微小RNA在心肌肥厚中的作用機制及其作為新藥靶點的研究進展

王雙林 楊靖靖 李澤興 周慧 楊冰 張鵬

1天津醫科大學總醫院心胸外科 300052；2天津醫科大學總醫院空港醫院重癥醫學科 300308；3天津醫科大學細胞生物學系 300070；4天津醫科大學藥學院 300070

0 引言

心肌肥厚可被認為是在長期超負荷過載下，通過心室壁增厚來維持心肌功能的適應性補償過程。孕婦、運動員等人群會出現生理性心肌肥厚。而病理性心肌肥厚會導致心臟泵血功能下降，間質纖維化、收縮功能受損、能量代謝和電生理特征異常，最終導致心衰甚至猝死。在細胞水平而言，病理性心肌肥厚表現為心肌細胞增大、肌節結構分離、蛋白合成能力增強、胚胎基因重新表達等特性[1]。心肌肥厚是一個涉及轉錄、翻譯及翻譯后修飾等多水平調節的適應性過程[2]，會引起胚胎基因如心房利鈉肽等的重新表達，并涉及TANK結合激酶1（TBK1）-蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）等多種信號通路[3]。

微小RNA（microRNA，miRNA或miR）來源于細胞核內長度為85個核苷酸的發卡型miRNA前體（pre-miRNA）或原始miRNA轉錄本（pri-miRNA），經RNA酶Ⅲ剪切后，由輸出蛋白5（exportin-5）運送至細胞質中。miRNA作為一種長度為18～25個核苷酸的非編碼RNA，可通過結合目標基因的3'-非翻譯區抑制該基因翻譯或誘導mRNA降解等方式進行轉錄后調控。

自從Gumireddy實驗室開發出首個針對miRNA的小分子抑制劑以來，miRNA作為一種藥物靶點一直受到極大關注。小分子化合物可通過直接與primiRNA或pre-miRNA的二級結構相結合或間接影響miRNA的形成進而起到調控作用[4]。而近年來，在多種藥物篩選平臺同樣證實了在細胞水平小分子化合物以miRNA作為藥物靶點的可能性[5]。目前在心肌肥厚領域已研發出多種以miRNA為作用靶點的小分子化合物，如尼比洛爾、膽堿、Apelin等，引起了學術界的廣泛關注。

miRNA在心肌肥厚、心律不齊、心肌梗死等心血管系統疾病的發生發展過程中也起到了重要的調節作用[6-8]。miRNA可通過鈣離子信號通路、細胞周期相關信號通路等促肥大信號通路對心肌肥厚產生正或負調節。由于miRNA種類繁多，本文就近3年來心肌肥厚可能的miRNA藥物靶點的研究進展進行綜述。

1 miR-1

miR-1由分別位于第20號和第18號染色體的miR-1-1和miR-1-2的前體編碼，經exportin-5轉運至細胞質中成為成熟的miR-1。miR-1在肺癌、胃癌等多種腫瘤組織中表達下調，而在腫瘤組織中過表達miR-1可抑制腫瘤細胞的增殖并促進其凋亡。miR-1在心臟組織中表達水平較高，其對心肌肥厚的發生起到了一定的保護作用[9]。在心肌肥厚的早期階段，miR-1的降低可調節生長相關的靶點，例如細胞周期蛋白依賴性激酶9（Cdk9）以及Ras GTP酶激活蛋白（RasGAP），而這兩種蛋白高表達是心肌肥厚發展的必要條件[10]。miR-1過表達可改善骨髓間充質干細胞的遷移，從而提高骨髓間充質干細胞的存活率和向心肌細胞分化的能力，改善心功能，促進心肌組織修復。胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）是miR-1介導心肌肥厚的重要靶點之一，且IGF-1可調節心肌細胞的大小及收縮功能[11]。有研究結果發現，在主動脈縮窄模型和AKT轉基因動物模型中，抑制miR-1表達往往伴隨著IGF-1蛋白及其受體（IGF-1R）的升高[12]。細胞骨架調節蛋白twinfilin-1（TWF1）可通過結合肌動蛋白單體來動態調節肌動蛋白，控制細胞的各種生物過程，如運動、內吞作用、細胞分裂和信號轉導。TWF1也是miR-1的下游作用靶點之一。TWF1蛋白水平與miR-1的表達呈負相關。過表達miR-1的大鼠心肌細胞體積減小，TWF1蛋白表達受抑制[13]。

在小鼠心肌肥厚模型和人心肌肥厚組織中均發現miR-1表達下調。miR-1表達降低可通過調控轉化生長因子β受體1激活轉化生長因子β信號通路進而導致心肌肥厚[14]。miR-1-3p可通過線粒體中的NADH脫氫酶1和細胞色素C氧化酶1減輕異丙腎上腺素誘導的心衰。在肥厚性心肌病中，miR-1-3p作用于電壓門控氯離子通道3（Clcn3）與左心室舒張末期直徑和左心室射血分數有關，并能反應肥厚性心肌病病理過程中的心肌功能[15]。鈣信號是一種已知的促心肌肥大通路[16]。一方面，miR-1直接靶向作用于線粒體鈣單向轉運體控制Ca2+攝取，在心肌細胞應激適應中發揮重要作用，心肌肥厚患者心肌活檢結果顯示，miR-1水平降低與線粒體鈣單向轉運體蛋白含量增加相關[17]；另一方面，miR-1靶向作用于鈣調神經磷酸酶（calcineurin，CaN）-活化T細胞核因子（NFAT）信號通路降低NFAT的表達，減少細胞內Ca2+水平升高對鈣調蛋白-CaN復合物的影響，從而對心肌肥厚起到保護作用[18-19]。過表達miR-1可抑制甲狀腺激素T3誘導的心肌肥厚。甲狀腺激素通過靶向組蛋白去乙?；?誘導心肌肥大；而miR-1過表達可降低組蛋白去乙?；?的表達，有助于減輕甲狀腺激素誘導的心肌肥厚。Diniz等[20]證實miR-1過表達可預防甲狀腺激素誘導的心肌肥厚，其表現為心房利鈉肽和α-肌球蛋白重鏈水平降低。此外，普萘洛爾、丹參酮ⅡA和胰島素等藥物對miR-1的表達亦具有調節作用。

2 miR-133

miR-133是一種肌源性miRNA。在哺乳動物、鳥類和斑馬魚中，miR-133主要表達于骨骼肌和心肌。在人類基因組中，miR-133家族包含來自第18號染色體的miR-133a-1、第20染色體的miR-133a-2和第6號染色體的miR-133b。miR-133在人非小細胞肺癌、胃癌、垂體瘤乃至多種心血管系統疾病等疾病中表達異常[21-22]。miR-133參與心肌細胞的生長、增殖和存活以及心肌細胞的電傳導系統，這對心肌纖維化和心律失常的發展至關重要。miR-133在心肌細胞纖維化、心肌肥厚和心律失常的過程中起到了重要的調控作用，其表達水平與心肌肥厚負相關[23]。miR-133a可通過防止病理性重塑來預防心肌肥厚，從而起到保護心臟的作用。miR-133b在調節肥厚基因程序中可能發揮了重要作用，可通過上調miR-133b來抑制由β-腎上腺素能受體刺激所調控的基因表達。移植表達miR-133的間充質干細胞可改善急性心肌梗死模型的心臟功能[24]。miR-133的功能是建立肥大基因程序的關鍵因素。Care確定了miR-133與心臟肥厚發展相關的3個靶點：①RhoA通過一種GDP-GTP交換蛋白調節心肌肥厚。②Cdc42通過信號轉導激酶參與心肌肥厚。③NELFA/Whsc2為RNA聚合酶Ⅱ的負調節因子，也是與心臟發生相關的核因子。其中，RhoA和Cdc42均參與肥大相關的細胞骨架和肌原纖維重排。

在對鏈球菌誘導的糖尿病動物模型的研究中發現，miR-133不僅參與異?；蛞鸬男募》屎?，還參與能量代謝引起的心肌肥厚[25]。心肌細胞過表達miR-133可通過特異性途徑引起血清中胰島素的改變，降低心肌細胞葡萄糖轉運體吸收葡萄糖的能力，改變心肌肥大的過程。

研究結果表明，miR-133a具有一種新的并可能是獨特的功能，即可在充血性心力衰竭模型大鼠的下丘腦室旁核中調節血管緊張素Ⅱ[26]。DNA甲基化可降低miR-133a表達，重新激活Cdc42和RhoA，進而抑制心肌細胞肥大[27]。miR-133a可通過介導肌細胞增強因子2A（myocyte enhancer factor 2A，MEF2A）、MEF2C、血清和糖皮質激素誘導激酶1（SGK1）和IGF-1R的表達，導致糖尿病心肌細胞肥大。在體內和體外，miR-133a轉染可通過下調CaN的mRNA和蛋白表達來減少心肌肥厚，而CaN在細胞內Ca2+調控中起關鍵作用[25]。miR-133a轉染還可通過下調CaN下游效應因子NFATC4的mRNA和蛋白水平，阻斷苯腎上腺素誘導的心肌細胞肥大。miR-133a的抗心肌肥厚效應在甲狀腺激素誘導的心肌肥厚大鼠模型中被進一步揭示。事實上，在該動物模型中miR-133水平降低，并被認為是由血管緊張素Ⅱ受體亞型1（AT1R）部分介導[28]。此外，AT1R似乎也能上調兩個miR-133靶點的表達，即CaN和肌漿/內質網Ca2+ATP酶2a（SERCA2a）[28]。

蛋白激酶C通過絲裂原活化蛋白激酶級聯激活與心肌肥厚相關的轉錄因子，而磷脂酶C信號產物肌醇1，4，5-三磷酸鹽（IP3）和甘油二酯分別激活鈣信號通路和蛋白激酶C[29]。體外實驗結果顯示，miR-133a通過下調蛋白激酶C和Gq蛋白表達顯著抑制去甲腎上腺素誘導的心肌肥厚[30]。去甲腎上腺素與α1-腎上腺素能受體結合，激活蛋白激酶C和磷脂酶C信號通路。因此，通過靶向蛋白激酶C和Gq，miR-133a可抑制細胞內Ca2+水平的增加及隨后增生性轉錄因子（如c-Jun和c-Myc）的激活。

miR-133a也可通過抑制血清反應因子和細胞周期蛋白D2的表達來減輕心肌肥厚。miR-133a的其他靶點包括心源性轉錄因子MEF2、SGK1和IGF-1R[31]。丹參酮ⅡA、卡維地洛、伊瓦布拉丁、膽堿、尼比洛爾等多種藥物均對miR-133的表達具有調控作用。

3 miR-208a

miR-208家族由miR-208a和miR-208b組成，兩者核苷酸序列較為相似且高度保守，分別由α-心肌肌球蛋白重鏈基因（Myh6）和β-心肌肌球蛋白重鏈基因（Myh7）編碼。其中miR-208a僅在心肌細胞中表達，并在心臟電信號傳導過程中具有一定的調節作用。miR-208a在心血管系統中具有重要的生理作用，其在心肌肥厚等多種心血管系統疾病中表達水平的動態變化與疾病的進程和預后密切相關[32]。動物實驗結果顯示，miR-208缺失對阿霉素誘導的心肌肥厚、傳導系統的調節和心肌細胞的凋亡具有保護作用，但miR-208在小鼠心臟過表達會導致心率功能障礙和病理性假性心肌肥厚[33]。Montgomery等[34]采用反義寡核苷酸技術沉默miR-208a，引起Myh7上調，改善了心功能。

在血管緊張素誘導的心肌肥厚中，miR-208表達下降，且細胞凋亡水平上升[35]。miR-208a-3p在血管緊張素Ⅱ誘導的心肌肥厚過程中促進了自噬的發生[36]。在心肌梗死模型中，miR-208b表達上調。在H9C2細胞中，miR-208b可保護因低氧誘導發生的細胞凋亡。miR-208b還可通過激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/AKT信號通路調節下游Bax的表達，達到保護心肌細胞的作用。

4 miR-199a

miR-199a由發動蛋白2（DNM2）基因的第16個內含子編碼。其在人類多種組織中廣泛存在，并在多種腫瘤組織中表達異常。miR-199a在壓力超負荷心肌肥厚中表達上調。miR-199a-5p可通過下游靶點JunB參與心衰的病理過程，并可增強血管緊張素Ⅱ誘發的心肌細胞凋亡[37]。體內研究結果表明，miR-199a通過下游糖原合酶激酶3β和哺乳動物雷帕霉素靶標復合物對心肌細胞自噬產生抑制作用，并可誘導心肌肥厚的發生[38]。miR-199a還可通過直接抑制熱休克蛋白家族A成員5（Hspa5）進而對饑餓誘導的心肌細胞自噬產生抑制[39]。文獻報道，參附注射液可通過上調miR-19a-3p的表達減輕大鼠心肌肥厚的發生，并降低MEF2A的mRNA和蛋白表達[40]。

5 miR-200c

miR-200家族成員包括miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-141和miR-429。miR-200c的基因簇位于第12號染色體p13.31。在血管內皮細胞中，miR-200c表達上調與細胞的凋亡、衰老和功能異常有關[41]。miR-200c在銀屑病患者的皮損和血漿中上調，且與左心室質量和相對室壁厚度呈正相關[42]?；钚匝蹩烧T導血管內皮細胞中的miR-200c發生上調。在小鼠體內，miR-200c可通過miR-200c/鋅指E-盒結合同源異形盒1（ZEB1）/p53信號通路激活基質細胞衍生因子1（SDF1）/C-X-C趨化因子受體4型（CXCR4）軸改善阿霉素引起的心臟功能障礙[43]。而在缺血模型中，miR-200c可通過促進GATA4和Bcl-2的表達對心肌細胞起到保護作用[44]。miR-200c在心肌肥厚過程中表達上調，而降低miR-200c表達可通過調節肌球蛋白輕鏈激酶的表達抑制細胞凋亡，減少活性氧的產生，在血管緊張素Ⅱ誘導的心肌肥厚過程中發揮保護作用[45]。

6 結 語

越來越多的研究結果表明，miRNA在心肌肥厚乃至心衰的發生過程中起到了重要的調節作用，有可能作為心肌肥厚臨床早期診斷的新標志物或新治療靶點，從而有助于預防和治療心衰等疾病。然而miRNA種類較多，其對心肌肥厚的作用機制尚缺乏系統、有序的研究。隨著對于包括miRNA在內的非編碼RNA研究的深入，miRNA對心肌肥厚發生乃至心衰病理過程的調控將被進一步揭示。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突