MicroRNA與室性心律失常關系的研究進展

唐詩倩，鐘江華，陸士娟

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院，海口570000)

室性心律失常的臨床發生率逐年提高，嚴重影響著人類的健康。室性心律失常的發生與心臟的電功能密切相關，是心臟心肌正常激活或搏動的異常或擾動。室性心律失常的發生機制包括自律性(心肌細胞自動去極化并產生動作電位的能力)異常、觸發活動(由先前動作電位誘發的膜電壓的去極化振蕩)和折返激動[1]。越來越多的研究表明，微小RNA(microRNA，以下簡稱miRNA)與室性心律失常密切相關，并且在室性心律失常起始和發展中起重要作用。本文對近年研究發現的與室性心律失常相關的miRNA進行綜述。

1 miRNA的生物學基礎

miRNA是小的(長約22個核苷酸)非編碼RNA，其通過結合信使RNA(mRNA)內的互補序列來調節基因表達。1993年在線蟲中發現了第一個miRNA——lin-4，2001年證實了miRNA在脊椎動物中廣泛存在。miRNA首先在細胞核中被轉錄為含有一個莖環二級結構的長Pri-miRNA轉錄物，然后核RNA裂解酶剪接或切割該長Pri-miRNA轉錄物，形成前miRNA，再由細胞質RNA裂解酶Dicer去除前miRNA的末端環，產生長約22個核苷酸的成熟miRNA雙鏈。隨后，其中一條鏈被降解，另一條5′端不穩定的鏈被結合到RNA誘導的沉默復合物(RISC)。RISC是一種多蛋白復合物，它使用單鏈miRNA作為模板，以識別互補信使RNA(mRNA)，通過互補序列的結合，調節mRNA翻譯或降解來抑制基因表達，從而在生物學過程中發揮多種功能。

動物的miRNA通過與mRNA靶區域的不完全關聯來實現這種調節。人類基因組可能編碼超過1 800種miRNA ，其靶向人類基因的約60%。因此，miRNA可能參與大多數生物過程。據報道，miRNA可調節體內許多復雜的過程，各種miRNA的異常表達與許多疾病狀態有關，包括癌癥、糖尿病、系統性紅斑狼瘡和心血管疾病(心力衰竭、肥大、傳導障礙和心律失常)等。多種miRNA參與致心律失常機制，并且不同的miRNA在心臟的不同病理條件下參與不同類型的心律失常[2]。

2 與室性心律失常相關的miRNA

2.1 miRNA-1(miR-1) miR-1是肌肉特異性miRNA，并在心臟發育、功能和疾病中發揮重要作用。miR-1由兩個幾乎相同的基因編碼：miR-1-1和miR-1-2，分別在染色體20和18上[3]。

Cx43和Kir2.1是室性心律失常中至關重要的蛋白質。在心臟傳導中，miR-1可抑制GJA1(Cx43)，其在心臟自動性中靶向HCN2和HCN4，在心臟復極中抑制KCNA5，KCNE1、KCND2和KCNJ2(Kir2.1)，并且在心臟去極化靶標CACNA1C。miR-1過表達可通過轉錄后抑制KCNJ2(其編碼K+通道亞基Kir2.1)和GJA1(其編碼Cx43)，減緩了傳導并使細胞質膜去極化從而導致室性心律失常， 而消除梗死大鼠心臟中的miR-1，減輕室性心律失常[4]。

miR-1參與調節Cx43的表達和活性。Cx43是心肌中表達最高的蛋白質，用于調節哺乳動物心臟的細胞間連接。Cx43的顯著減少或缺乏可導致室性心律失常[5]。研究表明，血管緊張素Ⅱ1型受體激活可使c-Src酪氨酸激酶介導的Cx43從縫隙連接處移位，從而引起室性心動過速(VT)導致的心室顫動(VF)[6]。Curcio等[7]研究表明，治療壓力超負荷誘導的心肌細胞肥大通過使miR-1表達水平正常化，從而使間隙連接內的Cx43表達和活性穩定化，降低危及生命的室性快速性心律失常的風險。但是，目前尚不完全了解Cx43失調為何會引起室性心律失常的風險增加。

miR-1也在轉錄后抑制鉀電壓門控通道亞家族J成員2(KCNJ2)，其編碼鉀通道亞基Kir2.1，其是介導I K1的主要K+通道亞基，負責設定和維持心臟靜息膜電位。Yang等[8]研究發現，miR-1過表達通過轉錄后抑制KCNJ2來減緩傳導并使細胞質膜去極化，導致VT和VF。此外，有研究表明β-腎上腺素能受體-cAMP-蛋白激酶A(PKA)信號通路可以刺激miR-1和血清應答因子(SRF)的表達，促成缺血性心律失常，如VT，而β-受體阻斷劑通過抑制β-腎上腺素受體-cAMP- PKA信號通路，抑制SRF表達和下調miR-1，這可能是一種新的缺血心肌保護策略[9]。因此，GJA1和KCNJ2可能不是miR-1的惟一離子通道靶標，它也能夠通過抑制其他基因，如SCN5A、CACNA1C、KCND2、KCNA5和KCNE1 等，參與室性心律失常的發生。

2.2 miR-21 miR-21是心血管系統中高度表達的miRNA，其在所有主要類型的心血管細胞中高表達，包括血管平滑肌細胞(VSMC)、內皮細胞、心肌細胞和心臟成纖維細胞。

Hsueh等[1]研究發現，慢性腎臟病(CKD)大鼠心臟離子通道和鈣處理異常，會導致早期去極化，觸發活動和室性心律失常，并且觀察到TGF-β、miR-21和鈉鈣交換蛋白1的mRNA水平上調。Neckar等[10]觀察到在心臟缺血/再灌注(I/R)損傷中，冠狀動脈再灌注后立即觀察到頻繁的室性期前收縮(VPB)、VT、VF和二度或三度房室傳導阻滯。而Han等[11]在心肌I/R損傷的大鼠模型中發現，miR-21的過表達可以通過靶向特定基因發揮抗細胞凋亡作用來減弱I/R損傷，有效保護心肌細胞，防止心律不齊(如VPB、VT、VF等)。Yang等[12]研究表明，miR-21通過靶向KBTBD7，抑制p38和NF-κB信號激活來抑制心肌梗死早期的炎癥反應，從而防止過度瘢痕形成并改善心臟功能。結合miR-21在心肌細胞凋亡中的對心肌細胞的保護作用及其在心肌缺血后炎癥中的抑制功能，miR-21可能是用于治療室性心律失常和心肌梗死的藥物開發的新靶標。

2.3 miR-130a miR-130a位于11號染色體上，其成熟序列分布在第11位的核苷酸中[13]。 迄今為止，關于miR-130a的心血管功能知之甚少。Matkovich等[14]研究發現，與正常心臟相比，在人類心力衰竭中，miR-130a的水平顯著升高。由此推斷成年心肌細胞中miR-130a的過表達會導致心臟功能異常。Osbourne等[15]研究發現，miR-130a在成人心肌中的過表達時，會導致Cx43蛋白下調，從而引起室性心律失常和心室功能障礙。而Mazurek等[16]則發現，在αMHC-miR130a轉基因小鼠中，miR-130a過表達導致的橋粒蛋白DSC2的減少促進了橋粒功能紊亂，這可能導致高度致室性心律失常的表型。這些發現表明，miR-130a的過度表達對室性心律失常的發病機制起重要作用。

2.4 miR-133 與miR-1一樣，miR-133是最豐富的心臟特異性miRNA。miR-133家族包含兩種miRNA：miR-133a和miR-133b。miR-133a可以由兩種不同的基因產生：miR-133a-1和miR-133a-2。miR-133a-1、miR-133a-2和miR-133b分別位于染色體18、2、1上。其異常表達與骨骼肌和心肌中的許多疾病有關，例如心臟肥大、肌營養不良、心力衰竭、室性心律失常[17]。

研究表明 ，miR-133通過靶向KCNH2(HERG)和KCNQ1來控制心臟復極化，也有證據表明它還通過靶向HCN2來調節心臟傳導和自動性[18]。據報道，過度表達的miR-133可以抑制心臟鉀離子通道蛋白醚-a-go-go(ERG)，導致復極和QT延長緩慢，最終導致室性心律失常[17]。也有研究證明，miR-133a靶向編碼Kv7.1的KCNQ1 mRNA，Kv7.1是負責I Ks的電壓門控K+通道的成孔亞基(即緩慢延遲整流心臟K+電流)，從而破壞心臟復極，導致致命的室性快速性心律失常[19]。HCN2是miR-133的重要離子通道靶標之一，在確定心臟自動性方面起著重要作用。 在一個左心室肥大的大鼠模型中，HCN2增加，而miR-133減少，表明這種下調導致HCN2在重塑中重新表達。另一種伴有逐漸進展的心肌疾病的小鼠模型在8周齡時死于室性心律失常，其心室中過度表達HCN2，表明HCN2過度表達可能導致室性心律失常[20]。此外，Chen等[21]研究表明，miR-133轉染的間充質干細胞(MSCs)在心肌梗死大鼠模型中可明顯改善心功能。 以上研究表明，miR-133在心肌梗死、心臟傳導、心臟模式調節、血管生成、心臟肥大、纖維化和心臟保護中發揮關鍵作用，過表達miR-133的MSCs的移植可為心臟修復和心臟相關疾病的調節提供有效的策略，因此 miR-133可以作為心血管疾病的潛在診斷生物標志物和治療靶標[22]。

2.5 miR-208 miR-208家族由miR-208a、miR-208b和由α-心肌肌球蛋白重鏈基因編碼的miR-499組成。miR-208a僅在心臟中表達，而miR- 208b和miR-499在胚胎心臟和骨骼肌中表達。大量研究表明，miR-208家族的異位表達與心血管疾病的發生和發展密切相關，并且已經證實miR-208a是心臟正常傳導的必需分子[23]。 Callis等[24]研究發現，miR-208a轉基因小鼠的PR間期顯著延長，部分顯示出二度房室阻滯，表明miR-208a是維持Cx40表達所必需的，Cx40的表達與心律失常有關。由此證明miR-208a足以誘導心律失常，miR-208a功能的獲得和喪失與心律失常有關。此外，Bostjancic等[25]研究發現，miR-208a在心肌梗死患者中顯著上調，并且與沒有VF/VT的患者相比，在具有VF/VT的心肌梗死患者中顯著下調，表明嚴重的室性心律失常如VF/VT也與miR-208a相關。因此，miR-208a作為涉及電重構的基因的轉錄后調節因子，可以為室性心律失常治療提供策略。

2.6 miR-223-3p miR-223-3p是一種造血特異性miRNA，在髓系譜系發育和粒細胞分化中發揮重要作用 。研究表明，在心肌梗死和心絞痛患者血清中，miR-223-3p表達水平顯著上調，提示升高的血清miR-223-3p為急性心肌梗死和心絞痛診斷的miRNA生物標志物之一[26]。vanRooij等[27]研究發現，miR-223-3p在缺血心肌中的表達水平升高，導致增加誘發室性心律失常的易感性。但是目前還不清楚循環和心肌miR-223-3p之間的關系。Liu等[28]研究發現，急性心肌梗死大鼠中miR-223-3p的上調抑制了KCND2/Kv4.2的表達，引起Ito密度減少，導致APD延長，促進缺血性心律失常，如室性早搏(PVC)、VT和VF，并且通過其反義抑制劑敲低內源性miR-223-3p抑制了由急性心肌梗死誘導的室性心律失常，表明該miRNA是缺血性室性心律失常抗心律失常治療的潛在新分子靶標。

2.7 其他miRNA 此外，還發現其他miRNA與室性心律失常相關。Zhang等[29]研究發現，與非雌激素缺乏大鼠相比，雌激素缺乏大鼠急性心肌缺血引起的室性心律失常易感性增加與miR-151-5p的下調有關。Blanco等[30]研究表明，慢性心力衰竭患者發生室性心律失常的風險與miR-155相關。Jin等[31]研究發現，成年小鼠心肌細胞中miR-206過表達強烈抑制了Cx43表達，并且miR-206過表達轉基因小鼠中Cx43的喪失導致異常心率和PR間期，從而誘導室性快速性心律失常。Sommariva等[32]研究發現，與健康人對照， miR-320a在致心律失常性心臟病(ACM)患者中表現出統計學上顯著低表達。Yamada等[33]首次證實，在具有室性心律失常的確切致心律失常性右心室心肌病(ARVC)患者中，血漿miR- 494水平顯著升高，并且在ARVC患者中，消融后復發的VA與血漿中升高的miR-494水平有關。

miRNA在心血管疾病的形成及發展過程中發揮著十分重要的作用，雖然目前有關miRNA與心血管疾病的研究還處于起步階段，但卻為心臟疾病的診斷治療開辟了基因水平治療的新領域。在治療室性心律失常方面，盡管已發現許多與室性心律失常發生緊密相關的miRNA，但這僅僅是一小部分。而且，目前對miRNA的作用及機制的認識仍很局限，對于如何安全、高效、特異、靶組織定向性地干預miRNA的表達等問題尚需探索。需要進一步探索miRNA與血管疾病的相關性，開發新的治療領域。