miR-21在心房顫動中的作用研究進展

王詠春，劉芳,張續騰，朱希瑤,徐茂青,高紅梅，3

(1.山東中醫藥大學，濟南 250355； 2.山東中醫藥大學第二附屬醫院心內科，濟南 250001 3.山東中醫藥大學博士后流動站，濟南 250355)

心房顫動(atrial fibrillation，AF)是最常見的心律失常之一，由AF引發的腦卒中、心力衰竭等并發癥嚴重影響患者的生活質量。據統計，在我國35歲以上AF患者超過487萬，總患病率約為0.71%，且AF的患病率和發病率均隨年齡增大而增加，75歲以上老人患病率接近3%，給社會和家庭造成沉重負擔[1]。近年來，隨著對AF研究的不斷深入，關于AF發生的病理生理機制，學者們已初步達成共識，即心房的結構重構及電重構促進心房內異位電活動及微折返的形成，進而促進AF的發生發展。其中，心房重構早期表現為以電生理及離子通道特征發生變化的電重構，晚期則表現為心房肌和細胞外基質等的纖維化、淀粉樣變、細胞凋亡等組織結構改變的結構重構。

研究發現，多種微RNA(microRNA，miRNA)參與了AF發病的結構重構及電重構過程[2-3]。miRNA是由20～24個核苷酸組成的內源性非編碼小RNA，具有組織特異性、時序性和保守性，通過與靶信使RNA(messenger RNA，mRNA)的3′非翻譯區特異性結合，抑制mRNA翻譯和(或)誘導其降解，實現在轉錄后水平負調控基因的表達，從而在多種疾病的生理和病理過程中發揮調節作用[4]。其中，miR-21在心血管系統內廣泛表達，參與多種心血管疾病的調節。現就miR-21在AF中的作用研究進展予以綜述，以為臨床進一步揭示AF的發病機制，明確干預靶點，探索AF的上游治療手段提供思路。

1 miR-21概述

miR-21基因位于第17號染色體q23.2區域，分布于跨膜蛋白49基因的第10個內含子區域，與其他miRNA不同，miR-21表達擁有獨立的啟動子區域[5]。miR-21前體以自身引導區進行獨立轉錄后成為成熟的miR-21。成熟的miR-21參與RNA誘導的沉默復合物的形成，通過與mRNA結合起作用，導致特定的mRNA翻譯減少，即靶基因轉錄和蛋白質翻譯的減少，表現為靶基因的表達下調。miR-21幾乎分布于所有心血管細胞中，在心肌細胞、心肌成纖維細胞(cardiac fibroblasts，CFs)、內皮細胞等中均有表達，且在CFs中的表達水平明顯高于心肌細胞。研究表明，miR-21通過靶向調控多種信號通路，參與心肌纖維化和心房電重構、抑制細胞凋亡等過程，與AF的發生、維持密切相關[6-7]。

2 miR-21通過調節信號通路表達參與AF心房結構重構

心房纖維化是AF心房結構重構的重要特征，在AF維持中起重要作用，其主要表現為心房成纖維細胞增殖及向肌成纖維細胞轉化、細胞外基質過度沉積[8-9]。反復發生的AF進一步促進左心房結構重構，心房纖維化進一步加重，從而促進AF的持續發作。研究發現，AF患者的左房心肌中miR-21表達上調，過表達的miR-21通過調控轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β1/Smad、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)、Janus激酶(Janus kinase，JAK)/信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)等多條信號通路促進心房纖維化發生，增加了AF的易感性[10]。

2.1TGF-β1/Smad信號通路 TGF-β/Smad信號通路在組織的發育、體內穩態平衡和組織修復中起重要作用，其中TGF-β1/Smad信號通路是調節組織纖維化形成最經典的信號通路之一，該信號通路活化可促進CFs轉化，抑制細胞外基質降解，增加細胞外基質的生成，在心肌纖維化的發生中發揮重要作用。而TGF-βⅢ型受體可負性調控TGF-β1/Smad信號通路，具有抗纖維化作用。研究發現，miR-21在心肌纖維的發生過程中可靶向減少TGF-βⅢ型受體的表達，激活TGF-β1信號通路，促進心肌纖維化的發生[11-12]。同時，miR-21還可通過下調TGF-β1信號轉導通路的負調節因子——含有WW結構域的E3泛素蛋白連接酶1表達，激活TGF-β1/Smad2信號通路，促進CFs的增殖[6]。此外，miR-21亦可直接下調Smad7表達，促進Smad2和Smad3的磷酸化,即miR-21促進TGF-β1/Smad信號通路表達，從而促進CFs活化及Ⅰ/Ⅲ型膠原蛋白生成，進而促進AF心房纖維化進展[13-14]。

Notch1信號通路參與心臟纖維化和再生修復過程，該信號通路可通過抑制TGF-β1/Smad3途徑改善心肌梗死后的CFs-肌成纖維細胞轉化(cardiac fibroblasts-myofibroblast transformation，CMT)，減輕心肌纖維化。進一步研究證實，miR-21是連接Notch1和TGF-β1信號通路并調節CMT的關鍵因子，心肌梗死后TGF-β1誘導miR-21表達，miR-21通過下調Notch1信號通道配體JAG1(Jagged1)的表達抑制Notch1信號通路，從而激活TGF-β1/Smad3信號通路，促進CMT，導致心肌纖維化發生[15-16]。

因此，miR-21通過直接或間接調節TGF-β1/Smad信號通路或其中細胞因子的表達，參與心房纖維化的病理過程即心房結構重構過程，促進AF的發生。

2.2PI3K/Akt信號通路 PI3K/Akt信號通路具有心血管保護作用，其被激活后可發揮調節細胞遷移、生長、增殖及凋亡等作用。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN)通過水解磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸第3位磷酸基團，可負性調節PI3K/Akt信號通路，減少CMT，減少細胞外基質生成，從而減輕左心房纖維化，降低AF的易感性。研究發現，miR-21作為PTEN重要的上游調節因子，通過靶向調控PTEN/Akt信號通路，在心房纖維化形成的病理過程中起重要作用[17]。在CFs中，miR-21通過下調PTEN，激活PI3K/Akt通路并上調基質金屬蛋白酶2的表達，促使細胞外基質的膠原降解并被纖維成分取代，導致心房結構重構[18]。此外，血管緊張素Ⅱ激活miR-21上游轉錄因子激活蛋白-1，使miR-21高表達，上調的miR-21通過靶向PTEN/Smad7激活PI3K/Akt信號通路，作用于叉頭框蛋白O3a，造成叉頭框蛋白O3a發生核排斥并滯留在細胞質內，表現為叉頭框蛋白O3a活性下降，從而促進CFs增殖，促使心肌纖維化發生[19]。除血管緊張素Ⅱ外，TGF-β也可上調miR-21表達并激活PTEN/Akt信號通路，從而促進CMT[20-21]。因此，miR-21通過靶向作用于PTEN，進而調控下游PI3K/Akt信號通路，參與心房纖維化的發生，進而參與調控AF微折返基質的形成。

2.3MAPK/ERK信號通路 MAPK是一組能被神經遞質、細胞因子、激素等細胞外刺激激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，MAPK信號通路是生物體內的重要信號轉導通路，目前已發現 的MAPK信號通路主要有4條：ERK信號通路、C-Jun氨基端激酶信號通路、ERK5/大絲裂原活化蛋白激酶信號通路和p38 MAPK信號通路。其中，MAPK/ERK信號通路主要功能包括調節細胞生長、增殖、分化和凋亡等過程，是TGF-β1下游重要的細胞內信號轉導通路，參與調控膠原基因表達，因此在多臟器纖維化中起重要作用。Sprouty蛋白是RAS/MAPK/ERK信號通路的特異性抑制蛋白，在SPRY家族中Sprouty-1是MAPK/ERK信號通路的負調控因子，同時Sprouty-1是miR-21的直接靶標[22]，CFs中過表達的miR-21通過抑制Sprouty-1表達，促使MAPK/ERK信號通路激活，進而促進CFs增殖和分泌結締組織生長因子，最終導致心肌纖維化的發生，促使AF等多種心臟疾病的發生[23-25]。

2.4JAK/STAT信號通路 酪氨酸激酶相關受體、酪氨酸激酶JAK和轉錄因子STAT組成JAK/STAT信號通路，參與調節組織發育、細胞分化和內環境穩態[26]。研究發現，STAT3是CFs中miR-21的上游調節因子，可上調miR-21的表達，而miR-21的過度表達進一步促進STAT3磷酸化、纖維化相關基因的表達上調和CFs的增殖，即STAT3的異常激活與miR-21的表達增加呈正反饋調節，通過促進心房纖維化，進而引起AF的發生[27]。細胞黏附分子1屬于免疫球蛋白超家族，可抑制STAT3活性并調控CFs增殖[28]。miR-21可下調細胞黏附分子1的表達，從而增加STAT3的磷酸化，磷酸化的STAT3又可以正向調控miR-21，進而促進TGF-β1誘導的CFs活化、增殖和心肌纖維化[7]。

3 miR-21參與AF心房電重構過程

心房電重構是AF的電生理基礎，電重構是指在病理或應激等情況下離子通道、離子泵、縫隙連接蛋白等發生的改變，主要表現為：①L型鈣通道離子流密度減小,失活后恢復減慢；②瞬時外向鉀通道離子流密度減小，激活和失活均減慢，且失活后的恢復也減慢；③快鈉通道離子流密度無顯著變化，但失活減慢；④延遲整流性鉀通道離子流密度減小，內向整流性鉀通道離子流密度增大；⑤ATP敏感性鉀通道離子流密度增大。電重構不僅可引起心房局部傳導速度減慢、PR間期延長(房室間傳導減慢)、心房有效不應期縮短、心房有效不應期離散度增加即AF易感性增加，也有利于AF的發生和持續。因電重構發生在AF的早期階段，故在此階段針對AF發生機制的上游治療越來越受到重視。

研究發現，miR-21參與AF心房電重構過程，在慢性AF患者心肌細胞中miR-21的表達增加，過表達的miR-21可以下調L型電壓依賴鈣離子通道α1C亞基(calcium channel，voltage-dependent，L type，alpha 1C subunit，CACNA1C)和L型電壓依賴鈣離子通道β2亞基(calcium channel，voltage-dependent，L type，beta 2 subunit，CACNB2)基因表達，降低心房肌L型鈣離子電流密度，引起心房動作電位時程縮短，從而增加AF的易感性[29]。與上述研究結論一致，有學者在研究快速電刺激乳鼠心房肌細胞模擬AF模型時發現，心肌細胞經過白藜三醇預處理后，miR-21的表達下調，同時CACNA1C和CACNB2的表達增加，這些結果表明CACNA1C和CACNB2可能是miR-21的靶基因，白藜三醇可能通過下調miR-21表達而調控其下游靶基因CACNA1C、CACNB2及其編碼的Cav1.2、Cavβ2蛋白水平，從而減輕快速電刺激導致的心房電重構[30-31]。

4 miR-21在AF臨床診療中的應用

研究證實，miRNA廣泛存在于人體心臟組織及體液中，且在不同病理狀態下miRNA的表達譜亦不同[32]。臨床工作中，由于心臟組織獲取困難，體液中的miRNA檢測為疾病的診斷和預后判斷提供了新思路。迄今，多項研究評估了miR-21在AF中的診斷及治療價值，miR-21有望作成為AF診斷和預后判斷的生物學標志物[33]。

4.1miR-21在AF診斷中的應用 目前，AF的臨床診斷以心電圖為基本手段，而對于AF高危人群缺乏基本的篩查手段，對于AF導管消融術后復發率預測尚未有相應的檢測辦法，諸多學者以miR-21為切入點，嘗試尋找AF高危人群的血清標志物。研究顯示，miR-21水平與心肌纖維化程度呈正相關，心肌細胞釋放的miR-21可穩定存在于循環系統，且可敏感地反映組織纖維化程度[34]；此外，miR-21易檢測，因此miR-21有望成為臨床評估心肌纖維化程度，判斷AF導管消融術預后的新型生物學標志物。血液中的miR-21水平不僅可以反映心房纖維化程度，且與左心房低電壓區域顯著相關，在預測持續性AF患者的消融效果方面有一定參考價值。據統計，循環miR-21水平低(<2 AU)的患者在消融術后AF復發率低(<6%)，而miR-21水平高(>5 AU)的患者術后AF的復發率為87.5%[34-36]。miR-21表達或與AF的類型亦相關，研究發現隨著AF病程的變化，心臟組織和外周血中miR-21的表達水平也在改變，與竇性心律人群和AF心室率控制良好的患者相比，新發AF和陣發性AF患者外周血的miR-21表達增加[37]。但McManus等[38]研究發現，AF患者心房和血漿的miR-21水平低于健康對照者，其中持續性AF患者的miR-21水平低于陣發性AF患者；且AF患者在射頻消融后血miR-21水平反而升高[39-40]，這或許與術后雖然AF患者的血流動力學恢復正常，左心房擴張被逆轉，但仍會伴隨持續的心房纖維化[32，41]相關。因此，miR-21在AF的發病風險及導管消融術后復發率評估中的價值需進一步研究。

4.2miR-21在AF治療中的應用 AntagomiRs是miRNA的合成類似物，可作為miRNA的沉默劑。研究表明，AntagomiR-21可以下調心臟細胞的miR-21表達，減輕心肌梗死大鼠模型的心房纖維化和電活動的不均一傳導，從而改善心臟功能、降低AF發生率[42]。然而，有學者發現抑制miR-21表達并不能改善應激性心臟重構反應，也不能預防心臟功能障礙的發生[43]。且即便靶向miR-21治療AF可能有效[4，39]，但遞送技術等問題仍制約著miR-21在AF治療中的應用：①miR-21可參與眾多基因表達的調控，對miR-21進行干預可能產生不可預見的副作用[44-45]。現有的miRNA屏障技術，即采用miRNA反義核苷酸與目標mRNA靶點結合，發揮“靶點保護”的作用，在對特定miRNA通路產生抑制作用的同時，而不會影響其他靶點功能，這一技術或許可解決上述問題。②多種miRNAs參與同一信號通路相同或不同位點的調控，故單純針對miR-21的單一藥物可能存在效能不足的問題。

可見，雖然miR-21在AF臨床診療中的應用具有較好的研究前景，但受上述多種因素的制約，miR-21參與AF的臨床診療應用仍需深入探索。

5 小 結

miR-21在AF的發生發展過程中扮演重要角色。一方面，miR-21可通過直接或間接調控TGF-β1/Smad、PI3K/Akt、MAPK/ERK、JAK/STAT等多條信號通路參與調控心房纖維化發生；另一方面，miR-21可調節L型鈣離子通道蛋白表達，降低心房肌L型鈣離子電流密度，引起心房動作電位時程縮短，增加AF的易感性，即miR-21參與心房結構重構與電重構的調控，進而參與AF發病的病理生理基礎。在臨床應用方面，從AF患者的不同發病階段到導管消融術后預后的判斷，外周血miR-21的檢測均提供了一定的臨床價值。且干預miR-21表達也顯示出改善心房基質、降低AF易感性的效果。

目前，關于miR-21調控AF心房重構(結構重構、電重構)機制研究取得了一定進展，但對miR-21在AF發病過程中調控作用的認識仍存在不足：①miR-21的調控系統應是一個精密的網絡結構，而目前的研究缺乏對該方面的全面認識，有待進一步建立和完善系統性的miR-21調節通路研究。②miR-21在AF中的作用對象或許并不單一，不同的疾病模型中，miR-21作用靶點分布在不同的細胞內并發揮不同的作用。因此，精確定位miR-21的作用靶點對于明確其在不同疾病發生發展中所扮演的角色具有積極意義。③不同疾病研究中所涉及的miR-21表達變化不盡相同，甚至得出相反的結論，如miR-21在AF的發生中起到促纖維化作用，而在其他疾病模型發病急性期則發揮抗凋亡及減輕心肌纖維化等作用，這可能與研究規模較小、缺乏統一的標準方法以及研究對象、AF類型不同等有關，未來期待更大規模、標準化的臨床或動物實驗的開展。

可見，雖然目前關于miR-21在AF中的作用已進行大量研究，但其作為AF發病風險及手術預后評估標志物應用于臨床仍需進一步研究和論證。未來，miR-21有望實現參與AF的上游治療，從而降低AF的發病率。