microRNA與左室肥厚
綜述
作者：段練 熊興江 劉詠梅 王階
[摘要]微小RNA（microRNA， miRNA）在生物發育及疾病發生發展過程中發揮重要的作用，其在生物學中起著類似於“總開關”的作用。原發性高血壓患者中約有1/3的患者會出現左室肥厚，是心血管病發生的獨立危險因素。而miRNA在左室肥厚的發生發展中起到了重要作用。該文回顧了miRNA在壓力信號通路的調節作用，並明確了其對左室肥厚形成的影響，進一步強調了miRNA作為生物標誌物和治療靶點的機遇和挑戰。
[關鍵詞]microRNA；左室肥厚；評述；機製；信號通路
miRNA無論是在生物發育還是疾病發生發展過程中都有重要的作用。左室肥厚是心血管病的獨立因素。明確miRNA在左室肥厚形成及發展中的作用，可為臨床診斷和治療提供新的思路。
1 microRNA概述
生命科學進入“後基因組時代”後，主要的目標是係統地闡明基因組及其包含基因的功能和調控機製。基因調控是一個多渠道、多層次、多方式的時空動態過程。現已知道，在調控中，miRNA起到了調控分子的重要作用。
miRNA是一類高度保守的非編碼小分子RNA，由約22個核苷酸構成。通過對mRNA進行切割或抑製翻譯，促進mRNA降解或抑製其轉錄發揮蛋白水平的調節功能，從而參與許多重要的生物進程。
miRNA的合成，是從RNA聚合酶Ⅱ轉錄生成原始miRNAs （pri-miRNAs）開始的。Pri-miRNAs通過由核內的RNA內切酶Ⅱ（RNAse-Ⅱ）Drosha，切下一個長約65～75個核苷酸的發卡結構，形成miRNAs前體（pre-miRNAs）。Pre-miRNAs由Ran-GTP/Exportin 5從細胞核轉運到細胞質。在細胞質中，pre-miRNAs由RNA內切酶Dicer等進行第二階段裂解，生成1種含2個3′袢狀結構的小片段雙鏈 miRNA 複合體。多數學者認為，這些雙鏈 miRNA 產物很快被一種尚未明確的解旋酶，很可能為Dicer的酶鬆解成為成熟的miRNA單鏈，並結合到RNA介導的沉默子複合體 （RNA-induced silencing complex， RISC）中，從而發揮作用。另一條鏈則被降解。
目前已發現了一些miRNAs的生物學特性，其在發育和組織分化中起重要作用。有學者發現，大鼠心髒的miRNA在心髒的發育中極其重要。肌肉特異性miRNA，miR-1-2的靶向敲除發揮了心髒的很多功能，包括心髒形態形成，電傳導和細胞循環控製的調節。敲除後，miR-1互補序列基因上調，使miR-1位於身體易感區域產生大量的匹配點和潛在的有強烈結合傾向的結合位點。結果表明，miRNA含量的微妙變化，可以產生深遠的影響，揭示了miRNA可以對生理功能損害的哺乳動物模型進行靶點修複[1]。
miRNA-21可降低VSM的增生，而增加其凋亡。其在退行性變化血管細胞中的表達水平遠高於新鮮血管細胞，說明其有調控細胞生長凋亡的作用。在血管平滑肌（vascular smooth muscle，VSM）中，Cre-Lox介導的Dicer基因刪除可導致第16～17天胚胎平滑肌細胞增殖和分化減少，從而導致胚胎死亡。突變體胚胎表現出血管壁較薄，收縮功能受損和易出血[2]。據推測，人類基因組中約30%基因受miRNA調節。同一種 miRNA可能同時參與100多個基因的表達調節，而同一基因的表達可能同時受多種 miRNA調節。目前為止，約有300多個哺乳動物miRNA已被證實，但隻有極少miRNA的作用靶點被確定，阻礙了以miRNA為基礎調解網絡的認識[3]。
2 miRNA與左室肥厚
2.1 miRNA與左室肥厚發病機製 原發性高血壓患者中約有1/3的患者會出現左室肥厚（left ventricular hypertrophy，LVH）。長期持續的血流動力學超負荷引起心髒的病理性肥厚，但許多高血壓患者的血壓已經被控製，左室質量卻仍然在逐漸增加。血流動力學超負荷不是引起LVH的唯一因素，局部的神經內分泌激活或許在LVH的發展過程中起著更為重要的作用。研究表明，其受到3種刺激信號的影響，包括機械性因素、神經體液因素和細胞因子，通過PKC，MAPKs及其介導的信號通路等最終導致轉錄基因的活化導致了LVH[4]。無論是心髒機械因素，神經體液因素，還是細胞因子所引起LVH，都是通過各細胞內外信號傳導途徑導致一種或幾種原癌基因（如c-fos，c-myc，c-jun，egr-1）和胚胎基因（如ANF，βMHC，SKA）的激活和表達。而miRNA可以調節mRNA的表達，所以左室肥厚的發生和發展是否會通過影響miRNA而發生是一個有趣的問題。
分析表明，心肌細胞肥大與壓力超負荷引起的心髒肥厚時，miRNA表達譜有所改變。進一步的研究發現，內源性miR-21或miR-18b能夠抑製心肌細胞的肥大生長。如果阻滯了內源性miR-21或miR-18b，則會使得心肌細胞肥大[5]。有研究用微列陣分析法發現心室肥厚大鼠，眾多miRNA中有19個表達異常。其中，miR-21較假手術組高出4倍以上。而通過反義介導抑製miR-21的表達可以顯著抑製心肌細胞肥大[6]。miR-21在心肌細胞過度表達，會出現一類特殊的“連接物”，可以在細胞間的形成細長的突起和分支。Spry2是分支形態和突起伸出的抑製劑。隨後證實miR-21直接作用於它，可以下調其表達。而β腎上腺素受體的刺激可以誘導miR-21的上調和Spry2的下調，所以它與細胞的連接分支相關。抑製Spry2則會出現心肌細胞的分支形態，反之亦然，用特定的miRNA擦除器（miRNA eraser）敲除miR-21或過表達Spry2會抑製β腎上腺素受體誘導的細胞突起。這些結構通過縫隙連接功能包裹肌小節並連接相鄰的心肌細胞。所以，miR-21對心肌細胞作用是通過下調Spry2水平，增強多種細胞突出的形成而實現的[7]。
miR-15/16家族的成員也是重要的壓力信號調節物，它們可以在心肌遭到傷害後調節心肌細胞增生和存活。它的水平進一步升高可能導致心肌肥厚，心肌梗死，引起不可逆轉的心肌細胞壞死和心髒功能失常，而BCL2是其重要的靶基因[8]。在SHR大鼠mir-208a抑製劑全身給藥後，延遲了SHR大鼠心髒功能障礙的發病，確定該miRNA在病理性心肌重塑的關鍵作用，提示miR-208a抑製劑是心髒病的潛在治療藥物。miR-208a也被認為在心血管疾病中有壓力信號的調節作用。心髒病的一個標誌是成人的α肌球蛋白重鏈（αmyosin heavy chain，αMHC）亞型轉變為胎兒b-MHC基因的表達，同時伴有心髒功能的縮減。miR-208a被α內含子的MHC基因編碼，在心髒與其宿主基因一起進行特異性表達[9]。miR-208a基因敲除小鼠在慢性壓力條件下免於病理性心髒重塑，表明導致許多心髒疾病的壓力反應需要miR-208a的參與。miR-208a的作用被一組支配心髒的應激反應基因表達的轉錄阻遏蛋白所調節。Thrap1/MED13是調解複合物的一個組成部分，也是miR-208a最強靶點之一[10]。miR-208a的缺失，Thrap1（和其他靶點）的上調，被認為會阻礙下遊脅迫應答基因的激活，包括b-MHC[11]。
心髒壓力也通過激活NFAT轉錄因子誘導miR-23a/27a/24-2簇的表達，作為鈣敏感磷酸酶的感受器[12]。miR-23a，反過來，發現可抑製肌肉特異的泛素連接酶MuRF1，建立一個積極的反饋，保持應力依賴性心髒肥大。用miRNA抑製劑將miR-23a敲除，通過減弱這種積極反饋來抵抗心髒壓力和減少心肌肥厚。鈣依賴磷酸酶/NFAT信號通路也誘導miR-199a的表達[13]，對抑製NFAT的蛋白激酶Dyrk1a有負麵調節作用，從而進一步在心髒增強病理信號。令人欣喜的是，miR-199a抑製劑已經被報道通過Dyrk1a活性的提高不僅能夠預防壓力下心室肥厚和纖維化，更能逆轉病理進程。
肌肉特異性miRNA包括miR-1和miR-133在調節心肌細胞增殖和分化中有重要影響。miR-1早在胚胎形成的第8天就開始在大鼠心髒內表達，而且隨著分化的進程而增加。當αMHC促進劑的過表達時，miR-1會抑製肌細胞的增殖和心髒的生長。miR-1不參與肌肉的生長，但它會參與有絲分裂後期的肌肉生長和功能。在心肌肥厚的病理進程中，miR-1和 miR-133的水平降低。反之，miR-1和miR-133的過度表達可以抑製心肌肥厚反應[14]。 而Cdk9是 miR-1的其中一個靶基因[15]。
2.2 miRNA 作為左室肥厚的生物標誌物 miRNAs的生物學方麵有一個特別有趣的但很難理解的問題，他們出現在眾多的體液裏，包括血清，血漿，唾液，羊水[16]，使其能夠方便快捷地提取並用於檢驗。循環中的miRNA與很多心血管疾病相關，包括心肌梗死，心室肥厚以及心衰[17]。
陣列分析顯示平均1/3的miRNA在血清中是可發現的。對一係列被選定的miRNA中，高血壓誘發心室肥厚，心力衰竭能夠引起循環中miR-16，miR-20b，miR-93，miR-106b，miR-223和miR-423-5p的水平顯著增高，而應用miR-208a抑製劑和ACEI都將使以上miRNA增高減緩。另外，用miR-208a抑製劑進行治療導致一種miRNA的戲劇化增加，就是miR-19b。一段時間的研究表明，這些miRNA的變化與疾病的進展一致[18]。
解剖樣品像心髒一樣無法得到時，在外周血單個核細胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）miRNA的標記很有潛力用於預測病理變化。高保真度全基因組表達分析技術讓這成為可能。分析來自48個non-failing controls和44個有擴展性心肌病和穩定性慢性心衰患者（射血分數[19]。