微小RNAs与心脏发育及疾病

【摘　要】微小RNAs(microRNAs)是一段内源性长18～25个核苷酸大小的非编码RNA分子，在抑制转录后基因表达和促进靶mRNA降解的过程中起重要的负性调节作用，具有调控细胞增殖、分化和凋亡等生物学作用。研究表明：microRNAs参与了心脏发育，microRNAs的水平变化与心律失常、心肌肥大、心肌纤维化和心力梗死等心脏疾病的形成亦密切相关。

【关键词】微小RNA；心脏发育；心脏疾病

MicroRNAs(miRNA，miR)是近年发现的小的、内源性的单链的非编码RNA，由18～25个核苷酸组成，由一段具有发夹环结构的长度为70～80核苷酸的单链RNA前体剪切后生成。它通过与其目标mRNA分子的3’端非编码区互补匹配导致该mRNA分子的翻译受到抑制，具有调控细胞增殖、分化和凋亡等生物学作用。miRNA已成为许多重要生物过程的主要调节因子，在肿瘤和心血管疾病发生发展中发挥了重要作用[1]。近年来关于miRNA和心血管疾病关系的研究日渐增多，研究发现miRNA参与了心肌梗死、心力衰竭(心衰)、纤维化和心肌重塑、梗死后新生血管形成等心血管病理生理过程，现就miRNA与心脏发育及疾病进行综述。

1.MiRNAs与心脏发育

最先报道与心脏发育有关的miRNAs主要是miRNA-1和miRNA-133。Zhao等[2]在鼠胚胎干细胞中，用同源重组技术定向剔除miR-1-2导致了50％的纯种小鼠在胚胎发育时期死亡。值得注意的是，miR-1-1不会对miR-1-2的缺失做出补偿，在这种模型中还观察到了室间隔缺损，表明miR-l的量在心脏发育和心脏功能方面是很重要的。

MiRNA-133在心脏的发育中同样起重要作用。Chen等[3]利用爪蟾胚胎进行在体实验，发现过量表达miRNA-133的胚胎虽然能够形成心肌组织，但由于这种胚胎处于高度的分化状态，导致心脏在发育过程中不能环化形成心腔。这一结果提示miNRA-133的正常表达对于心脏的发育十分重要。

最新的研究表明：miRNA-206和miRNA-24在心脏的发育中也起一定的作用。miRNA-206可调节成肌分化过程，而miRNA-24能够促进成肌分化标志基因的表达。由此可见，miRNAs在心脏的发育过程发挥着重要的作用，其正常的表达对维持细胞中基因的表达和功能有着重要的作用。在某些病理状态下，如果miRNAs基因的表达异常，则可导致心脏疾病的发生。

2.MiRNAs参与心脏疾病的形成

2.1 MiRNAs与心率失常

新近研究发现miRNAs与心律失常机制有关。Terentyev等[4]发现大鼠心室肌细胞过表达miR-1可增加内向的钙离子流程度，促进肌浆网钙离子释放，提高胞浆钙火花发生的频率，在异丙肾上腺素诱导下，过表达miR-1可引发心律失常。Lu等[5]发现，将miR-1转染到缺血诱导的大鼠心律失常模型，可明显增加心率失常的评分和室性心动过速的发生率。进一步的研究发现miR-1导致心律失常的靶点是离子通道基因GJA1和KCNJ2。HCN2和HCN4是心脏起搏器通道基因，Xiao等[6]发现miR-1和miR-133对HCN2和HCN4都具有转录后调控功能，它们都能抑制HCN2和HCN4的蛋白表达，因此认为心肌肥厚时miR-1和miR-133表达降低可能是HCN2和HCN4表达上调和肥厚性心律失常发生的原因。

此外，miR-208a也调节心脏的兴奋传导系统，研究显示，过表达 miR-208a 的转基因小鼠PR间期延长，而miR-208a-/-小鼠易产生房颤，说明正常的miR-208a对心电生理起重要作用[7]。

2.2 MiRNAs与心肌肥大

有人发现miR-1和miR-133在人和小鼠肥大的心肌组织中的表达减少。在体外，这两种miRNA都可阻断心肌细胞肥大，在体内，使用化学修饰的针对miR-133的反义寡核苷酸抑制miR-133的表达后，小鼠出现显著和持久的心肌肥大，在寻找其分子机制时，人们发现两种小G蛋白RhoA、Cdc42的转录子以及Whsc2被证明是miR-133的靶点。Cheng等[8]体内外研究也表明，用特异的反义核苷酸拮抗miRNA-21的表达，发现能明显抑制心肌细胞肥大。

除了miR-1、miR-133以及miRNA-21以外，miR-208a在心肌肥厚过程中也起重要作用，小鼠心脏中过表达miR-208a可引起心肌肥大。此外，miR-23a也可促心肌肥大，当有肥厚性刺激时，miR-23a表达上调。敲除miR-23a可以减弱肥厚，说明miR-23a可以传递肥厚性信号。

2.3 MiRNAs与心肌纤维化

纤维化是大多数心脏疾病的共同病理特征，包括心肌梗塞、心肌缺血、扩张性和肥厚性心肌病及心衰。心衰后心肌会发生一系列的结构变化，以心肌细胞肥大和细胞外基质蛋白增加为著。

Van Rooij等分别测定了心肌梗死后3d和14d梗死区边缘和未梗死区miRNA的表达，他们发现在梗死区边缘miR-29家族表达下调，提示miR-29家族可以促进心肌纤维化。miR-21在心脏纤维化中的表达也明显上调。miR-21通过激活ERK/MAP激酶信号通路而使间质发生纤维化，抑制miR-21则可以逆转这种效应。结缔组织生长因子（CTGF）参与了纤维化过程，有研究发现miR-133和miR-30可以直接下调CTGF的水平，在培养的心肌细胞和成纤维细胞中，敲除这两种miRNA可引起CTGF的水平升高，而高表达的miR-133、miR-30能够降低CTGF水平，减少胶原纤维生成。以上实验说明miRNA-29、-21促进心脏纤维化，而miRNA-133、-30能抑制心肌纤维化。是否还有其它miRNAs参与心肌纤维化的发生及具体的作用机制，有待深入研究。

2.4 MiRNAs与心肌梗死

心肌肥厚使心血管意外事件如猝死、心肌梗死、心率失常、心衰等发生率显著增加。Dong等发现miRNA-21在心肌梗死区的表达明显降低，而在边缘区的表达显著上调。有人报道，热休克可诱导小鼠心脏miRNA-21表达显著增加。将热休克小鼠中提取的内源性miRNA-21注入非热休克小鼠体内，可显著减少缺血再灌注诱导的梗死面积。Shan等发现在心梗患者中miR-l和miR-206表达显著增加。此外，Wang等总结了心肌梗死患者和心肌梗死模型大鼠心肌内miRNA的表达规律后发现，miR-208极具心脏特异性，在正常心肌中无表达，在心肌梗死后明显升高。Ren等发现小鼠心肌梗死后心肌miR-320表达降低，过度表达miR-320后梗死面积扩大，细胞凋亡增加，而采用基因敲除miR-320后心肌保护作用重新出现。通过检测这些心脏特异性miRNA的表达，可望为临床提供早期诊断心肌梗死的敏感性指标。

3.展望

miRNA自被发现以来，即成为生命科学的研究热点，在许多疾病的发生过程中miRNAs都发挥重要作用。虽然近年来这方面的研究取得了很大进展，但大多数是有关某些miRNAs表达变化与心脏疾病的相关性报道，详细机制并不清楚。如心肌缺血时如何引起miRNA-21表达增加miRNA-21表达激活后如何调控下游靶基因miRNA-21与其他miRNAs之间的调控机制等。这一系列问题的解决将大大促进miRNA在疾病预防、诊断和治疗中的应用。　[科]

【参考文献】

［１］Small EM,Frost RJ,Olson EN.MicroRNAs add a new dimension to cardiovascula

r disease[J].Circulation,20l0,121(18):1022-1032.

［２］ZhaoY,Ransom JF,Li A,et al.Dysreguhtion of cardiogenesis，cardiac conduction, and cell cycle in mice lacking miRNA-1-2[J].Cell,2007,129(2):303-317.

［３］Chen JF.MandeI EM.Thomson JM,et a1．The role of microRNA-1 and microRNA-133 in skeletal muscle proliferation and differentiation[J].Nat Genet,2006,38(2):228-233.

［４］Terentyev D，Belevyeh AE，TerentyevaR，et a1.miR-l overexpression enhances Ca2+ release and promotes cardiac arrhythmogenesis by targeting PP2A Regulatory subunit B56α and causing CaMKII-dependent hyperphosphorylation of RyR2[J]. Circ Res,2009,104(4):514-521.

［５］Lu YJ,Zhang Y,Shan H,et a1. MicroRNA-l dowegulation by propranolol in a rat model of myocardial infarction：a new mechanism for ischaemic cardioprotection[J]．Cardiovasc Res,2009,84(3):434-441．

［６］Xiao J,Yang B,Lin H, et a1.Novel approaches for gene-specific interference via manipulating actions of microRNAs:examination on the pacemaker channel genes HCN2 and HCN4[J].J Cell Physiol,2007,2(2):285-292.

［７］Callis TE,Pandya K,Seok HY,et al.MicroRNA-208a is a regulator of cardiac hypertrophy and conduction in mice[J].J Clin Invest,2009,119 (9):2772-2768.

［８］Cheng Y,Ji R,Yue J,et a1.MicroRNAs are aberrantly expressed in hypertrophic heart: do they play a role in cardiac hypertrophy?[J].Am J Pathol,2007,170(6):1831-1840.