MICRORNAS与心肌缺血再灌注损伤

喻琴琴 杨 俊 杨 简 (三峡大学心血管病研究所 三峡大学第一临床医学院心内科，湖北 宜昌443003)

microRNAs(miRNAs或miRs)是一类长约18～24个核苷酸的高度保守的非编码RNA，主要通过结合mRNA3'非翻译区(3'-UTR)调控翻译，并可微调细胞信号转导通路和细胞发育过程中的蛋白质〔1〕。大量研究表明，一系列胞内外miRNAs改变与心肌梗死(MI)、心肌肥大、心肌病和心律失常等心血管疾病相关〔2〕。其中，MI可导致血供不足和氧化应激，进而造成心肌组织坏死、心肌炎症反应、病理性重塑和左心功能不全，虽然溶栓或手术治疗可恢复MI缺血区血液供应，但对受损心肌可造成额外损伤，此即心肌缺血再灌注损伤(IRI)。IRI诱导的心肌重塑包括心肌细胞死亡(坏死和凋亡)、心肌肥厚、血管新生、心肌纤维化、心功能障碍等。miRNAs在心肌IRI诱导心肌重塑的病理过程中发挥特定功能。本文就miRNAs在缺血再灌注(I/R)诱导的心肌细胞死亡、心肌炎症反应、心肌纤维化、心脏收缩功能障碍及血管新生中的作用做如下综述。

1 miRNAs在心肌I/R中的表达

He等〔3〕检测缺血1 h再灌注3 h(I/R，1 h/3 h)后的SD大鼠心肌miRNAs表达谱发现，16种miRNAs表达显著失调，其中10种上调，6种下调;但I/R(30 min/24 h)后，只有miR-1、miR-126、miR-208 上调，miR-21、miR-133、miR-195 下调〔4〕。FVB/N小鼠心肌 I/R(30 min/24 h)后，miR-320下调，miR-7、miR-21、miR-146b、miR-491 和 miR-9651 上调〔5〕。由此，miRNAs在 I/R后的表达具有动态性和条件依赖性。再灌注早期miRNAs表达失调与心肌细胞死亡和氧化应激相关;再灌注后期miRNA表达改变可能参与梗死后心肌重塑或功能代偿。因此，心肌缺血预处理后miRNAs的表达失调可对抗心肌IRI，分析心肌I/R相关的miRNAs功能可更好地阐述梗死后心肌重塑机制。

2 miRNAs与心肌IRI所致的心肌重塑

2.1 miR-1和miR-133 miR-1和miR-133在相同染色体位点以同一转录物同时转录为独立、成熟且具有不同生物学功能的miRNAs。研究表明，miR-1和miR-133在应激诱导的心肌细胞存活中发挥不同作用:miR-1促进凋亡;miR-133抑制凋亡〔6〕。H9C2大鼠胚胎心室肌细胞或离体大鼠心肌细胞miR-1水平增加可刺激应激诱导的细胞凋亡;而miR-133过表达可抑制H2O2诱导的心肌细胞死亡〔6〕。其机制可能是miR-1和miR-133调控不同的靶点:miR-1下调多种抗凋亡基因表达，如Hsp60、Hsp70、IGF-1和 Bcl-2;miR-133则下调促凋亡基因caspase-9表达〔6，7〕。此外，梗死心肌内注入 miR-1可加剧心律失常，敲除miR-1基因可改善心律不齐〔8〕。上述研究表明，心肌缺血时miR-1水平降低或miR-133水平增加可减轻I/R诱导的心肌损伤。

2.2 miR-21 Sabatel等〔9〕发现，miR-21 过表达可通过调控RhoB减少内皮细胞增殖、迁移和血管生成，敲除miR-21基因可沉默RhoB从而抑制内皮细胞迁移和血管生成。由此，抑制miR-21表达可促进冠状动脉新生血管形成，恢复梗死心肌血流，发挥心肌保护作用。但一些学者认为miR-21作用于程序化细胞死亡因子4、PTEN(phosphatase and tensin homolog)和FasL等促凋亡基因参与心肌细胞促生存通路〔10，11〕。研究还发现，心肌特异性过表达miR-21的转基因小鼠I/R后心肌损伤减轻〔10〕，而antagomiR沉默miR-21可增加H2O2诱导的心肌细胞坏死和凋亡〔11〕。此外，腺病毒转染miR-21能够减少MI面积、减少心肌细胞凋亡和改善左心室重塑〔12〕。

已有研究表明，miR-21可促进成纤维细胞存活并导致心肌纤维化。Thum等〔13〕通过antagomiRs敲除miR-21基因能够减轻主动脉缩窄后间质纤维化及心肌重塑，miR-21负调控Spry 1可抑制有丝分裂原活化的蛋白激酶信号(MAPK)，这在心脏成纤维细胞中更为明显。然而，Patrick等〔14〕认为无论是敲除miR-21基因还是微小LNAs抑制miR-21表达都改变了心脏压力负荷和MI病理反应。研究表明，体外培养的心肌细胞miR-21具有促心肌肥厚和抗心肌肥厚的作用〔15〕。

总之，在心肌I/R过程中，miR-21可抑制内皮细胞增殖、迁移，促进新生血管形成及心肌细胞和成纤维细胞存活，但在心肌纤维化、心肌肥大中的功能仍存在争议。

2.3 miR-24 Fiedler等〔16〕发现，阻止小鼠内皮细胞 miR-24表达可通过抑制血管内皮细胞凋亡和增加血供来减小MI面积，发挥心脏保护功能。然而，Qian等〔17〕在小鼠梗死心肌局部给予miR-24处理抑制了心肌细胞凋亡，减小了MI面积并改善了心功能。因此，miR-24在心脏血管内皮细胞和心肌细胞中扮演双重角色，把握miR-24干预的时间点在梗死后心肌重塑中至关重要。梗死心肌瞬时过表达miR-24能抑制I/R引发的细胞死亡，改善梗死后重塑。在梗死后重塑阶段，下调miR-24表达可促进心肌血管新生。

2.4 miR-29 miR-29在心脏成纤维细胞中高表达。van Rooij等〔18〕研究发现，miR-29 家族(miR-29a，b，c)在 MI后表达下调。miR-29可调控促纤维化蛋白(胶原蛋白、微纤维蛋白、层黏连蛋白、整合蛋白和弹性蛋白)基因表达:通过antagomiRs下调miR-29可增加胶原蛋白表达;而成纤维细胞过表达miR-29可减少胶原蛋白基因转录。心肌纤维化是MI常见后遗症，因此，增加成纤维细胞miR-29表达可能改善梗死后重塑进展。

此外，miR-29还能负调控抗凋亡基因，如 Tcl-1、Mcl-1、YY1、p85α、CDC42 和 DNMT3。Ye等〔19〕在小鼠尾静脉注射 antagomiRs敲低miR-29可增加Mcl-1在小鼠心脏表达，从而抑制I/R诱导心肌细胞死亡，减轻心肌重塑。此项研究表明，全身性降低miR-29可改善I/R后心肌重塑，但也会影响成纤维细胞抑制梗死后心肌重塑的治疗效果。因此，心脏中miR-29表达下调具有双刃作用。同时，miR-29抑制作用时间窗和作用的细胞类型也会影响I/R后心脏重塑结果。此外，急性下调梗死后心肌细胞miR-29表达具有心肌保护作用，而慢性下调成纤维细胞miR-29表达则弊大于利。

2.5 miR-210 miR-210可促进血管生成。Fasanaro等〔20〕研究发现，含氧量正常时上调miR-210可增加血管内皮细胞生成和迁移，而在缺氧时封闭miR-210表达则减少毛细血管形成，抑制内皮细胞迁移和细胞存活。研究还发现，miR-210通过抑制ephrin-A3基因可促进缺氧时miR-210介导的细胞存活、迁移和血管形成。Mutharasan等〔21〕发现，在心肌细胞缺氧时通过缺氧诱导因子依赖性和非依赖性途径增加miR-210表达能抑制活性氧产生，从而抑制氧化应激诱导的细胞凋亡。此外，Kim等〔22〕发现，miR-210通过阻断caspase-8相关蛋白-2促进间充质干细胞存活从而在缺血预处理中发挥细胞保护作用。上述研究均表明，miR-210心肌保护作用可作为治疗缺血性心脏病的新途径。

2.6 miR-499 miR-499、miR-1和miR-133均在心脏中高表达，但仅 miR-499位于 Myh7b内含子中〔23〕。表达较低水平miR-499(升高12倍)的小鼠心肌具有正常病理生理表型，而表达较高水平miR-499(升高28倍)的转基因小鼠则表现为心脏肥大〔23〕。Ozsolak等〔24〕研究发现，miR-499在心脏缺血时表达下调:miR-499转基因小鼠(升高7倍)通过钙调磷酸酶和动力相关蛋白-1调节线粒体动力学从而抑制I/R所致的左心室重塑;antagomiR敲除内源性miR-499可增加胶原沉积，促进心肌细胞肥大并损伤收缩功能，加剧I/R后心脏重塑。这些结果表明，适当增加心脏miR-499水平可延缓MI后重塑进程。

2.7 miR-199 miR-199家族包括 miR-199a-1、miR-199a-2和miR-199b。Rane等〔25〕研究发现，在缺氧条件下，心肌细胞可能通过转录后机制迅速下调miR-199a表达，因为在miR-199a前体表达水平不受影响时，下调miR-199a可增加缺氧诱导因子-1α和Sirtuin1表达。此外，研究还发现缺氧时敲低miR-199a可诱导细胞凋亡，而在缺氧前敲低miR-199a则可发挥预处理作用，抑制缺氧性损伤保护心肌。Murakami等〔26〕发现，miR-199a表达水平与动物模型和人体样本肝纤维化进展正相关。因此，敲低miR-199a是否也会降低MI后心肌纤维化仍有待进一步阐明。

2.8 miR-320 miR-320在心脏IRI后表达亦明显下降〔5〕。心脏特异性过表达miR-320的转基因小鼠，IRI后其细胞凋亡和MI面积增加。antagomiRs降低miR-320表达可减少心肌梗死面积〔5〕。miR-320转染心肌微血管内皮细胞可抑制胰岛素样生长因子1(IGF-1)表达从而抑制血管生成，而miR-320抑制剂可显著提高糖尿病患者心肌微血管内皮细胞增殖和迁移〔27〕。因此，MI后通过antagomiRs降低miR-320表达可减少心肌细胞死亡、增加新生血管形成。

2.9 其他 miR-126作为促血管生成因子能够维持血管完整性，促进血管生长〔28〕。上调miR-494表达水平可改善I/R后心功能，抑制I/R触发的心肌细胞死亡〔29〕。miR-17-92基因簇成员(编码 miR-17、miR-18a、miR-19a/b、miR-20a、和 miR-92a)可依赖细胞环境影响血管生成〔30〕。miR-18a和miR-19a可促进肿瘤血管生成，而miR-92a通过促血管生成基因阻碍血管新生〔30，31〕。miR-15 家族成员(miR-15a、miR-15b、miR-16-1、miR-16-2、miR-195、miR-424和miR-497)在缺血性心脏病和心衰中表达高度上调〔18〕。此外，miR-146、miR-155 和 miR-125b 与炎症通路调控相关〔32〕，miR-451 可参与氧化应激反应〔33〕，miR-204则诱导心肌细胞自噬〔34〕。以上miRNAs可作为治疗梗死后心肌重塑的潜在靶点。

3 小结

近年来发现越来越多的miRs参与IRI后心肌重塑的病理过程，但各种miRs在心肌IRI中的具体作用机制还有待进一步的阐明，未来还需对参与心肌IRI的miRs做更深入的研究。目前，以miRs为靶点的药物研究也正成为一个热点，相信随着对miRs研究的不断深入，会为治疗心肌IRI提供崭新的思路。

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