微小RNA在心房颤动中作用机制的研究进展

曹敏 姚亚丽

730000 兰州大学第一临床医学院(曹敏)；730000 兰州大学第一医院心脏中心(姚亚丽)

心房颤动的发生发展与心房结构重构和离子通道功能改变密切相关，结构性心脏病、高血压、糖尿病均可成为心房颤动发生和进展的诱因，而心房颤动本身也可诱发缓慢而渐进性的心房结构重构，这一过程与成纤维细胞激活、结缔组织沉积增多和纤维化密切相关。结构重构导致肌束间的电分离和局部传导的不均一性，有利于折返和心律失常的维持。目前，心房颤动的管理着重于控制症状和预防并发症，而对于心房颤动新的发生机制的认识则有助于确定新的治疗靶点，可大大扩展现有治疗手段。微小RNA(microRNA，miR)是调节基因表达的短的非编码RNA，参与心房颤动发生发展的病理生理过程，并已涉及心房颤动相关的离子通道重构和纤维化[1]。因此，miR或可成为未来心房颤动治疗的新靶点。

1 miR的来源和生理特性

miR是一种内源性、小的(长度为22个核苷酸)非编码RNA，通过与靶基因3’非翻译区(3’UTR)结合转录后促进靶基因降解或抑制其表达[2]。迄今为止，已经在人类基因组中发现了1 200多种miR，其中超过60%的蛋白质编码基因受miR调控[3]。miR与多种疾病的病理生理学相关性已得到充分证实，其中包括心脏疾病。2006年，van Rooij等[1]首次描述了心血管疾病中的miR调节。在心房颤动的动物模型和患者的心脏组织和血液循环中经常可观察到miR的异常表达，心脏组织中miR表达的变化可能与重构相关，而血液循环中可能与诊断和预后相关。

2 miR参与心房颤动发生的机制

心房颤动发生发展的具体机制主要涉及4个主要组分：电重构(离子通道表达或功能失调)、结构重构(主要是纤维化)、Ca2+动力学异常和神经激素失调。心房颤动发生的病理生理学复杂，作用机制不单一，结构和电重构过程并不完全独立，会有一些共同的途径促成其发展[4]。

2.1 参与离子通道重构

Morishima等[5]的研究发现，miR-30d在持续性心房颤动患者右心耳的心肌细胞中，通过靶向作用于离子通道基因 KCNJ3并使基因KCNJ3/Kir3.1的mRNA和蛋白水平降低而显著上调，从而抑制了乙酰胆碱敏感性内向整流K+通道(IK.Ach)；反之，降低miR-30d可上调KCNJ3/Kir3.1的mRNA和蛋白水平。该项研究首次证实，Ca2+超载的心肌细胞中IK.Ach的重构可部分归因于紊乱的Ca2+流，导致心房颤动患者心房肌中miR-30d上调，揭示了乙酰胆碱敏感性内向整流K+通道转录后调控的新模式。但遗憾的是，上述研究结论仅仅在持续性心房颤动患者中得到证实，编码人Kir3.1基因的心肌细胞特异性转录调控仍然未知。

在兔模型中，心房颤动时内向整流K+流(IK1)增加与miR-1过表达相关，miR-1过表达通过靶向钾通道的KCNE1和KCNB2基因缩短心房有效不应期，可能促进心房颤动发生发展[6]。心房颤动激活活化T细胞核因子使其易位到细胞核中，并抑制miR-26基因的转录表达[7]。miR-26表达降低并上调其靶基因KCNJ2的mRNA和蛋白水平，从而导致IK1增加，使静息膜电位超极化，增强心房成纤维细胞增殖，加重心肌重构，有利于心房颤动的发生发展[8]。该研究还发现，通过小鼠尾静脉注射miR-26的腺病毒基因，能上调心脏miR-26表达并抑制心房颤动诱导和维持，但单纯以此作为心房颤动疗法远远不够，因为功效欠佳且毒性显著。不过，基因干预作为心房颤动靶向基因治疗仍有巨大潜力。

2.2 参与心肌纤维化

心房纤维化在心房颤动的发病机制中起着重要作用，成纤维细胞产生的过量细胞外基质蛋白可中断心肌细胞束的连续性，导致局部传导紊乱和折返性心律失常。血管紧张素介导的心脏重构和纤维化依赖的最常见途径之一是转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)途径，TGF-β通过上调基质金属蛋白酶组织抑制剂基因表达并抑制基质金属蛋白酶基因表达，来促进细胞外基质沉积。TGF-β成员中最主要的是TGF-β1，TGF-β1基因可调控细胞增殖等功能[9]，对心房纤维化的过程至关重要。TGF-β1信号通路有助于胶原沉积和细胞增殖[10]，心肌纤维化通过TGF-β1/Smad途径影响心房颤动的发展[11]，TGF-β1与其异聚体受体复合物结合，激活Ⅰ型受体/激活素如激酶5(activin-linked kinase 5，ALK5)和Ⅱ型受体(TGF-βRⅡ)/ALK5，使下游效应物Smad-2和Smad-3磷酸化并促进其易位进入细胞核，导致促纤维化基因的转录。

miR-29b一方面可由血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)通过TGF-β/Smad3依赖性机制下调导致心肌纤维化和心脏功能受损，反之，心脏miR-29b的过表达能通过阻断TGF-β/Smad3信号传导来预防AngⅡ诱导的心肌纤维化和心脏功能障碍[11]；另一方面，在心房颤动合并心力衰竭的动物模型中，慢病毒介导的小鼠心肌miR-29b降低，导致细胞外基质基因胶原-1A1(collagen 1A1，COL1A1)、-3A1(COL3A1)、肌原纤维蛋白mRNA表达和心肌组织胶原含量显著增加，而miR-29b过表达可使COL1A1、COL3A1、肌原纤维蛋白mRNA表达下降[12]，在心肌纤维化和重构过程中扮演重要角色。

相似的，miR-27b心房过表达可通过TGF-β1/ALK5/Smad-2/3途径直接靶向ALK5(TGF-β1的受体)来减弱AngⅡ诱导的心肌纤维化和心房颤动，是心肌纤维化和心房颤动的基本调节因子[13]，miR-27b在心肌梗死小鼠模型中具有心脏保护和促血管生成作用[14]。miR-27b可能是治疗与心脏纤维化和功能障碍相关的心脏病的新型治疗靶点。心房颤动与心肌纤维化的关系密不可分，心肌纤维化伴随着大量成纤维细胞活化和胶原蛋白的产生[15]。miR-30c在心脏成纤维细胞(cardiac fibroblasts，CFs)中含量丰富，参与心室纤维化，可抑制病理性左心室肥厚中的心室胶原合成[16]。Xu等[17]的研究证实，miR-30c在心房纤维化模型中下调，并随着心房纤维化的进展而降低，并且，miR-30c的过表达抑制了TGF-β1诱导的CFs增殖、分化和迁移，也通过TGF-βRⅡ的表达抑制CFs胶原蛋白生成来减轻心房纤维化，还通过降低平滑肌肌动蛋白α的表达来抑制成纤维细胞向TGF-β1诱导的肌成纤维细胞转化，从而防止心房纤维化。成纤维细胞分化成肌成纤维细胞可能通过TRPC3通道来调节[18]，在犬模型中，心房颤动通过活化T细胞核因子介导miR-26下调，进一步通过增加TRPC3通道表达引起成纤维细胞增殖和分化。TRPC3通道选择性阻断剂Pyr3可抑制犬模型中心房颤动基质的发育。TRPC3通道抑制或许是一种心房颤动新的潜在治疗方案。

心房颤动患者中miR-21的过表达通过信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信号传导途径降低肿瘤抑制细胞粘附分子1表达，从而促进心肌纤维化；miR-21的表达下调抑制了心脏成纤维细胞增殖，活化的成纤维细胞和纤维化组织中STAT3的mRNA和蛋白质增加，细胞粘附分子1可能抑制STAT3活性并控制细胞增殖，抑制细胞增殖和分化，减少CFs胶原的合成，改善了心房纤维化并可降低心房颤动易感性[19]。STAT3/miR-21正反馈环可能通过促进大鼠心房纤维化而诱发心房颤动[20]。同时，研究显示，降低miR-21可靶向作用于WW结构域蛋白1使其上调[21]，也可特异性降解Smad7[22]，以上均可导致TGF-β1/Smad2信号传导途径失活，从而抑制心脏成纤维细胞增殖。

2.3 参与Ca2+动力学异常

细胞内钙超载是心房重构的触发因素。在心房颤动发生过程中，心房肌细胞钙超载可增加L型电压依赖性钙通道电流，促进细胞内钙超载，缩短心房信号传导形成恶性循环，导致心房颤动发生[23]。L型钙通道是已知与心房颤动电重构相关的主要离子通道之一，是由表达α1亚基(由CACNA1C编码)和辅助亚基如Cavβ2和α2δ组成的多亚基复合物，在心房颤动患者心房肌中，L型钙通道离子流密度减小，失活后恢复减慢，但这种减小的潜在机制尚不清楚。Barana等[24]的研究中，心房颤动患者的心房肌中miR-21显著增加，并发现L型钙离子通道α1c亚基(calcium channel，voltage-dependent，L type，alpha 1C subunit，CACNA1C)和钙通道β2亚基(calcium channel，voltage-dependent，L type，alpha B2 subunit，CACNB2)3’UTR区域与miR-21互补序列位点相结合，降低L型钙离子流，降低动作电位时程，促进心房颤动发生。此外，miR-328也被证实在心房颤动患者心肌中升高，并作用于CACNA1C，降低L型钙离子流，促进心房颤动电重构的发生[25]。miR-29a-3p与CACNA1C之间、miR-499与CACNB2之间也存在负调控关系[26]，这些机制都可成为治疗心房颤动的潜在靶点。

肌浆网Ca2+释放通道，也称为2型Ryanodine受体通道(ryanodine receptor type 2，RyR2)，其活性增强也许是导致细胞后除极和触发电活动的主要机制之一，RyR2超磷酸化导致肌浆网(sarcoplasmic reticulum，SR)Ca2+泄漏是小鼠模型诱发心房颤动发展的重要机制[27]。阵发性心房颤动患者中miR-106b-25簇的表达减少，miR-106b-25簇的成员miR-93与RyR2-3’UTR结合并抑制其翻译，从而增强RyR2介导的肌浆网Ca2+释放，进一步增加对心房颤动的易感性，RyR2阻断剂K201可消除miR-106b-25小鼠肌浆网Ca2+释放，降低心房颤动易感性。因此，在RyR2高表达的心房颤动患者中，miR-106b-25簇可能与新型基因治疗靶标密切相关[28]。

2.4 参与神经激素相关作用

目前研究显示，心房自主神经重构与电重构密切相关，高度激活的自主神经丛(ganglionated plexi，GP)可由近至远梯度性地释放神经递质，从而引发心房颤动；而自GP发出的轴突的激活又可逆性地激活远处的GP，导致神经递质释放诱发心房颤动[29]。研究显示，miR-206在心房颤动犬模型中明显升高，通过靶向降低超氧化物歧化酶调节活性氧表达水平，加剧心脏自主神经重构和心房颤动的诱导性[30]。一氧化氮(nitric oxide，NO)有调节心房电特性并发挥抗纤维化和抗血栓形成作用[31]，在心房颤动犬模型中，miR-206过表达通过抑制GCH1基因表达而降低四氢生物蝶呤(tetrahydrobiopterin，BH4)和NO含量来加剧心脏自主神经重构，GCH1过表达通过增加心房BH4和NO含量来增加动作电位时程并减弱自主神经重构从而抑制心房颤动发生[32]。在起搏诱导的左心室衰竭的犬模型中，口服补充BH4和L-精氨酸或许能抑制电重构并进一步降低心房颤动诱导能力[33]，补充BH4和NO对治疗心房颤动或许有所帮助。

靶向离子通道的抗心律失常药物可通过抑制兴奋性和延长心房有效不应期来恢复心房颤动患者的窦性心律。然而，由于心房和心室心肌中的离子通道表达相似，因此在心房颤动患者中使用抗心律失常药会增加室性心律失常的风险。山羊和人心房颤动心房中的miR-31通过加速其mRNA衰变后特异性上调，抑制肌萎缩蛋白(dystrophin)翻译并消耗神经元一氧化氮合酶，显著增加心房颤动易感性[34]。反之，miR-31沉默可恢复肌萎缩蛋白和神经元一氧化氮合酶活性，使动作电位持续时间及其速率依赖性正常化。心房颤动患者中miR-31的特异性上调仅限于心房心肌，这或许表明心脏miR-31抑制可能是一种更安全的上游疗法，用于逆转或预防心房颤动电重构和维持窦性心律。

2.5 参与遗传表观学

窦房结异常电活动可以调节肺静脉自律细胞作为心房颤动的触发因素[35]，同时研究发现，配对状同源域转录基因Pix2在多个易发生异位电活动的部位高表达[36]，人类染色体4q25上的主要心房颤动易感基因位点与Pitx2接近同源，Pitx2调节miRs以抑制窦房结遗传程序，Pitx2正调控miR-17-92和miR-106b-25，miR-17-92和miR-106b-25缺陷型小鼠心房颤动易感性升高并直接抑制窦房结调节基因SHOX2和TBX3，这项研究提供了miRs功能丧失增加了心房颤动易感性的第一个遗传证据，但因条件限制，未在人体中得到证实。或许，早发心房颤动可以通过SHOX2基因的遗传易感性来确定[37]。

3 展望

miR具有广泛的生物潜力，在许多心血管疾病中既可以扮演生物标记物的角色，也可以成为许多疾病研究机制的突破口，在心房颤动中也不例外。大量研究表明，miR参与心房颤动发病的多种机制，理论上可有多种方法通过调节miR来开发心房颤动新疗法，但若需明确阐述miR在心房颤动中的参与机制并将其作为临床工具加以运用，在其全部潜力得以实现之前仍需进行大量研究。现下运用到临床依然受到多方面因素的限制，例如不同种类的miR作用于不同的靶基因，同一种基因也有不同的作用位点，如何进行特异性调节，这也为日后的研究指明了方向。在更长的时间范围内，这一领域的进展可能会扩大我们对心房颤动的治疗选择余地，但要在临床实践中广泛实施这些方法还有很长的路要走。

利益冲突：无