microRNA-181b對心血管疾病的調控作用及機制的研究進展

祁 緣 荊 黎

(1.首都醫科大學基礎醫學院 2016級臨床醫學專業，北京 100069；2.首都醫科大學公共衛生學院， 北京 100069)

microRNA-181 (miR-181)是典型的具有內含子性質的非編碼RNA分子家族，其亞型包括miR-181a、miR-181b、 miR-181c和miR-181d，它們通過靶向作用于mRNA的3′UTR端(從編碼區末端的終止密碼子延伸至多聚 A 尾巴的末端)，抑制mRNA的翻譯，從而調節轉錄后的基因表達[1]，參與多種生物學過程。其靶基因主要參與調控細胞增生[2]、炎性反應[3]及細胞修復[4]等生物學相關過程。其中miR-181b是miR-181家族在心血管細胞中的主要表達亞型[5]。miR-181b的異常表達可通過調節心血管組織細胞中的細胞因子、蛋白酶以及相關受體的基因表達，進而調控心血管系統的生理狀態及炎性反應，參與高血壓、主動脈瓣膜病、心肌病、心肌炎等心血管疾病的病理生理過程。

1 miR-181b與高血壓

高血壓是一種主要的心血管疾病，為眾多心血管疾病發病的獨立危險因素，是指以體循環動脈血壓收縮壓≥140 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，舒張壓≥90 mmHg為主要特征，可伴有心、腦、腎等器官的功能或器質性損害的臨床綜合征。可能的發生發展機制包括血管內皮細胞凋亡、血管彈性降低及血管炎性反應[6]。miR-181b可靶向作用于相關基因，參與血管內皮細胞和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)結構與功能改變，負向調節高血壓的發生和發展。

妊娠期高血壓(hypertensive disorder complicating pregnancy， HDCP)是產科常見的合并癥，嚴重威脅孕婦、胎兒健康，是造成孕產婦或圍生兒死亡及胎兒生長受限的重要原因。Gao等[7]提出，HDCP患者外周血中miR-181b表達呈顯著下降趨勢，并且miR-181b的表達與高血壓等級呈負相關，HDCP可導致血管內皮細胞的凋亡，還可誘導外周血中靶向金屬蛋白酶組織抑制劑-3(tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-3，TIMP-3)的表達，TIMP-3可參與調控細胞周期，促進血管內皮細胞凋亡和自噬[8]。通過轉染miR-181b的大鼠血管內皮細胞進行蛋白質印跡分析，證實過表達miR-181b可通過靶向調控TIMP-3基因的表達進而降低血管內皮和細胞凋亡率[7]，反映出miR-181b在調節HDCP的發生、發展上發揮了重要作用。

中老年為高血壓疾病的主要發病群體，血壓升高可誘發心肌梗死、心力衰竭、卒中，是老年人致殘致死的主要原因之一， 嚴重威脅老年人的健康。有研究[3]表明，老年小鼠的主動脈中miR-181b表達顯著降低，并且敲除老年小鼠VSCMs模型中 miR-181b的表達能抑制轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)的表達。熒光素酶報告基因測定證實miR-181b可通過靶向主動脈VSMC中的TGF-β的3′-UTR端阻遏其表達，而TGF-β表達的升高可導致主動脈VSMCs彈性降低甚至破裂[3]。因此，推測miR-181b可通過靶向抑制TGF-β的表達進而在高血壓介導的血管損傷中發揮保護作用。研究白藜蘆醇降血壓作用的實驗[9]顯示，白藜蘆醇給藥組高血壓男性患者外周血中miR-181b表達上調，這說明miR-181b可能在白蘆藜醇降血壓過程中發揮著重要的作用，但是其機制還有待進一步研究。

上述實驗提示，通過誘導血管內皮細胞miR-181b的表達，可抑制TIMP-3、TGF-β等細胞因子的分泌，能調節主動脈血管壁在高血壓中的彈性降低現象、損傷及炎性反應，成為對癥治療高血壓的新策略。

2 miR-181b與動脈粥樣硬化(atherosclerosis， AS)

AS是一種動脈管壁的進展性炎性反應。目前認為，異常的脂質代謝引發動脈管壁上脂質沉積和炎性反應，可形成粥樣斑塊及血管損傷，導致AS的發生[10]。AS可累及心、腦、腎等全身各器官，且與糖尿病、高血壓等疾病密切相關，是導致心血管疾病的風險因素之一。AS后期血管組織修復過程主要伴隨血管內皮細胞及平滑肌細胞的增生[11]。有研究[12]表明，miR-181b在AS患者的血清中表達上升，提示miR-181b可能參與了動脈粥樣硬化的發生發展過程。

miR-181b可通過調控炎性相關因子的表達，阻礙炎性細胞的聚集和動脈粥樣斑塊形成。動物實驗研究[12]顯示，在載脂蛋白E缺陷的主動脈內膜細胞中miR-181b與輸入蛋白-α3(importin-α3，IPO-α3)以及小鼠頸動脈內皮細胞中caspase募集結構域蛋白10(caspase recruitment domain family member 10， card 10)[13]的表達均呈負相關，同時Deng等[14]的研究進一步證實上述蛋白的低表達，可特異性下調核因子-κΒ(nuclear factor-kappa Β， NF-κΒ)核轉位作用，進而導致白細胞介素-6(interleukin-6， IL-6)、 IL-8、 腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的失活，誘導型一氧化氮合酶、細胞黏附分子-1、人血管內皮細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、環氧化酶2(cyclooxygenase，COX-2)、E選擇蛋白等細胞因子的表達的下調[5，15-16]，從而抑制炎性反應的發生[17-18]。Cervigne等[19]和Iliopoulos等[20]提出NF-κB可通過激活IL-6依賴的STAT通路，實現促進miR-181b的轉錄作用，降低炎性反應，說明miR-181b與NF-κB之間存在著NF-κB/IL-6/STAT/miR-181b調節環路。NF-κB與miR-181b相互作用，可調節動脈粥樣硬化時血管內皮的炎性反應，提示miR-181b在動脈粥樣硬化中發揮保護作用。此外，Sun等[12]通過對比白細胞與血管內皮細胞(vascular endothelia cells，VEC)發現，在VEC中miR-181b對NF-κB通路的抑制效應較其他組織更明顯。miR-181b除抑制IL-6等細胞因子的活性外，還可通過降低forkhead轉錄因子FoxO的活性，抑制白細胞和巨噬細胞的轉化[21]，提示 miR-181b可通過抑制免疫細胞的轉化，進而抑制免疫細胞在炎性反應中的聚集現象，發揮抗炎作用。

miR-181b還被認為是動脈粥樣硬化發生過程中，內皮功能及炎性反應之間的調節紐帶，參與維持血管壁的彈性及完整[12]。miR-181b為血管內皮和血管平滑肌的主要調節因子，可誘導VSMC和VEC的增生分化，促進組織修復[22]。Li等[23]發現，細胞轉染miR-181b后，p21和p27表達降低，促進VSMCs和VEC的增生，發揮動脈粥樣硬化血管的修復作用。細胞模型顯示，p21和p27表達增加能明顯提高細胞周期激活劑周期蛋白依賴性激酶-4(cyclin-dependent kinases-4， CDK-4)和G1/S特異性周期蛋白D1的表達，調節細胞周期S期檢測點和G2/M期檢測點進行，并且可激活PI3K和MAPK信號通路，促進VSMCs的增生。該機制的發現可為修復AS血管損傷提供新的治療策略。另外，Sun等[21]通過肥胖小鼠模型靜脈導入miR-181b，發現胰島素介導的Akt磷酸化增強，通過細胞學和基因學分析顯示miR-181b可通過作用于PHLPP2，增加Akt和內皮型NO合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)的磷酸化，這種作用可減少內皮功能障礙，發揮擴張血管的作用；Lin等[13]在一項關于血管炎性反應的研究中指出，miR-181b可抑制Card-10的表達，并顯著降低體內血栓的形成及血管堵塞現象；此外，Sun等[12]提出miR-181b可抑制IPOA-3α的表達，阻礙AS斑塊的形成；同時，Di Gregoli等[24]通過小鼠動脈粥樣硬化模型研究也指出miR-181b具有抑制病變組織中TIMP-3和基質金屬蛋白酶-12(matrix metalloproteinase-12，MMP-12)等金屬蛋白酶表達的作用，可擴張血管并穩定動脈粥樣硬化斑塊。由于AS的形成與血管收縮、血栓形成和斑塊的不穩定相關，因而以上研究表明miR-181b在抑制AS的進展中發揮重要作用。

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerotic heart disease，CHD)是AS中威脅人類健康最嚴重的疾病，其主要是由于血脂異常、血管內皮炎性反應等多種病理因素造成的冠狀動脈管腔狹窄而引發的疾病。miR-181b作為細胞因子和基因表達的調節因子，可參與影響冠狀動脈粥樣硬化的過程。miR-181b可通過調節相關病理因素，預防和抑制CHD的發生和發展。動物模型的研究較為成熟，研究者在高脂肪喂養的超重大鼠模型[25-26]中發現， miR-181b的過量表達與大鼠體質量的下降呈正相關，由于超重肥胖為CHD發病危險因素之一，表明miR-181b可降低CHD發病風險。同時，Guo等[27]由于發現在60歲以上CHD群體中 CDKN2BAS(lncRNA ANRIL)的過表達與miR-181b的低表達呈正相關，便建立各種因素如吸煙、高血壓等引發的CHD小鼠模型，發現外周血中ANRIL的表達上升，同時高表達的ANRIL還顯著降低miR-181b的表達，并誘導細胞外基質中炎性反應相關因子，如IL-6、IL-8等的分泌。由于miR-181b對NF-κB存在直接調節作用，抑制IL-6等細胞因子的表達，提示ANRIL可通過ANRIL/miR-181b/NF-κB軸誘發動脈粥樣硬化，miR-181b和NF-κB信號傳導的聯合作用可以幫助進一步治療和診斷CHD。另外，Carlos等[28]提出，在CHD患者血漿中，細胞因子TNF-α的高表達可誘導miR-181b表達。同時過表達miR-181b可反向抑制TNF-α的表達，而后者則是與CHD的發展密切相關的細胞因子，包括促進人冠狀動脈皮內細胞(human coronary artery endothelial cells,HCAECs)的活性、白細胞附著，證實miR-181b在CHD中發揮保護作用。因此，miR-181b的高表達可能作為CHD的檢測指標之一，但是關于miR-181b在CHD危險因素的預防及其治療中的價值仍需廣泛深入的研究。

3 miR-181b與主動脈瓣膜病(calcified aortic valve disease， CAVD)

CAVD是一種主動脈瓣膜纖維鈣化重塑的流行性心血管疾病。主動脈瓣的纖維化和鈣化逐漸導致主動脈瓣狹窄，進而引發一系列臨床癥狀，包括肺淤血等。其發病的主要危險因素包括年齡、高血壓、糖尿病等[29]。動脈瓣膜鈣化可引發早期炎性反應，進而發展為CAVD，導致心律失常甚至猝死。Heath等[30]的研究表明，人類鈣化主動脈瓣膜組織中，miR-181b可在VEC中大量表達，通過抑制TIMP-3表達， MMP的表達明顯上升，同時出現主動脈瓣膜硬化及鈣化加重現象。MMPs可參與調控細胞外基質重塑，介導細胞降解并且參與白細胞浸潤[31]，說明miR-181b可通過TIMP-3/MMP途徑促進CAVD的進展。有趣的是，上文提及的研究[7，24]表明，miR-181b對TIMP-3的抑制作用可抑制血管內皮細胞的凋亡及炎性反應，負向調節高血壓和AS病理反應。過表達miR-181b對TIMP-3的抑制作用在血管內皮細胞和主動脈瓣膜組織中產生了抑制和促進凋亡及炎性反應的矛盾作用。這可能與不同組織及刺激條件有關，血管內皮細胞為單層扁平上皮，易因直接與外界物理、化學或生物因子接觸而受損，心臟瓣膜組織則內部為致密結締組織，易因感染而引發的炎性反應誘導膠原纖維增生及鈣鹽沉積發生，兩者損傷機制并不相同。現今對于miR-181b定位調控TIMP-3與CAVD的復雜作用機制尚不完善，miR-181b對TIMP-3的抑制作用在心血管疾病的病理損傷中發揮病理損傷作用還是保護作用仍待進一步研究。

4 miR-181b與心肌纖維化

心肌纖維化是指心肌細胞凋亡及心肌組織被成纖維細胞代替的過程，心肌纖維化可導致心室壁收縮力減弱及電傳導異常，是心臟疾病常見的病理過程。有研究[32-33]表明：低濃度(100 nmol/L)的血管緊張素Ⅱ即可誘導miR-181b表達的下調，促進心肌細胞纖維化程度的增強。血管緊張素Ⅱ是導致心肌纖維化的主要危險因素，通過刺激細胞增生和細胞因子TIMP-3的分泌從而促進成纖維細胞的生成。同時血管緊張素Ⅱ已被證實可通過MAPK信號通路作用于心肌細胞，并且有研究[34-35]顯示，miR-181b可通過靶向MAPK信號通路，抑制TIMP-3的分泌，進而負向調節成纖維細胞的分化及間質的合成，抑制膠原纖維的紊亂排列。此外，敲低miR-181b表達可抑制與心肌細胞纖維化相關的細胞因子TGF-β表達的下降[34-35]，而過表達miR-181b則進一步抑制TGF-β的表達[2]。以上兩種結果為miR-181b參與抑制心肌纖維化修復現象提供依據。同樣是對細胞修復的研究[2，34-35]，過表達的miR-181b產生了促進VEC修復和抑制心肌細胞纖維化修復的矛盾作用。這可能是由于心肌的纖維化修復主要是形成瘢痕組織，降低心肌細胞的順應性；而VEC屬于上皮細胞，其修復過程屬細胞再生過程，修復后組織可恢復正常功能。因而，miR-181b雖負向調節心肌細胞的修復過程，卻依舊發揮組織保護功能。

5 miR-181b與心肌肥厚

左右心室心肌肥大是多種心血管疾病的病理結局，其主要特征是細胞體積增大、蛋白合成增加及胚胎型基因表達上調，是心肌細胞對心臟負荷增加的適應性代償反應，并最終會導致心力衰竭甚至猝死[36]。多種不同的心血管疾病，如高血壓、瓣膜病、甲狀腺功能亢進心臟病等，都可導致心肌肥厚的產生。

Zhong等[37]的研究顯示，在人類心肌肥厚患者的外周血中，miR-181b的表達表現出上升趨勢，這說明miR-181b可能在心肌肥厚的發生發展過程中反應性增加，同時提出外周血中miR-181b表達的反應性升高可反向調節心肌肥厚的病理過程。同時在經苯二甲酸(phenylephrine treatment， PE)處理而建立的心肌細胞肥大模型中，過表達miR-181b可抑制與細胞肥大相關的基因[37]，包括參與心肌細胞cGMP依賴的信號傳導途徑進而抑制心肌細胞的增生與肥大的Ⅰ型蛋白激酶 (cGMP-dependent protein kinase type I，PKG1)的基因[38]，而同時miR-181b被敲降后可抑制PKG1表達的下降。由此，miR-181b可通過調節PKG1基因的表達，在心肌肥厚疾病中發揮保護作用。

6 miR-181b與心肌炎

心肌炎是感染或免疫反應等原因所引起的心肌局限性或彌散性的炎性反應現象。miR-181b在心肌炎相關干細胞治療過程中發揮了重要的作用。應用脂肪來源的干細胞與牙齦卟啉單胞菌-LPS(Pg-LPS)損傷新生大鼠心肌炎細胞模型共同培養，可抑制Pg-LPS導致的心肌細胞中miR-181b表達的下降。說明脂肪來源干細胞的移植可通過調節miR-181b的表達進而抑制心肌炎的發生和發展。miR-181b模擬物和抑制劑的分別轉染試驗證實miR181b參與調節與干細胞共培養的Pg-LPS損傷的心肌炎細胞的保護作用，抑制TLR4/NF-κB軸和IGF1R/PI3K/Akt軸，進而阻遏細胞死亡信號的傳導。因此miR181b可作為Pg-LPS誘導的心肌炎的潛在治療標志物[39]。此外有研究[40]表明，miR-181b在心肌病末期纖維化修復中表達顯著降低，進一步證實miR-181b參與了心肌炎的發生發展過程，這與miR-181b在心肌纖維性修復中表達降低[32]的結論一致，可猜測在心肌炎修復過程中miR-181b同樣通過直接作用于MAPK信號通路，抑制TIMP-3的分泌，在心肌修復過程中發揮負向調節作用。但目前關于心肌炎的纖維性修復過程中，miR-181b低表達現象的具體機制研究尚不完善，仍需進一步探索。

7 結論與展望

本文探討了miR-181b參與調控心血管疾病的眾多生理和病理作用，以及其在部分藥物治療過程發揮作用。其可通過調控相關靶基因進而影響相應的細胞因子及受體或酶的表達，對心血管疾病進程的影響有重大意義。miR-181b可主要通過抑制NF-κB通路作用于IL-6、TNF-α等細胞因子抑制炎性反應；通過調節CDK-4等蛋白的表達，調節細胞周期，促進血管修復；通過直接靶向MAPK通路調節膠原纖維生成及排列進而調控心肌細胞纖維化。miR-181b可通過調控多種信號通路實現對心血管疾病的調控，其表達的升高可能發揮潛在保護作用，但是，根據不同組織、不同病理條件等，miR-181b發揮的作用并不完全相同。對CAVD等疾病的調控作用，仍存在有矛盾結果，因此，其與細胞因子作用的相關通路仍需大量前瞻性實驗揭示。miR-181b對心血管疾病的調控作用是廣泛且關鍵的，未來隨著對miR-181b復雜作用機制的進一步研究，有望通過檢測miR-181b的表達情況預測或診斷心血管疾病，通過對miR-181b靶向藥物的研究，可為治療高血壓、動脈粥樣硬化等疾病提供新思路。