新型生物標志物microRNA在射血分數保留性心力衰竭中的研究進展

馬倩 茍春麗 劉永銘

(1.蘭州大學第一臨床醫學院，甘肅 蘭州 730000； 2.蘭州大學第一醫院老年心血管科 甘肅省老年疾病臨床醫學研究中心，甘肅 蘭州 730000)

隨著人口老齡化日益加劇，近年疾病譜發生重大變化，心血管疾病躍居威脅老年人壽命及生命質量的首位，心臟功能結構退變日益彰顯。心力衰竭(心衰)是一個全球健康問題，其中射血分數保留性心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)占心衰的55%左右，且逐年增加[1]。目前HFpEF的病理生理機制尚不明確，新觀點認為它是由衰老和共病(高血壓、糖尿病、肥胖、慢性阻塞性肺疾病、腎功能不全、心房顫動及貧血等)等多因素驅動下的全身慢性炎癥反應、微血管功能障礙及心肌重構引起的綜合征[2]。近年發現多個循環microRNA(miRNA)在HFpEF中升高，有望成為最具潛在價值的生物標志物。現對新型生物標志物miRNA的生物學優勢及與HFpEF相關共病的關系，參與的重要機制以及應用價值進行綜述，以期為HFpEF患者的診斷和治療提供新思路。

1 傳統生物標志物與miRNA的生物學特征

血漿腦鈉肽和N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)是目前診斷心衰和判斷預后最廣泛的生物標志物，但其在鑒別非急性心衰時準確性較低，且受到多因素影響[3]。需其他生物標志物來準確識別HFpEF，研究證實將miRNA與NT-proBNP結合明顯提高了非急性心衰診斷的準確性[4-5]。

miRNA是長度為20～23個核苷酸序列內源性小非編碼RNA[6]。細胞核中miRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉錄加工后運送到胞質中被切割為成熟miRNA，調控靶miRNA降解和/或翻譯抑制及基因表達，參與干細胞分化和細胞信號轉導等多個生物學過程。另外，成熟miRNA可釋放到循環中，以囊泡形式較穩定存在，其序列在進化上相對保守[2，7]。循環中miRNA半衰期長，測定血漿miRNA的異常變化有助于某些疾病早期診斷和鑒別[7]。大量研究證明miRNA在HFpEF的特定病理生理過程中發揮作用(表1)。

表1 HFpEF的主要病理生理機制中涉及的miRNA

2 miRNA與HFpEF的關系

HFpEF是衰老和共病參與的臨床綜合征，miRNA作為重要調控因子參與HFpEF的進展。研究證實，miR-18和miR-19參與轉化生長因子-β(TGF-β)信號通路促心肌間質纖維化，調節心肌衰老[2]。此外，miRNA參與多個HFpEF共病的調控過程。心臟需高能量來維持自身功能和代謝，HFpEF中心肌能量代謝調節能力受損，而miRNA在心肌代謝中發揮作用[8]。據報道，超過50%的HFpEF患者超重或肥胖，其中約一半人患糖尿病，可預見HFpEF的心臟能量代謝會受影響[9]。對高血壓合并HFpEF患者的研究顯示，miR-26b、miR-208b和miR-499表現出明顯差異[1]。已證實慢性腎臟疾病誘導左室肥厚型HFpEF患者中miR-212過度表達，以左室肥厚和舒張功能障礙為特征的HFpEF是慢性腎臟疾病的常見并發癥[10]。左心功能障礙疾病(如HFpEF)導致的肺動脈高壓是肺動脈高壓最常見的原因，目前miR-206被確定為與HFpEF相關的肺動脈高壓患者的潛在生物標志物[11]。

3 miRNA在HFpEF中的病理生理機制

3.1 miRNA參與HFpEF性別危險因素調控

HFpEF的患者多為老年女性，絕經后激素水平改變通過多通路影響HFpEF的病理生理過程。雌二醇通過調節miRNA使微血管免受炎癥反應破壞及抑制間質纖維化，絕經期雌二醇缺乏導致炎癥和纖維化，參與HFpEF的病理生理過程[12]。胚胎發育期間，為避免女性X染色體基因量失衡，其中一條X染色體隨機失活，導致特定位點X連鎖相關miRNA表達增強，其在線粒體自噬中充當輔助刺激因子，參與HFpEF的相關機制[13]。據報道，HFpEF合并糖尿病患者中女性更常見，X染色體特定位點調控miRNA表達增強可激活細胞對高糖的反應性，從而造成微血管炎癥[14]。

3.2 炎癥

目前對HFpEF的病理生理機制更傾向于一種炎癥微血管模式：隨著心臟衰老，冠狀動脈毛細血管密度降低激活TGF-β信號通路，限制內皮細胞NO生物利用度，介導微血管炎癥[15]。已證實HFpEF循環中炎癥標志物(如腫瘤壞死因子-α和白介素-6/18等)升高，包括共病導致的全身炎癥狀態均有miRNA參與[6]。據報道，HFpEF患者心肌樣本中內皮黏附分子表達上調產生活性氧，降低鄰近心肌細胞對NO的生物利用度，導致肌聯蛋白低磷酸化增加心肌細胞張力，使心臟硬度增加，miRNA通過調節肌聯蛋白表達，參與HFpEF的病理生理過程[16]。

3.3 內皮細胞功能障礙和心肌細胞纖維化

心臟細胞外基質中成纖維細胞數量最多。HFpEF的微血管炎癥過程，單核細胞系統釋放TGF-β促進成纖維細胞分化為膠原。TGF-β介導肌成纖維細胞轉化以及基質金屬蛋白酶(MMPs)的轉錄抑制，使蛋白合成和水解平衡向基質膠原轉變，是心肌間質纖維化的主要調控因子[17]。研究顯示，TGF-β/Smad信號通路誘導生成豐富的miRNA，其中miR-21在HFpEF患者心臟富集，通過Smad2/3正向調節TGF-β通路。實驗證實，在體內抑制miR-21可防止壓力超負荷引起的心肌間質纖維化和心功能不全的發生[17-18]。經證實外源性miR-1可改善心肌細胞肥大、纖維化和凋亡[19]。可見，全身炎癥背景下，miRNA協同表達形成一個轉錄后調控網絡，導致微循環內皮細胞功能障礙，進而導致心肌細胞纖維化。

3.4 舒張功能受損

在心肌興奮收縮偶聯中，心肌細胞質內鈣釋放和再攝取受到復雜調控，與舒張功能密切相關。NO依賴的環-磷酸鳥苷在降低肌絲鈣敏感性和促進肌肉松弛方面發揮作用[8]。HFpEF患者主要表現為舒張功能障礙，由于NO下游的環-磷酸鳥苷水平較低，導致磷酸化受損，肌漿網鈣再攝取延遲，導致心肌細胞早期松弛延遲。肌肉特異miR-1轉錄后調節鈣調節蛋白，同時負向調節基因Mef2a和Gata4的表達，它們作為關鍵基因介導鈣調節[20]。在去甲腎上腺素刺激下，心肌細胞中miR-22表達上調，從而調節肌漿網Ca2+-ATP酶轉運活性及鈣再攝取[21]。心肌細胞松弛是耗能過程，心肌能量不足可導致舒張功能受損，許多研究顯示miRNA參與心肌能量調節的多個環節，miR-29通過PGC-1α調節軸影響心肌能量代謝[4]。

4 miRNA對HFpEF的價值

HFpEF的診斷通常需復雜的心臟功能結構檢查，現有的生物標志物、超聲心動圖和臨床參數不足以識別HFpEF患者及評估治療反應。miRNA參與微血管病理生理過程，可作為微血管功能障礙的輔助診斷工具，用于HFpEF高危人群篩查[22-23]。大量研究表明循環中miRNA是識別HFpEF患者的潛在生物標志物，作為NT-proBNP補充，有助于早期準確診斷心衰亞型，改善預后。Wong等[24]對正常人群和HFpEF患者全血和相應血漿樣本進行miRNA分析發現，特定miRNA(miR-125a-5p、miR-190a和miR-638)可作為區分HFpEF和射血分數降低性心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)的潛在生物標志物。Watson等[25]的研究使用定量miRNA陣列實驗，根據HFpEF和HFrEF中miRNA差異表達，證實特定miRNA可用于區分HFpEF和HFrEF。臨床實踐中射血分數可隨病情進展或治療改變，不同心力衰竭亞型之間存在著轉換，表明不同病理生理機制可能在心衰亞型中起作用，而HFpEF和HFrEF轉換的分子機制仍不明確，進一步研究不同的miRNA在不同亞型之間的改變，將有助于闡明HFpEF和HFrEF轉換的分子機制。目前，HFpEF的動物實驗顯示，miRNA作為血管生成誘導劑或纖維化修飾物(如miR-21)可能成為治療新途徑[26]。基于以上特異性miRNA通路分析的研究，證實miRNA水平差異可能與HFpEF過程中幾條潛在途徑有關，有助于探索個性化治療潛在靶點[27]。

5 結語

目前對于HFpEF尚無有效治療方案，由于復雜的病理生理機制，單一通路、單一療法很難取得可喜療效，未來治療方向可能是多通路、個性化綜合治療方案。無論對病因的控制，還是對病理生理的干預，均需更可靠的臨床證據。目前對miRNA研究顯示其有望成為HFpEF患者診斷、預后、分層管理和評估個體化治療反應的潛在生物標志物。但對于miRNA的研究仍存在一些問題尚待解決，需多中心、大規模的臨床試驗及分析支持。總之，miRNA作為HFpEF的一種新型生物標志物，具有較好的臨床前景。