要的內向整流電流，決定膜靜息電位和終末3期復極，主要是由Kir2亞基組成。Ik1的增加延遲峰電位的出現，以及縮短復極化的時程，使心肌不應期縮短，有利于房顫的發生。另一個重要的內向整流電流Ikach，可調節乙酰膽堿的作用，加強迷走神經激活，通過空間異源性增加內向整流電流，縮短動作電位時程，促進房顫的發作和維持。Ik1激活是通過改變蛋白激酶C對IK+功能的調節，由房顫誘導的心房心動過速和Ca2+負荷所致[8]。

2.2.2 Ical通道的下調

心房顫動時心房肌細胞CaMKⅡ活性增加，雷諾定變體2（RyR2）過磷酸化，導致舒張期的SR Ca2+泄漏.同時NCX的表達增加，從而增加了延遲后除極（DAD）發生的機率，觸發活動增加，易于心房顫動的發生。研究表明維持RyR2穩定性的FKBP12.6亞基基因突變鼠出現舒張期Ca2+泄漏，心房觸發活動增加，發展成為自發性心房顫動[9]。此外，近期研究發現cAMP反應元件調節器（CREM）表達小鼠心房觸發活動增加，出現自發性心房顫動，RyR2介導的舒張期Ca2+泄漏則是其中的中心環節[10]。房顫時快速心房率導致細胞內Ca2+的積聚，可激活細胞內穩定機制對抗這種病理性的Ca2+超載[11]。Ca2+依賴磷酸酶/活化的T細胞核因子（NFAT）系統緊接著被激活。NFAT轉位進入核內，抑制基因編碼LTCCs（CACNAlC）的轉錄[12]，減少Ical，從而降低內向Ca2+電流，縮短了動作電位平臺期及峰電位時限，易于促進折返。

2.2.3 小電導Ca2+-活化K+通道的上調

小電導Ca2+-活化K+通道由基因KCNNl/KCNN2/KCNN3編碼，可被增加的細胞內Ca2+水平激活。最近研究表明，心房顫動導致的快速心房率可以上調小電導Ca2+-活化K+通道的表達[13]，有利于房顫的維持。 另有研究實驗表明[14]，房顫患者心房基質改變過程中增生的肌纖維細胞、平滑肌細胞以及神經元上的小電導Ca2+-活化K+通道結構及功能的改變縮短后除極化時限，促進房顫的發生。

2.2.4 縫隙連接重構

縫隙連接離子通道如連接蛋白40和連接蛋白43，可介導心肌細胞和心肌細胞間的電耦合。結構蛋白編碼基因的變異可導致特發性房顫的發生。而縫隙連接離子通道的改變可導致局部的傳導障礙，從而有利于折返通路的形成及維持。

其它引起心房顫動的重要重構機制還包括自主神經系統調控重構，Ca2+處理異常等。

3 MicroRNA參與調控心房電重構

MicroRNA是一系列在轉錄后水平通過結合3’端非編碼區以調控靶基因的微小非編碼RNA。大部分miRNA基因定位于基因間隔區，少數位于蛋白編碼基因或其它轉錄元件的內含子上。miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下，轉錄產生pri-miRNA。Pri-miRNA在核酸內切酶Drosha及其協同因子DGCR8作用下被切割，產生長約60～70個核苷酸的莖環狀前體,即pre-miRNA。pre-miRNA經Ran-GTP依賴的核質/細胞質轉運蛋白Exportin-5從核內轉運至胞漿，在胞漿中經核酸內切酶Dicer剪切形成長約22個核苷酸的雙鏈成熟miRNA分子[15]。其中一條與核蛋白復合體結合形成RNA誘導的沉默復合體 （RNA induced silencing complex,RISC）并與靶mRNA結合發揮基因沉默效應，參與基因轉錄后水平的調控，而另一條則被降解。

本文通過回顧近年的大量研究發現，通過基因芯片技術檢測，發現在房顫患者心臟組織中有多種MicroRNA表達異常，這些異常表達可能對房顫產生有重要調節作用。比如，Boye等[16]證實MicroRNA-21表達上調可通過

Ras/ERK通路調控Inhibit spry基因表達，激活纖維蛋白生長因子LOX及CTGF,促進心肌纖維細胞生長及細胞基質增生，增加房顫易感性及維持性；Fiedler等[17]通過研究發現，MicroRNA-101的靶基因為KCNJ2，KCNJ2可以調控表達Kir2蛋白，該蛋白是內向鉀離子電流通道重要組成部分。并且Harada等[18]發現MicroRNA-26可與MicroRNA-101共同調控該基因表達，但是二者對KCNJ2的調控呈現負相關性，從而正/負調節Ik1通道，縮短或者延長心肌動作電位時限，促進或者抑制房顫的發生。Dawson等[19]MicroRNA-29可正性靶向調節Col1A1、Col3A1及TGF-β基因，促進細胞基質（ECM）生長，形成房顫基質增生，有利于折返的形成及房顫發生。Ling等[20]最近發現MicroRNA-499可調控KCNN系列基因，控制小電導Ca2+-活化K+通道表達，增加心肌與心肌纖維細胞及平滑肌細胞之間傳導性，并且縮短動作電位，促進房顫發生。由此可見，MicroRNA在多方面參與調控房顫相關心房結構重構及電重構。近年來心房電重構，包括間質細胞如心肌成纖維電重構越來越引起研究者們的關注。目前為止，已經證實 MicroRNA-328、MicroRNA-26、Micro RNA-1、MicroRNA-499、MicroRNA-155均通過調節離子通道相關蛋白的表達而參與電重構的調控[21-24]。其中Micro RNA-499不但調控心肌細胞離子通道表達，還對心肌成纖維細胞、平滑肌細胞表面離子通道進行調控，引起越來越多研究人員的重視。下文將就此展開論述。

3.1 MicroRNA-328

鈣離子通道尤其是L型鈣離子通道（LTCC）在心肌的興奮收縮耦聯中對維持心房肌細胞動作電位平臺期和介導心率依賴的動作電位變化起著重要作用。Yuan等[25]在犬快速起搏誘導房顫模型及風心病合并房顫患者的心房標本中檢測發現MicroRNA-328明顯升高，以及Ical電流明顯減弱。在后續的研究中他們發現CACNA1C和CACNB1基因可以通過調控LTCC的α1和β1亞單位，減小Ca2+介導的內向電流（Ical），從而縮短動作電位時限，促進房顫的發生。同時證實了CACNA1C和CACNB1為MicroRNA-328的靶基因，并且在實驗中他們觀察到MicroRNA-328表達水平與LTCC通道蛋白的表達水平呈負相關。這一發現證明MicroRNA-328表達上調促進房顫的發生。Karnabi等[26]發現在單獨敲除LTCCα1亞單位情況下，MicroRNA-328表達上調并未增加房顫易感性，也反向證明MicroRNA-328可通過調控LTCC通道蛋白的表達參與房顫的發生。

3.2 MicroRNA-26

Ik1通道被認為是房顫相關電重構的重要組成部分之一。 Ik1通道主要分布在心房肌，其電流是心房肌APD復極末期的重要離子流，也被稱為背景電流。 Gaborit等[27]證明Kir 2.1是Ik1通道蛋白重要組成成分，該蛋白受KCNJ2基因表達調控。Luo等[28]在動物模型及風心病合并房顫患者右心耳組織的研究中，發現MicroRNA-26表達下調時KCNJ2表達方向性的升高；運用反義MicroRNA-26抑制MicroRNA-26的表達后KCNJ2表達明顯降低。證明MicroRNA-26通過調節KCNJ2影響Ik1通道的重構，從而參與調控房顫的發生。

3.3 MicroRNA-1

Girmatsion等[29]發現心房顫動患者左心房miRNA-1表達較竇性心律者下降接近86%，同時Kir 2.1表達增加，IK1增加，他們推測miRNA-1通過調控Kir 2.1調節IK1強度，引起APD變化而參與心房顫動的發生。但是，近期Jia等[30]發現快速心房起搏的兔右心房miRNA-1表達上調，通過下調KCNE1和KCNB2的表達，增加IKs，縮短心房APD而誘發心房顫動。以上兩個研究中miRNA-1表達呈現相反的趨勢，是否miRNA-1在左右心房表達存在差異造成這種現象，有待于進一步研究來證實。除此之外，編碼縫隙連接蛋白43的CJA1基因也被證實為MicroRNA-1的調控靶基因[31]。Chen等[32]證明MicroRNA-1還可以通過抑制熱休克蛋白-60及-70的表達，促進快速心律失常的發生。

3.4 MicroRNA-499

近年來小電導Ca2+-活化K+通道（SK3）受到房顫研究人員的重視，它的調節基因KCNN3被認為與房顫的發生密切相關[33]。小電導Ca2+-活化K+通道由基因KCNNl/KCNN2/ KCNN3編碼，可被增加的細胞內Ca2+水平激活[34]。心房顫動導致的快速心房率可以上調小電導Ca2+-活化K+通道的表達，有利于房顫的維持[35]。并且該調控機制可以通過縮短APD，促進房顫的發生。Ling等[20]證實SK3是MicroRNA-499的靶基因，并發現在房顫患者組織中，MicroRNA-499表達上調伴隨著SK3的表達下降。抑制MicroRNA-499的表達后，SK3表達明顯上升。這一發現證明MicroRNA-499參與調控電重構。

3.5 MicroRNA-155

Wang等[36]研究非瓣膜性心房顫動相關的miRNAs，在房顫患者左心耳組織中發現10個差異表達的miRNA，其中miR-155表達差異最大，為健康人組織的5.78倍。體外構建報告載體實驗發現，miR-155可以結合到編碼LTCC的α1亞單位的CACNAIC基因的3’-UTR區，下調LTCC的α1表達。表明在非瓣膜性房顫中的miR-155調控LTCC的α1亞單位表達，進而影響了心房的電重構，導致了房顫的發生和發展。

4 展望

隨著對MicroRNA研究的積累，MicroRNA在房顫重構中的重要作用得到越來越多的重視，使MicroRNA作為心房顫動的檢測指標及治療靶點成為可能。但要達到這一目標還有很長的路需要我們繼續探索。因為目前明確的MicroRNA數量還不足人體中總量的百分之一，而基因之間的調控并非是“一對一”的關系，一個MicroRNA可以調控多個靶基因，而一個編碼基因又可以受多個MicroRNA調控，這種網絡式的調控關系，以及單個MicroRNA在其中發揮的作用并未明確。另外多疾病之間調控基因的重疊使單個基因的作用界限被淡化。但是，我們可以展望隨著對MicroRNA的不斷研究，這些難題終將會被科學工作者攻克，從基因水平來治療房顫成為可能。

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（2015-11-04收稿）

R541.7+5

A

10.3969/j.issn.1000-2669.2016.02.020

張 根（1986-），男，碩士研究生。E-mail：314755948@qq.com