MicroRNAs 與老年竇房結功能減退研究現狀

邵延翔 綜述 范潔 審校

(昆明理工大學第一附屬醫院 云南省第一人民醫院心內科，云南 昆明 650032)

竇房結是心臟的正常起搏點，竇房結細胞自動除極產生興奮性動作電位，控制著人類心臟的跳動節律。近年來，世界人口老齡化日趨嚴重，伴隨年齡增加產生竇房結相關疾病的患者數量逐年增長，這些患者中很多是由竇房結功能減退造成，其主要的臨床表現為頭暈、頭痛、心悸、暈厥，嚴重時出現致命性心律失常，誘發猝死。因此，探明這種與年齡相關的功能減退機制，為疾病的診療提供新思路，成了目前的研究熱點。

1 microRNA

人類基因組計劃完成標志著人類基因的研究進入了后基因組時代。真核生物基因分為編碼區與非編碼區，非編碼區的非編碼RNA 基因占人類整個基因組近98%。非編碼RNA 中研究最多的當屬micro-RNAs(miRNAs)，成熟的miRNAs 是一種機體內源性表達的大小在19～25 個堿基之間高度保守的非編碼RNA。這些高度保守與沉默相關的miRNAs 通過與靶mRNAs 的3'非翻譯區結合，促進mRNAs 的降解，引起蛋白質翻譯抑制，這種作用機制是miRNAs 調節基因表達的最主要機制［1］。在之后的研究中，越來越多的miRNAs 被發現，與miRNAs 相關的一系列研究表明，其在不同的病理生理過程中發揮不同的生物功能［2-3］。最近研究表明，miRNAs 在一系列如細胞代謝、細胞分化發育、細胞間通信等細胞生物學行為中起著關鍵作用［4-7］。細胞凋亡、心臟壓力負荷、DNA 氧化損傷和致癌作用等生物學過程也與miRNAs 有關［1，8-10］。近年的研究證明:miRNAs 與年齡相關的表達譜變化，可能在基因表達調節過程中發揮重要作用;更有趣的研究發現，心臟有65種miRNAs 隨著年齡的增長表達譜發生變化，其中55%的miRNAs 表達上調，45%的miRNAs 表達下調［11］。

2 年齡與竇房結功能減退

隨著年齡增長，竇房結功能減退表現為固有心率下降，竇房結傳導時間延長，其可能機制是離子通道基因表達異常、細胞間縫隙連接蛋白基因表達異常及竇房結內的細胞周期相關基因異常。為了探索其可能的原因，Huang 等［12］利用激光捕獲顯微切割技術獲取不同年齡大鼠竇房結并進行超級化激活環核苷酸門控陽離子通道(hyperpolarization activated cyclic nucleotide-gated channel，HCN)基因表達水平的研究，結果發現，竇房結功能增齡性減退與HCN 的兩個重要亞型HCN2 和HCN4 的表達逐漸下調密切相關，在老年大鼠(相當于人年齡70歲)HCN2 和HCN4 下調最顯著;Jones 等［13-14］對不同年齡幾內亞豬竇房結的研究也表明，幾內亞豬竇房結中心CACNB1［Ca(v)1.2］和縫隙連接蛋白(connexin，Cx)43 缺失面積隨著年齡的增加而增加，這種CACNB1 和Cx43 缺失面積的增加可能使心臟固有心率下降和竇房結傳導減慢;Yanni等［15］在兔和貓的竇房結中發現，INa離子電流在竇房結中心是缺失的，它僅在竇房結外周組織出現，竇房結外周組織動作電位上升速率隨著年齡增加下降趨向竇房結中心組織的水平，這提示竇房結外周組織Na+通道蛋白存在年齡依賴的下調。然而，Yanni 等在總結前人研究結果的基礎上進行研究，卻得出與之相反的結論，即年齡依賴性的心率下降并不是由INa與If電流缺失所導致，而是與竇房結結構的重構相關，主要體現在:竇房結組織增大，即細胞體積增大與細胞外基質重構［16］。有趣的是，Na(v)1.5 基因缺陷小鼠表現出顯著的心動過緩［17］。最近，Tellez 等［18］發現，Cx45 的表達在大鼠竇房結也出現了增齡性的減少?？傊?，上述眾多與年齡相關的研究表明，隨著年齡增加，竇房結內各種離子通道蛋白發生了重塑和表達減少，其結果導致起搏電流譜的異常而導致竇房結功能減退;其次竇房結組織重構導致動作電位形成與傳導異常致使竇房結功能減退。

3 miRNAs 與竇房結

3.1 miRNAs 與竇房結解剖的關系

竇房結多位于右心房界嵴與腔靜脈的連接處，幾十年的研究發現竇房結是心臟的起搏點，而最近的研究證明竇房結是位于界嵴附近，具有特殊電生理功能與特異結構性能的組織［19］。竇房結是心臟節律的控制中心，其不受心臟壓力及竇房結外潛在起搏位點干擾的原因是竇房結存在一些重要保護機制:在人、豬等物種的研究中發現，竇房結與心內膜之間存在獨特的心肌組織與連接結構，這些獨特的心肌組織與連接結構一直被認為是保護竇房結遠離心臟高壓影響的重要組織結構［20］。盡管存在物種間差異，這些重要組織結構主要是膠原蛋白與成纖維細胞，當miRNA-125這種與炎癥相關的因素刺激竇房結邊緣組織產生炎癥反應，破壞這種細胞結合結構，將使竇房結內外興奮的傳導紊亂，引起致命性心律失常［21-22］。此外，竇房結中心至心房肌細胞的細胞形式存在逐步過渡，這種過渡直至普通心房肌細胞，細胞形式逐步發生變化，越來越趨向心肌細胞，即竇房結與心肌組織間沒有明確的界限，推測竇房結信號傳導可能通過這些細胞實現;之后數字模型分析竇房結細胞電活動存在差異性等級分布，這種差異性等級分布可能是另一個重要的保護竇房結功能遠離心肌影響的結構特征［20］。

3.2 miRNAs 與竇房結功能的關系

通過miRNAs 調節竇房結起搏功能研究，Yang等［23］證實miRNAs 主要通過調控竇房結離子通道基因、Cx 基因、與凋亡相關的基因，影響竇房結細胞興奮產生、興奮傳導、凋亡周期，進而發生臨床可見的各種心律失常，而竇房結起搏功能的維持依賴三個基本要素:(1)自律性——即竇房結細胞自發產生興奮性動作電位的特性，這種動作電位是心臟自律性形成的基礎，自發興奮性動作電位的產生即心臟自律性的產生取決于細胞膜表面離子通道蛋白的表達，miRNAs 可調節離子通道蛋白基因表達;(2)完整心臟傳導通路——心臟興奮傳導，取決于細胞、細胞間縫隙連接的完整性，Cx 表達變化將嚴重影響興奮的傳導，mi-RNAs可調控Cx 基因;(3)膜復極化——膜復極化速率控制動作電位時程與有效不應期的長短，避免強直收縮的產生，有效保護心臟。研究發現，竇房結及其周圍組織主要表達的相關基因:超級化激活HCN(編碼HCN 離子通道蛋白并產生內向If電流)、L型鈣通道基因CACNB1［編碼Ca(v)1.2 離子通道蛋白并產生內向ICa-L電流］、KCNJ12 基因(編碼延遲整流K 離子通道蛋白并產生外向IK電流)、GJC1 基因(編碼Cx45)、GJA1 基因(編碼Cx43)、Na(v)1.5 基因(編碼Na+通道蛋白并產生內向INa電流)及PUNTS 基因(調控細胞周期進展、DNA 修復和細胞凋亡)［24-26］。目前認為，竇房結細胞4 期自動除極的機制是兩種內向電流(If電流、ICa-L電流)的增加和外向IK電流的衰減導致凈內向電流增加而引發的自律性活動，與之相關的離子通道是If通道、ICa.L通道、IK通道，這些通道蛋白基因的表達受miRNAs 的調控［23］;另外，Cx43 和內向INa電流對竇房結起搏電流向外周的傳導亦起十分關鍵的作用［24-25］，這兩種因素也被miRNAs 調節［23］。因此，生理情況下，上述多種起搏相關基因在miRNAs 的調控下于竇房結適當表達，影響竇房結沖動的產生和傳導。心臟正常節律的維持依賴竇房結功能正常，保持竇房結正常功能需要竇房結組織結構的完整性與離子通道基因的正確表達。miRNA-1 與miRNA-133 調節的HCN 基因家族在心臟特異表達，其中HCN2 與HCN4 轉錄表達的If通道蛋白與Cx43 在心臟竇房結表達量較心室與心房及其他組織高出10 倍［23］。研究證明，miRNA-1、Tbx3(T-box3 基因)與NRSF(含有鋅指結構的轉錄因子)可能共同調節HCN4 mRNA 的轉錄與蛋白表達，隨之導致起搏電流密度的減少［27］。因此，正常狀態下miRNA 的表達量必須精確調控，其表達量的增加或減少均能引發嚴重的病理后果。許多病理情況如炎癥、心肌肥厚及心力衰竭時，miRNA-125的表達水平異常增高，提示miRNA-125 在功能上可能參與心肌細胞與炎癥細胞的增殖、分化及凋亡等多種心血管病理過程［23，28］，老年性竇房結功能減退的病理過程和上述病理過程十分相似，表現為竇房結及其周圍組織的纖維化增生，以及起搏細胞和各種過渡細胞的凋亡和減少;因此，miRNA-125 表達水平異常增高很可能也參與了老年性竇房結功能減退的病理過程。

3.3 miRNAs 與竇房結細胞間連接的關系

哺乳動物細胞表面Cx 分布廣泛，迄今為止，已經發現人有21種Cx，在心臟表達的主要為Cx40、Cx43 與Cx45［29］。Cx 在心臟的分布存在明顯的差異性。Cx40主要在竇房結、心房肌、房室結與普肯耶纖維網傳導系統表達;Cx43 只在心室與心房肌表達;而Cx45 主要在竇房結、房室結與普肯耶纖維傳導系統中表達［30］。心臟發育過程中Cx 基因的突變可能導致嚴重的心臟畸形，但是在引起心臟畸形中所發揮的作用目前仍然不是很明確［31］。這些Cx 是細胞間信號傳導的重要結構，其表達上調或下調可影響心臟竇房結起搏信號的傳導［20］。以上研究充分證明了Cx 對竇房結功能的穩定具有重要意義。Yang 等［23］通過LUCIFERASE 技術與蛋白質凝膠電泳分析技術，成功地預測了miRNA-1 與miRNA-133 的靶基因中包括Cx 基因，進一步闡明mi-RNAs在竇房結功能異常中所發揮的重要功能。

4 討論

盡管miRNA 調控老年竇房結功能減退的機制目前尚不十分明確，存在多種因素相互交織共同作用，并且不同個體發病機制不盡相同使竇房結功能減退導致心律失常表現形式多樣化。目前眾多研究表明，隨著年齡增加，miRNAs 的轉錄異常，調控竇房結的各種通道蛋白基因與Cx 基因發生了重塑和表達減少，誘發與炎癥相關的細胞填補組織缺損，以及竇房結細胞體積增大，使得竇房結組織結構發生變化，其結果導致起搏電流譜異常與傳導異常，進而導致竇房結功能減退。由于竇房結組織結構復雜，竇房結細胞的純化培養也沒有形成完整的體系，使得miRNAs 對老年竇房結功能減退的機制研究并沒有深入到細胞分子生物學水平。如若能夠在純化竇房結細胞的研究中取得進展，將為其細胞分子生物學研究提供便利，為生物起搏技術的研發與臨床應用鋪平道路。因此，充分了解老年竇房結功能減退的發病機制，對其診療具有重要的指導意義。

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