心肌缺血再灌注損傷的潛在診療新靶點：非編碼RNA

洪海鋒，何 原，雷 桅，黃石安，陳 燦 （.廣東醫(yī)科大學心血管疾病研究室，廣東湛江 5403；.廣東醫(yī)科大學附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科中心，廣東湛江 5400）

目前冠心病的治療方法主要有藥物抗栓治療、溶栓、經(jīng)皮冠狀動脈介入手術(shù)(PCI)和外科冠狀動脈旁路移植(CABG)等，然而這些治療方法均會導致心肌缺血再灌注損傷(MIRI)[1]。非編碼RNA(ncRNA)包括microRNA(miRNA)、長鏈非編碼RNA(lncRNA)和環(huán)狀RNA(circRNA)。自從1993年Lee發(fā)現(xiàn)首個miRNA以來，許多ncRNA經(jīng)研究證明與MIRI有著密切關(guān)系，在MIRI的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，可作為MIRI潛在的生物標志物和干預靶點，在疾病診斷及治療方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文就ncRNA的功能及其與MIRI的相關(guān)性作一綜述。

1 心肌缺血再灌注損傷的概述

研究表明，冠狀動脈急性閉塞會繼發(fā)組織氧輸送的短暫下降，隨后血流快速恢復，引發(fā)心肌細胞結(jié)構(gòu)和收縮功能障礙的級聯(lián)損傷。這種由組織缺氧引起的初始缺血性損傷，及再灌注后的第二種損傷模式即為MIRI[1]。其中涉及多種介質(zhì)，包括線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(MPTP)的開放、Ca2+超載、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等，多種介質(zhì)相互作用，相互影響，最終使心肌細胞死亡。MIRI主要表現(xiàn)形式為再灌注心律失常、心肌頓抑、微血管阻塞(MVO)和心肌內(nèi)出血。20世紀80年代，Hearse等在動物實驗過程中首次提出了缺血再灌注心律失常這一概念，主要表現(xiàn)為室性心律失常，如室性心動過速、室性早搏等。MVO可能是由粥樣斑塊微粒的栓塞、血管收縮和炎性物質(zhì)釋放所致的血栓形成和毛細血管床塌陷等因素引起，在MVO嚴重區(qū)域血液可外滲，引起心肌內(nèi)出血。

2 ncRNA的生物學特性及其作用機制

ncRNA家族包括各種類型的RNA，與信使RNA(mRNA)相比，它們不被翻譯成蛋白質(zhì)。ncRNA的主要類型是核糖體RNA(rRNA)和轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)。其他，如miRNA、lncRNA和circRNA等亦發(fā)揮了重要的作用。miRNA即微小RNA，約含22～24個核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA (non-coding RNA)，作為轉(zhuǎn)錄后基因表達的調(diào)節(jié)物作用于mRNA翻譯過程中，抑制蛋白質(zhì)的合成。不同miRNA可以靶向特定mRNA或單個miRNA可以靶向多種不同的mRNA[2]。在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)基因lin-4(控制線蟲幼蟲發(fā)育的基因)后，目前已有2 000多種miRNA在人體中被發(fā)現(xiàn)，證明miRNA在人類多種疾病的診斷和治療中起著至關(guān)重要的作用，特別是在腫瘤、內(nèi)分泌疾病以及心腦血管疾病中。miRNA可在細胞內(nèi)起作用，也可被細胞主動分泌，形成凋亡小體、微泡和外泌體，有助于細胞間或細胞組織的通訊[3]。人體血液、尿液、乳汁、淚液、唾液以及其他體液中均可檢測到miRNA的存在[4-6]。

除了miRNA，越來越多的研究表明其他類型的ncRNA，特別是lncRNA和circRNA對心臟功能具有重要的影響[7-10]。lncRNA是非翻譯的RNA分子，長度從200～1×106個核苷酸不等，能調(diào)控基因表達[11]。circRNA是調(diào)節(jié)基因表達的內(nèi)源性非編碼RNA。由于它們的環(huán)狀性質(zhì)缺乏開放末端和細胞質(zhì)起源，在體內(nèi)比miRNA或lncRNAs更穩(wěn)定[12]。與miRNA相比，lncRNA和circRNA在調(diào)節(jié)基因表達中具有更復雜的作用，因為它們可以激活基因表達，也可抑制基因表達，并與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相互作用。lncRNA和circRNA主要通過與miRNA結(jié)合而起作用，從而形成由lncRNA/circRNA-miRNA組成調(diào)控復合物[11]。

3 ncRNA與MIRI的相關(guān)性研究

3.1 ncRNA作為MIRI的生物標志物本

ncRNA介導心血管系統(tǒng)的病理、生理過程，并充當MIRI的生物標志物[8,13-14]。近期研究顯示某些lncRNA的表達改變可能與MIRI的損傷相關(guān)；但是尚無關(guān)于lncRNA在遠端缺血性調(diào)節(jié)心臟保護中特殊作用的報道。circRNA參與心肌梗死引起的細胞損傷，調(diào)節(jié)心肌線粒體功能和細胞凋亡，如Cdr1as(小腦變性相關(guān)蛋白1轉(zhuǎn)錄本的反義circRNA)、MFACR(線粒體裂變和凋亡相關(guān)的circRNA)和MICRA(心肌梗死相關(guān)circRNA)等[15-17]，可用作生物標志物以預測心肌梗死發(fā)生或作為心臟功能保護性干預措施的靶標。然而，迄今尚未發(fā)現(xiàn)circRNA與MIRI之間潛在聯(lián)系的報道。miRNA是研究最多的與心臟功能和疾病有關(guān)的ncRNA類型。大量研究表明，miRNA在心肌缺血再灌注之前、期間及之后的表達均存在復雜變化。miRNA水平可在心肌組織內(nèi)上調(diào)或下調(diào)。急性心肌梗死(AMI)時心肌細胞損傷后miRNA可釋放入循環(huán)系統(tǒng)中。研究發(fā)現(xiàn)miR-1、miR-133a、miR-133b、miR-208和miR-499在AMI患者的血漿中上調(diào)，證明了miRNA可用于預測MI或MIRI潛在的生物標志物[18-22]。目前AMI診斷主要依賴癥狀、心電圖異常和心肌標志物定量，但這些診斷依據(jù)往往都存在時間延遲、特異性及敏感性較差等問題。在非缺血性心力衰竭(HF)、腎衰竭、心肌炎、心律失常和肺栓塞的情況下肌鈣蛋白的水平也會非特異性升高[23]，而miR-208水平卻未發(fā)生改變。實際上miRNA可以減少這類誤差，并為AMI的診斷提供更高的準確性，當癥狀出現(xiàn)3 h內(nèi)初始肌鈣蛋白仍為陰性時，一些ncRNA即可迅速被檢測出。ncRNA可更早、更快地診斷或排除胸痛患者。故基于ncRNA開發(fā)新的生物標志物對于疾病的早期診斷和預后評估具有非常重要的作用。

3.2 ncRNA對心肌缺血再灌注損傷的治療作用

miRNA對MIRI治療作用已得到廣泛驗證。miRNA包裹在細胞外囊泡或外泌體中，通過循環(huán)系統(tǒng)到達心臟，起到治療作用。miRNA具有減少瘢痕、改善心室重塑、抗心肌纖維化和不良重塑、促進血管生成、抗心肌細胞凋亡和減少梗死面積等作用[24-25]?？偰懝檀?TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)是公認的冠心病的主要危險因素。而高密度脂蛋白(HDL)已被確定為心血管事件的強陰性預測因子，其對心血管系統(tǒng)的保護作用歸因于它能將周圍組織中的膽固醇轉(zhuǎn)運至肝臟進行代謝，因此HDL具有抗動脈粥樣硬化的作用。最近研究表明，HDL除了能降低膽固醇外，還具有更廣泛的調(diào)節(jié)作用，如對血管內(nèi)皮細胞的抗氧化、抗炎和抗凋亡等。既往研究證明HDL對氧化應(yīng)激和缺血再灌注的保護作用是通過激活Survivor Activating Factor Enhancement(SAFE)途徑介導的，該途徑涉及細胞內(nèi)信號因子的信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的激活。Pedretti等[26]發(fā)現(xiàn)，HDL能夠通過促進STAT3的活化，調(diào)節(jié)依賴STAT3的miR-34b和miR-337的表達，提高心肌在缺氧條件下的耐受能力，抗心肌細胞的調(diào)亡，增加細胞的存活率，從而保護心肌免受缺血再灌注損傷。此外，已證實miR-144能夠通過靶向FOXO1減輕MIRI[27-29]。 Wu等[30]揭示miR-202-3p可通過靶向TRPM6激活TGF-β1/Smads信號通路參與調(diào)節(jié)MIRI。

最近研究報道，lncRNAs在心臟損傷和修復中發(fā)揮著重要的作用，特別是針對再生、肥大和內(nèi)皮功能等[31]。lncRNA水平與miR-1呈負相關(guān)，而miR-1水平又與MIRI有關(guān)，表明IRI中l(wèi)ncRNA與miRNA存在相互作用[32]。心肌細胞凋亡相關(guān)lncRNA(CARL)能抑制心肌細胞凋亡，通過調(diào)節(jié)miR-529/PHB2途徑減少心肌缺血再灌注后的梗死面積[33]。lncRNA H19可調(diào)節(jié)miR-103/107活性，調(diào)節(jié)Fas相關(guān)蛋白和FADD的表達[34]。

線粒體裂變和凋亡相關(guān)circRNA(MFACR)是線粒體凋亡的負調(diào)節(jié)劑，在小鼠心肌梗死后下調(diào)miR-652-3p。線粒體動態(tài)相關(guān)lncRNA(MDRL)靶向miR-484和miR-361，參與線粒體調(diào)控。在缺血再灌注小鼠模型中，轉(zhuǎn)染MDRL通過海綿化抑制miR-361減少冠狀動脈細胞凋亡[35]。自噬相關(guān)的circRNA(ACR)通過抑制自噬在小鼠心肌缺血再灌注損傷中起保護作用[36]。lncRNA和circRNA主要通過與miRNA相互作用實施相應(yīng)分子調(diào)節(jié)功能，從而進一步影響靶蛋白的下游翻譯和轉(zhuǎn)錄后修飾。

4 結(jié)語

ncRNA與多種心血管疾病有關(guān)，被視為潛在的MIRI生物標志物，也被認為可能用于臨床疾病治療。然而，部分研究miRNA選擇偏向和結(jié)果不一致限制了臨床上有用miRNA的可靠性鑒定。循環(huán)系統(tǒng)中大多數(shù)miRNA能夠通過細胞外囊泡運輸，而分離的細胞外囊泡可被其他顆粒和蛋白質(zhì)污染，從而降低細胞外囊泡miRNA作為生物標志物的預后價值。因此，細胞外囊泡分離和表征的技術(shù)在未來有望進一步提升。任何基于miRNA的療法都需要遞送系統(tǒng)，這不僅需要克服ncRNA在循環(huán)中的不穩(wěn)定性、脫靶效應(yīng)和不適當?shù)姆植?，還需要克服對細胞滲透性的影響或在脫靶器官中積累。然而，由于miRNA是單鏈和開放的，它們或者在循環(huán)系統(tǒng)中被核酸酶降解，或者通過腎臟排泄或被單核細胞吞噬，限制了miRNA作為治療工具的臨床適用性，因此研究較理想的遞送載體亦是目前極具發(fā)展前景的方向。