MicroRNA与心血管疾病

分子生物医学Mic ro RNA 与心血管疾病毛安琼△※,姚 怡,段晓霞(综述),王晓斌(审校)(泸州医学院附属医院麻醉科,四川泸州646000)中图分类号:R 54 文献标识码:A 文章编号:1006-2084(2012)06-0801-04基金项目:四川省科技厅国际合作课题(2011HH0031)摘要:Micr oRNA(miRNA)是一类具有转录后调节活性的内源性小分子RNA,通过碱基互补配对,与靶信使RNA(mRNA)的3′端非编码区(3′-UTR)序列相互识别,引起靶mRNA 的降解和(或)翻译抑制。

最近研究表明,miRNAs 在血管和心脏中高度表达,而在病变的血管中,心肌缺血和缺血性心律失常中它们的表达是失调的,m iRNAs 可作为心血管疾病的新型治疗靶标。

现回顾总结有关m iRNAs 在心血管疾病中作用的研究进展。

关键词:Micr oRNA;心血管疾病;心肌缺血;缺血性心律失常MicroRNA and Cardiovas cular Dis ease s MAO An-qiong,YAO Yi,Duan Xiao-xia,WANG Xiao-bin.(Depart-ment of Anesthesiology,Affiliated H ospital of Luzhou Medical College,L uzhou 646000,C hina)Abst rac t:Micr oRNA(miRNA)are a class of endogenous sm all RNA involved in post-transcriptional regu-lation throug h binding to com plementary sequences that are usually located in the 3′-untransla ted r egion(3′-UTR)of target mRNA,then tr igger mRNA clea vage and /or transla tional repression.Recent studies have identi-fied tha t m iRNAs ar e highly expressed in vasculature and hea rt and their expr ession is dysregulated in diseased v essels,myocardia l ischemia and ischemic arr hythmia.miRNAs m ay ser ve as novel ther apeutic targets for car dio-vascular diseases.Her e is to make a review on the r esearch prog ress r egar ding the roles of miRNAs in car diovas-cular diseases.Key words :MicroRNA;Ca rdiov ascular diseases;M yocar dial ischem ia;Ischemic ar rhy thmiaM icroRNA 是一类具有转录后调节活性的内源性小分子RNA,在进化上高度保守,第一个miRN A-lin-4,是在线虫研究过程中被发现,由于m iRNA 能调节多个基因的表达,能够识别特定的目标mRNA,在表达水平上发生变化后通过其相应的调控导致基因的上调或下调,目前对于m iRNA 的研究逐渐成为医学研究的一个热点,而近来的研究表明,m iRNA 可能与心血管疾病的发生有着密切的联系,现就两者关系进行综述。

1 m iRNA 概述及作用机制m iRNA 是近年发现新的一类细胞内的、内源性的、小的非编码单链小分子RNA,其种类众多,表达具有一定的组织特异性[1]。

研究表明,m iRNA 可调节的基因占人类基因组的1/3以上[2]。

在细胞增殖、分化、免疫调节、凋亡、死亡等生理病理过程中,m iRNA 的调节作用不容忽视[3-6],某些miRN A 缺乏可导致组织器官的发育障碍[7]。

近年研究表明,m iRNA 是心肌缺血的重要内源性因子,参与心肌梗死、心肌梗死后纤维化、缺血性心律失常、血管新生等与心肌缺血关联的病理过程。

编码miRN A 的基因多位于内含子内,首先在细胞核内转录出一个被称为pri-miRNA 的初始转录产物,pri-m iRNA 再经一种RNase Ⅲ剪切成长70～80碱基长度带有茎-环结构的pri-miRNA [8]。

转运蛋白Exportin-5将pr i-m iRNA运输到细胞质[9-10],然后通过Dicer 酶剪切成长度为19～25个核苷酸的双链miRNA 分子。

其中一条链被降解,另一条则成为成熟的miRNA 。

成熟m iRN A 整合入RN A 诱导沉默复合物后形成miRNA 复合物[11],从而调控基因表达。

当m iRN A 与靶m RN A 完全或几乎完全配对时,则导致m RNA 降解。

若m iRN A 与靶mRNA 不完全配对,通常影响mRNA 的成熟、转运、稳定、调控和翻译[12]。

2 m iRNA 与心血管疾病2.1 m iRNA 与心肌缺血性心律失常 心肌细胞内离子通道功能异常导致心脏冲动形成或转导异常,从而诱发心律失常。

心肌缺血性心律失常是心肌梗死患者早期死亡的主要原因。

研究表明,m iR-1[13-14]与缺血性的心律失常有关,其作用机制在于影响离子通道蛋白的表达。

缺血心肌组织中miR-1表达升高可促进心律失常的发生,而阻断miR-1的作用则可减少心肌缺血引起心律失常发生[14]。

Ya ng 等[13]证明,冠心病患者和心肌梗死大鼠模型的心脏中miR-1表达水平上调,m iR-1的表达量在缺血区比非缺血区高。

心脏病发作后的心律失常很普遍,向模型大鼠体内注射反义核苷酸导致心肌m iR-1的含量降低,梗死后心律不齐减少,而m iR-1的过表达导致梗死后心律不齐发生率升高。

此外,用miR-1的反义核苷酸治疗可以恢复由于心脏传导减慢和去极化引起的心律不齐。

进一步的研究发现,钾离子通道kir 2.1亚基和连接蛋白CX43转录本的3′端非翻译区含有miR-1的互补序列。

这两种蛋白主要负责安装静息膜电位,在发生心肌梗死的大鼠心脏中含量下降,若用miR-1的反义核苷酸处理后,这种效果会消失。

在转染的心肌细胞进行的报告基因实验和大鼠心脏中进行的过表达实验证实两种蛋白的转录本m iR-1的靶标。

而用RNAi分别沉默这两种蛋白的基因,结果导致缺血性心律不齐,这些实验证据均显示miR-1能够调节心律失常的发生。

Lu等[14]也报道,在大鼠心肌梗死模型中,剔除或抑制miR-1的表达具有抗心律失常作用,β肾上腺素受体阻滞剂普萘洛尔能通过抑制β肾上腺素受体cAMP-PKA信号途径和抑制m iR-1转录因子血清响应因子的表达,使m iR-1表达下调,从而减少恶性心律失常的发生。

S han等[15]对大鼠心肌梗死模型的研究表明,miR-1和miR-206在心肌梗死后1、2、4周的水平持续上升,后者通过转录后水平抑制抗凋亡基因胰岛素样生长因子1的表达,削弱了心肌细胞的抗凋亡作用。

而严重的心肌梗死患者,坏死的心肌组织会释放大量的细胞内成分进入血液循环,包括各种与心肌梗死密切相关甚至特异的核苷酸生物标志物[16-17]。

心脏的miR-1能够被释放,其释放的量与心脏细胞损伤的广泛程度相关。

此外,释放的miR-1能在培养基稳定24h以上。

心肌梗死患者血清中的m iRNA-1在心肌梗死发生的数小时快速增长。

心肌梗死24h 内的患者,血清miR-1水平超过200-fold,且血清m iR-1与肌酸激酶M B亚型(CK-MB)呈正相关。

研究结果表明血清miR-1水平与人心肌损害面积相关。

动物实验证实,心肌梗死m iR-1的时间变化周期与CK-M B相似,但与肌钙蛋白T有所不同。

心肌梗死后3～7d的患者,其血清水平恢复至基础水平。

因此, m iR-1可作为心肌梗死的早期生物指标[18]。

2008年L aw r ie等[19]第一个发现人血清中含有m iRN A。

紧随其后,M itchell等[20]和Chen等[21]几乎同时报道人血浆或血清中存在稳定的miRN A。

2.2 miRNA与血管生成血管生成是维持正常或病理组织的血液供应的重要机制之一。

第一个证明m iRNA在血管形成方面起调节作用的是通过Dicer 基因剔除大鼠实验而发现的[22]。

Dicer是重要的m iRNA合成酶[22]。

D icer缺乏的大鼠因为血管壁过薄以及血管网络难以形成等原因常死于发育早期[22]。

其他一些采用D icer基因沉默的实验也发现,人类的血管内皮细胞在发生Dice基因沉默后其内皮细胞的迁移、毛细血管的产生以及管腔的形成等现象明显减少[23]。

目前通过Dicer剔除或沉默的方法发现的可能与血管生成有关的基因表达包括:血管内皮生长因子及其受体tek-tie-2、tie-1,内皮一氧化氮和白细胞介素8等[22-23]。

由于在Dicer缺失的动物和内皮细胞中发现了上述血管生成相关基因表型的改变,从而逐渐引起人们对miRN A引起的内皮细胞生物化学性质改变以及血管生成的独立机制的探索。

Poliseno等[24]证实了m iR-221,miR-222对人工培养的内皮细胞的迁移、管腔的形成有着显著抑制作用。

而且,这些研究人员进一步证实了miR-221/miR-222可以通过影响其靶基因c-kit对内皮细胞的产生起了调节作用。

最近,国外多个研究中心通过一系列的实验证实了多个与血管生成有关的m iRNA[23-26]。

而这些m iRNA 大致可分为两组:促血管生成m iRNA和抑制血管生成miRNA。

目前的研究表明,促血管生成m iRN A包括m iR-126[25-26]、miR-17-92[27]、let-7[22]、m iR-130a[28]、miR-210[29]、miR-378[30]和miR-296[31];而抑制血管生成的miRNA包括m iR-221/222[24,32-33]、miR-328[34]、miR-92a[35]和miR-214[36]。

这些miRNA通过分别调节其靶基因发挥生物学作用。

此外,值得关注的是, miRN A对内皮生物学和血管形成的影响不仅表现在培育的内皮细胞,在缺血性疾病包括肢体缺血和缺血性心肌病模型的血管生成过程中也发挥了作用[26,35]。

2.3 m iRNA与心肌梗死血栓或冠状动脉粥样硬化所致的冠状动脉血供异常会导致心肌缺血性损伤。