miRNA在心房顫動研究中的作用及與中醫藥的相關性*

宋敏,廖岳闖,董昌武

安徽中醫藥大學,安徽 合肥 230038

心房顫動,簡稱房顫,是指規則有序的心房電活動喪失,代之以快速無序的顫動波,是嚴重的心房電活動紊亂[1]。房顫是臨床上最常見的心律失常之一,也是心血管疾病死亡的主要危險因素之一。據2017年《中國心血管病報告》數據顯示,全球房顫患病人數已經突破3 000萬,其中,我國房顫患者約占全球患病人數的30%以上[2]。據估計,房顫的患病率在未來30年將呈持續上升趨勢,特別是在社會人口指數處于中等水平的國家,該病將成為最大的流行病和公共衛生挑戰之一[3]。由于病因復雜,醫學界尚未明確房顫的潛在發生機制。但是,之前的實驗研究和臨床數據表明,該病的流行與心臟的嚴重電重構和結構重塑有關[4-5]。

miRNA是在真核生物中發現的一類內源性的負責轉錄后基因調控的非編碼RNA,是一類大約20個核苷酸組成的小分子單鏈RNA。自1993年第一個miRNA被發現以來,已經有48 885個成熟miRNA被篩選鑒定出,并且存入miRBase數據庫中[6]。近年來,多項研究證實miRNA已成為參與大多數生物過程的重要候選者之一,涉及多種疾病[7]。相關動物模型和臨床試驗研究結果表明,血清miRNA在房顫的發生發展、心房電重構以及結構重構中發揮著關鍵作用。部分研究表明,血清miRNA具有極強的穩定性,在心房組織和循環血液中較容易獲得,因此將miRNA作為房顫診斷的新興生物標記物和治療靶點具有重要意義。

1 miRNA可能是房顫診斷的新型生物標志物之一

房顫是一種常見的心律不齊,目前已經明確的可作為房顫生物標志物的有肌鈣蛋白、B型利鈉肽等[8]。最近,房顫被認為受miRNA表達變化的調節,而miRNA的高穩定性和高表達性使其可能成為房顫診斷新興的候選生物標志物之一。有學者在房顫患者及非房顫患者血清中選擇miR-106b-3p、miR-590-5p、miR-339-3p、miR-378-3p、miR-328-3p 和miR-532-3p這6種高表達的miRNA來確認其表達水平[9],最終發現,這些miRNA的功能可能涉及心律失常、細胞凋亡、細胞增殖和房顫中的結構重塑等方面,6種miRNA的表達水平反映了房顫的病理生理學特征,這可能為開發用于診斷或檢測房顫的新型生物標志物提供了技術基礎。另外,有研究發現房顫患者和正常竇性心律患者在血清miRNA表達水平上差異較大。這些差異性miRNA,如miR-92b-3p、miR-1306-5p、miR-let-7b-3p等,可能通過影響多種生物學途徑和信號通道參與房顫的發展[10]。上述結論為進一步研究miRNA與房顫的分子生物學關系及探索房顫的新型生物標志物提供了新的方向,并為研究房顫的潛在治療靶標提供了理論基礎。房顫中結構重塑的標志是心房纖維化,被認為在疾病發展中具有關鍵的作用,而miRNA被認為是房顫中發生纖維化重塑的潛在調節因子。Mun等[11]將室上性心動過速患者與房顫患者血清中miRNA進行對比分析,發現房顫患者miRNA表達水平均高達1.5倍以上,其中5個miRNA(miRNA-103a、miR-107、miR-320d、miR-486和miRlet-7b)的表達升高達4.5倍以上,并通過實驗驗證了上述 miRNA及其靶基因參與了心房結構重構、氧化應激和纖維化途徑。研究表明,血清miRNA可用作反映房顫患者心房纖維化進展的新型生物標志物。Natsume等[12]發現,房顫患者中有4種miRNA表達水平顯著上調,因此房顫患者血清miRNA可能是房顫的潛在生物標志物。但上述研究中并未提及某一特定miRNA作為房顫潛在生物標志物的重要作用。在之前研究的基礎上,有學者發現miR-122可能與房顫中的心肌細胞增殖和凋亡的分子機制有關[14-15],這一發現提示miR-122可能是房顫診斷的生物標志物[13]。隨后,有學者發現miR-21的減少與房顫的發展有關。另有相關研究發現,miR-1與miR-21二者的表達水平在房顫中均下調,提示兩種miRNA可能是檢測房顫的潛在血清學指標[16]。然而,此后的國外研究發現,房顫患者心房組織中 miR-1 和miR-21的表達水平與之前研究結論出現差異,房顫患者血清中miRNA-1的表達明顯下調,而miR-21的表達上調,表明miR-1和miR-21通過引物調控參與了房顫的分子重構,這將為房顫的診治提供重要的分子生物學依據[17]。血清miR-328作為新發現的調節因子,其參與房顫的具體分子作用機制有待明確[18]。Huang等[19]發現,miR-328-3p水平的高表達是房顫的潛在危險因素,同時miRNA-328參與房顫的具體分子作用機制可能是心房重構過程,其可能是早期房顫的潛在血清學指標[20]。隨后,更多學者利用生物信息學技術以及分子生物學技術將目光投入miRNA及房顫的關系之中。Xiao等[21]推測miR-4298、miR-3125、miR-4306和miR-671-5p可能作為房顫診斷的重要生物標志物。Nopp等[22]發現,miR-150-5p、miR-127-3p、miR-1908-5p這3種miRNA可作為房顫患者早期心血管危險的潛在生物標志物。Harling等[23]發現,miR-483-5p在房顫患者血清中明顯高表達,提示血清miR-483-5p水平升高可能預示著患者發生房顫的風險。后續有學者通過實驗研究證實miR-483-5p與房顫發生發展相關[24-25]。這一發現為房顫的復雜機制研究開辟了全新視角,后續miRNA在評估房顫嚴重程度及預后等方面將發揮巨大的生物標志物潛力。

2 miRNA作為房顫的潛在治療靶點具有重要意義

房顫與心臟的嚴重電重構和結構重塑有關,現有治療方法仍然是抗凝、控制心室率等藥物治療及射頻消融術等外科手術治療,這些療法均存在不良反應、高復發率等不足。為了進一步提高療效并找到新的藥物靶標,需準確找到心臟重塑過程中的具體分子機制。miRNA與房顫誘導的離子通道重塑和纖維化有關,可為房顫提供病理生理學微觀解釋或成為房顫治療的新型靶標。現有研究發現,房顫患者血清miRNA的表達水平與沒有房顫的個體相比上調明顯,這些差異表達的miRNA可能是房顫發生發展的關鍵因素,可進一步用作房顫的預防和治療靶標[26]。Lu等[27]發現,miR-328和房顫之間存在相互關系,并且可能成為心律失常的潛在治療靶點。另有學者發現,miR-328通過靶向L型Ca2+通道基因促進房顫中的心房電重構,這項研究發現了房顫新的分子機制,并明確指出miR-328是房顫的潛在治療靶標[28]。Zhang等[29]發現,miR-206的過表達抑制了超氧化物歧化酶1(Superoxide Dismutase,SOD1)的表達,表明SOD1可能是miR-206的直接靶標,提出miR-206可能是房顫的潛在治療靶標。研究發現,房顫患者血漿中有高達40種不同表達的miRNA,其中有13種miRNA表達水平上調,27種miRNA表達水平下調,并且通過qRT-PCR驗證表明,miR-124-3p、miR-378d、miR-2110和miR-3180-3p表達水平顯著上調,而 miR-223-5p、miR-574-3p、miR-125a-3p表達水平顯著下調。為了探索miR-124-3p與房顫之間作用的具體分子機制,將來自房顫患者的血漿miRNA與大鼠心肌成纖維細胞共同孵育,顯示 miR-124-3p在心肌成纖維細胞中的表達上調,認為miR-124-3p可能是miRNA的潛在治療靶標[30]。Xu等[31]發現,miR-324-3p在體外抑制了成纖維細胞增殖。此外,miR-324-3p直接靶向成纖維細胞中的轉化生長因子β1,這可能與房顫期間心肌纖維化的發展有關。同時,miR-324-3p模擬物處理抑制了成纖維細胞中的PI3K/AKT信號通路,這些結果證實了miR-324-3p在體外調控成纖維細胞增殖的分子機制,可能為臨床治療房顫提供一種新的潛在手段。但目前miRNAs更多的是進行房顫動物模型的治療,尚未有文獻報道將靶向miRNAs相關技術運用于房顫患者的臨床治療。另一方面,結合miRNAs治療房顫的具體方案并未被提出。今后的研究應更加重視將miRNAs作為靶點,結合現代醫學技術與分子生物學技術為房顫患者的臨床治療而服務。

3 miRNA與房顫的中醫藥防治具有潛在相關性

中醫證候研究屬于中醫學中一個尤為重要的科學研究,是辨證論治的起點和核心。中醫證候是機體某一階段的病理本質的概括,“有諸內必形諸外”,證候的發展過程體現著從分子、細胞到組織、器官以及各系統水平之間綜合的動態變化全過程。證候的發展變化是一個動態化的全過程,這一變化具有整體性、時空性以及個體特異性等諸多特性。現代分子生物學研究的本質是將微觀物質與臨床征象相聯系的過程,是中醫整體觀的延伸。中醫學中的陰、陽分別代表事物相互對立的兩個方面,疾病性質、臨床證候等都可歸屬于陰或陽的范疇。陰陽是對各種病情從整體上作出的最基本的概括,是證候分類的總綱。miRNA是現代分子生物學的重要研究對象,已有研究提出,導致人體患病的可能分子機制之一是由于體內miRNA異常表達,使受其調控的靶基因出現異常表達,相關miRNA與靶基因制約關系的消長平衡狀態被破壞,即機體的陰陽對立制約關系被破壞,從而導致疾病的發生。因此,宏觀的中醫證候與微觀的miRNA之間具有潛在相關性[32]。

3.1 中醫證候動態變化的特性與miRNA的生物學特征具有極度相似性miRNA參與多種疾病的發生發展,對于人體的生命活動具有重要意義。有學者提出,表觀遺傳學是中醫證候多樣性的部分物質基礎,表觀遺傳學的微觀指標可以作為中醫證候的宏觀鑒別的必要補充[33]。miRNA的表達受諸多因素的影響,是一個動態變化的過程[34]。miRNA及其表達的動態演變過程與臨床上所出現的癥狀和體征具有緊密的內在聯系,提示miRNA可能參與證候的發生和動態演變。miRNA在體液中能夠反映疾病病理狀態的存在,且能夠在細胞間隙轉移,應用基因芯片或者定量PCR等方法能夠檢測不同中醫證候患者及正常人血液中的miRNA表達水平,通過研究miRNA表達譜,可以一定程度上反映證候的物質基礎,有望找出與疾病中醫證候相關的生物標志物,為臨床證候診斷服務。

另外,miRNA與中醫證候的相關性研究已經涉及消化系統、神經系統、心血管系統等諸多領域[35-37]。之前的研究發現,miR-126可能是原發性高血壓肝陽上亢證的潛在生物標志物之一[38]。miR-199a-5p和miR-1283可能是EH血瘀證形成的特異性miRNA[39]。miR-483-3p、miR-4700-3p和miR-4745-5p可能是慢乙肝肝膽濕熱、肝郁脾虛證的潛在標志性分子,另外,miR-129-2-3p是慢性乙型肝炎肝膽濕熱證特征性的miRNA[40-41]。隨著miRNA研究的不斷深入,越來越多的證據表明,miRNA作為中醫證候要素形成的具體生物學標志物具有重要意義[42-43]。研究發現,miR-146b-5p、miR-199a-5p及23個靶向miRNA形成了血瘀證的診斷網絡。隨著該診斷網絡的進一步改進和驗證,血瘀證更為客觀的診斷標準可能會在臨床實踐中使用。從分子生物學機制的角度對房顫中醫證候的形成進行研究,有利于提高房顫中醫辨證的準確性。現有研究表明,調節基因表達的miRNA可能與房顫誘導的離子通道重塑和纖維化有關,再次從分子生物學的角度證明miRNA參與了房顫的發生發展[9]。

房顫屬于中醫學“心悸”的范疇,其發病因素多由外感或內傷,致氣血陰陽虧虛,心失所養;或痰飲瘀血阻滯,心脈不暢所致。病因對應的證候所表達的是癥狀的機理,對于其本質缺乏微觀的理解水平,因此,對房顫中醫證候缺乏微觀層面的認識。有研究提出了一種通過基因組學和生物信息學識別血瘀證潛在生物標志物的新方法[44]。今后,房顫中醫證候要素生物標志物的研究應首先借助序列分析預測出與房顫相關miRNA靶點,并且利用生物信息學及分子生物學相關技術建立和房顫中醫證候相關的miRNA多重調控網絡,為從轉錄后水平闡明房顫中醫證候的實質提供新的視角。

3.2 中醫藥通過miRNA調控網絡防治房顫近年來,中醫藥防治房顫臨床療效較好[45-47],已逐漸被醫藥界所認可。中醫藥可能通過miRNA調控網絡在房顫的治療中發揮積極作用。以miRNA調控網絡為切入點研究中醫藥治療房顫的作用機制,關鍵在于miRNA調控網絡的靶基因及其細胞分子網絡[48]。

現有研究表明,多種中藥含有保護心肌細胞、抑制細胞凋亡、促進細胞生長并通過調節miRNA來保護心血管系統的活性成分[49]。尹懿等[50]研究發現,加減炙甘草湯用于風濕性心臟病合并房顫的患者療效顯著,可通過調控miRNA-223及Cx43的表達水平,改善心功能指標。有研究發現,辛溫通陽中藥蔥白提取物防治急性心肌梗死后室性心律失常的miRNA作用機制主要與調節 miR-15b-5p及miR-21的表達有關[51-52]。趙吉銳等[53]研究發現,柴胡三參膠囊可以降低心肌組織中miRNA-29表達水平、減少缺血性心律失常以及房顫發生。吳華慧[54]研究發現,養心湯能降低室性早搏患者血清miR-1水平,并對氣血虧虛型室性早搏患者尿中羧酸酯、酰基輔酶A脫氫酶、異戊酸、酰基肉堿代謝產物具有調節作用。雖然目前已有多項研究針對中藥方劑與miRNA調控網絡之間的關系著手,但仍需從miRNA水平揭示中藥方劑的具體作用機制。

針灸是中醫學的重要組成部分,許多經絡和穴位具有抗心律失常的作用,特別是與心率和血流量相關的穴位和經脈。有學者發現,脊髓電刺激干預犬房顫模型,安全性高,可操作性強。脊髓電刺激可改變房顫犬左心房肌的部分差異miRNA表達,包括miR-30b、miR-92b、miR-375、miR-500、miR-375等,它們可能是脊髄電刺激干預房顫的分子調控機制,進而可能是脊髓電刺激干預房顫的靶點。另外,左心房肌差異表達的miR-33a及miR-219-3p可能通過TLR4/NF-κB經典炎癥信號轉導通路參與調控房顫犬的炎癥反應,影響房顫轉歸,有可能成為脊髓電刺激治療房顫的靶點之一[55]。另有研究發現,電針減少大鼠再灌注心律失常發生的機制與其下調miRNA-1表達后Cx43表達的上調有關[56]。miRNA在中醫藥防治房顫中具有巨大的優勢,今后應進一步從認識與房顫中醫藥相關的miRNA表達譜和靶基因著手,借助生物信息學技術,構建中醫藥防治房顫的miRNA分子調控網絡,并嘗試從血清miRNA水平準確闡釋房顫中醫藥防治的具體作用機制。

4 展望

現有研究已證實,miRNA是房顫的關鍵調節者,作為一種新發現的、功能強大的基因表達調節劑,在房顫的診斷標志物及新型治療靶點等方面具有重要意義。但目前尚無明確的miRNA被確定為房顫有效的生物標志物或治療靶點投入臨床使用。miRNA的多基因靶向能力在治療復雜疾病方面具有巨大優勢,miRNA模擬物或抑制劑臨床應用的目的是將組織中異常表達的miRNA恢復到正常水平。現有研究存在一些局限性,之前研究的數據或結果存在不一致的情況,如房顫患者血清中同一miRNA的表達水平在不同研究結果中出現差異,可能是由于樣本數量較小以及受性別、年齡、藥物治療等變量影響,可擴大樣本量、控制變量影響程度以提高實驗數據的準確性和可用性。今后研究的首要任務是通過篩選、鑒定等尋找可靠的miRNA,作為早期診斷、監測房顫的生物標志物。在房顫等復雜疾病的miRNA研究中面臨的挑戰是從診斷、預后和治療應用的不同階段使用科學分析方法獲得的大量數據中準確鑒定靶向miRNA,結合現代醫學技術與分子生物學技術為房顫患者的臨床治療而服務。

此外,目前關于miRNA與房顫中醫證候相關性的研究不多,房顫中醫證候要素形成的具體生物學標志物尚不明確,今后應積極尋找能夠指導房顫中醫辨證分型的有效生物標志物,并將其定量化、標準化。同時,從認識與房顫中醫藥相關的miRNA表達譜和靶基因著手,以miRNA調控網絡為切入點研究中醫藥治療房顫的具體作用機制。相信隨著miRNA在房顫中醫證候及中醫藥治療中研究的不斷深入,miRNA終將會成為中醫藥防治房顫的有利工具。