miRNAs與放射性心臟損傷的相關性研究進展

李 碩 李淑晶 王明月 寧方玲

濱州醫學院附屬醫院腫瘤科，山東濱州 256603

放射治療（簡稱“放療”）是惡性腫瘤綜合治療的重要方式，約50%的惡性腫瘤患者在患病期間需要接受放療[1]。隨著放療的廣泛應用，乳腺癌、肺癌、食管癌、霍奇金淋巴瘤等胸部惡性腫瘤的生存率進一步提高。盡管放療精度已經得到很大程度的改善，但仍使心臟不可避免地受到照射，產生急性或遲發性反應，稱為放射性心臟損傷（radiationinduced heartdisease，RIHD）[2]。約10%的患者在放療后出現癥狀性心臟受累，臨床表現為冠狀動脈疾病、心臟瓣膜病、心肌病、心包炎和心電傳導異常等一系列心臟疾病[3]。該疾病是進行性的，其發生率和嚴重程度隨多種因素而增加，如放射劑量大、放療時年齡較小、治療時間較長、同時使用某些化療藥物（如蒽環類）、肥胖和高血壓等[4]。RIHD 是胸部和胸壁腫瘤放療晚期相對常見和潛在嚴重的副作用，其早期一般無癥狀或癥狀較輕，其并發癥往往會在照射后數月至數年出現，因此，RIHD 被廣泛認為是某些長期癌癥幸存者生活質量的障礙[5]。目前認為，RIHD 是多種機制通過多種復雜途徑相互作用的結果，內皮損傷、氧化應激和炎癥、內質網和線粒體損傷被認為是主要原因[6]。許多研究人員認為，微小RNAs（microRNAs，miRNAs）調節各種細胞因子的產生，這些細胞因子在輻射相關的晚期心臟損傷的發展中發揮至關重要作用。目前關于miRNAs 與放射性心臟損傷發生的相關性研究較多，miRNAs 逐漸成為RIHD 發病機制研究的新熱點。

1 miRNAs概述

非編碼RNA 在調控基因表達方面至關重要。根據調控非編碼RNA 的長度和分子結構的差異，將其分為長鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）、miRNAs、小干擾RNA（small interfering RNAs，siRNAs）、piwi相互作用RNA（PIWI-interacting RNAs，piRNAs）。miRNAs 是一種小的內源性單鏈RNA，大小為20 ～24 個核苷酸。30%～50%的基因是由miRNA 控制的[7]。由于單個miRNA 其與mRNA 不具有準確配對的能力，因此miRNA 可以調節幾個到數百個靶點。miRNAs 調節許多細胞過程，如分化、生長、增殖和凋亡，包括那些參與細胞應激反應的過程。

miRNAs 在植物和動物的基因組中編碼。它的轉錄是由RNA 聚合酶Ⅱ/ Ⅲ（RNA polymeraseⅡ/Ⅲ，RNase Ⅱ/Ⅲ）參與的，形成了含有莖環的初級miRNA，由Drosha 蛋白在細胞核內剪切，形成70 個核苷酸長的miRNA 前體。然后核質轉運蛋白Exportin-5 將剪切好的miRNA 前體運輸出細胞核。在細胞質中，RNase Ⅲ家族的另一個成員Dicer 將對miRNA 前體進行第二次剪切，形成20 bp 的長miRNA 雙鏈[8]。雙鏈的兩條鏈被分離，一條鏈負載在RNA 沉默誘導復合體（RNA-induced silencing complex，RISC）中，形成成熟的、具有功能的miRNA。另一個miRNA 則會在細胞內被迅速降解[9]。miRNAs 主要通過結合靶mRNA 的3'UTR區在轉錄后調控基因的表達，并通過對mRNA 進行降解或翻譯抑制兩種不同的作用機制來實現其沉默效應。翻譯抑制可能是哺乳動物的主要機制[10]。miRNA 在沒有完全互補的情況下與靶序列結合的能力導致每個miRNA 都有大量的靶mRNAs。因此，miRNAs 可以調節幾乎所有的內源性代謝過程。當然，miRNAs 也受到廣泛的調節系統的影響，這是在其合成、代謝和自身調節功能的水平上實現的[11-12]。

2 miRNAs與放射性心臟損傷

共有150 ～200 個miRNA 在心臟中表達，相關文獻報道，miRNA 參與心臟發育和心肌細胞再生，并發揮重要作用[13-14]，高表達于心房顫動、各種病因引起的心力衰竭、急性心肌梗死等一系列心血管疾病的心肌細胞中[15]。miRNA-133 是一種肌肉特異性miRNA，主要在人類心肌中表達[16]，它具有抑制心肌細胞肥大[17]和抗細胞凋亡的作用[18]。miRNA-208 被證明是心肌細胞肥大、纖維化和應激反應中肌球蛋白重鏈β 表達所必需的基因[19]。miRNA-208 基因家族由miRNA-208A 和miRNA-208B 組成，在胚胎和成人心臟中的表達具有時空差異[20]。Callis 等[21]研究表明，miRNA-208A 的過表達可以誘導心臟重構和心律失常。也有人在其他研究中提出，miRNA-208A 的缺失可導致心臟傳導受損[22]。來自miRNA-15 家族的一些miRNA（miR-15a、miR-15b、miR-16-1、miR-16-2、miR-195 和miR-497）被認為與許多心血管疾病有關[23-24]。van 等[25]在肥大的心肌細胞中檢測到miRNA-195，其過度表達會導致小鼠擴張性心肌病和心力衰竭。Kura 等[26]發現，輻射會導致大鼠心臟中miRNA-15b 的表達下降，表明該miRNA 參與了心臟輻射損傷的機制。Simone 等[27]在氧化應激條件下測量了人成纖維細胞中各種miRNAs 的表達，并發現細胞照射后miRNA-15b 下降。

機體在遭受電離輻射后，mRNA 通過調節不同的信號通路來控制蛋白質的變化，而在此過程中，這些信號通路又受到許多非編碼RNA 的調節，如miRNA 和lncRNA 等。目前越來越多的研究發現miRNAs 與RIHD 有緊密聯系。miRNA-1 大量表達于心肌和骨骼肌細胞中[28]，調節心肌細胞的分化和增殖，還參與成人心肌細胞生長的調控[29]。有研究表明，在心臟水平的縱隔區域局部給予單劑量25 Gy 射線照射大鼠后，觀察到心肌中miRNA-1 基因表達下調[30]，但是該項研究僅闡述了心肌細胞信號的轉導，并未說明電離輻射對大鼠心功能的影響，也并未監測大鼠的遠期心功能的變化。心臟纖維化是心臟輻射的一個重要結果，而miRNA-21 在纖維化的心肌中高度表達，它通過心臟成纖維細胞中的ERK-MAPK 信號通路來調控心肌細胞肥大和心肌纖維化[31]，并且血漿中miRNA-21 表達水平與左室結構和功能損傷、心肌纖維化有關[32]。Slezak等[33]觀察到大鼠縱隔區照射后miRNA-21 的表達上調。同樣，Viczenczova 等[30]觀察到照射大鼠心臟后miRNA-21 和縫隙連接蛋白43（connexin43，Cx43）表達水平增加。這表明miRNA-21 與心臟疾病，特別是在心肌纖維化密切相關。膠原蛋白、彈性蛋白和纖維蛋白作為心肌纖維化的調節因子，miRNA-29 家族可調節這些蛋白的mRNA 轉錄[34]。Dinh 等[35]對患有ⅢA 期非小細胞肺并接受了放療的癌患者的研究發現，接受低劑量放療的患者體內miRNA-29a-3p 基因表達水平更高，相反，接受高劑量放療的患者體內基因表達水平則較低。因此，當腫瘤患者放療后出現miRNA-29 表達下降時，需要預防RIHD 的發生。在一項輻射誘導miRNA 水平的研究中，Esplugas 等[36]發現，人臍靜脈內皮細胞經2 Gy 照射2 h 時，miRNA-221 和miRNA-222的表達顯著增加，miRNA-155 的表達顯著降低，而24 h 時，miRNA-146a 和miRNA-155 的表達顯著上調，miRNA-222 的表達顯著下調。在臨床研究中，Esplugas 等[37]再次發現，乳腺癌患者在接受放療后，miRNA-221、miRNA-222 和miRNA-146a 的表達水平均較放療前顯著升高，但miRNA-155 的表達水平無明顯差異，這可能與檢測時間等有關，或受患者其他疾病的影響。根據以上細胞和臨床研究的結果，可以看出，miRNA-221、miRNA-222、miRNA-146a 和miRNA-155 的表達與RIHD 的發生密切相關，但仍需大量研究來證實其在臨床RIHD 患者中的作用。

綜上所述，miRNA 的表達受到心臟疾病不同程度的影響，miRNA 在RIHD 發生發展過程中發揮重要作用，如果對其進行深入探究，可能會為臨床干預RIHD 提供有效參考價值。

3 小結與展望

目前，惡性腫瘤的發病率在中國乃至全球范圍內仍居高不下，而放療是許多不同類型惡性腫瘤的主要治療方式。隨著惡性腫瘤患者生存時間的延長，放療的晚期副作用逐漸顯現，減少了腫瘤患者的生存獲益，因此RIHD 也越來越被密切關注。miRNAs在RIHD 中的作用是一個相對較新的研究領域，對其了解才剛剛開始，相關臨床研究報道也較少，在臨床治療中具有很大潛力。部分miRNA 在RIHD 中都具有相當大的預測價值，但是它們是否可作為生物標志物及早地反映RIHD，還需要更多的研究。