microRNA与心血管疾病心肌纤维化的进展.doc

MicroRNA与心血管疾病心肌纤维化关系的进展袁书国1，3 ， 何凤屏2，徐新1（粤北人民医院 1.心血管内科，2.检验科，广东韶关 512026；3.广东医学院，广东湛江 524000 ） 【关键词】 MicroRNA；心肌重构;心肌纤维化；心律失常;心肌梗死 【摘 要】 MicroRNA是一类长度为1825个核苷酸的内源性非编码小RNA，通过与靶蛋白mRNA 3端非编码区的不完全互补结合,抑制mRNA转录后的靶蛋白的表达或通过降解mRNA的方式调节特异基因表达。心肌纤维化参与临床多种心血管疾病，如心房颤动、心肌梗死、心力衰竭、风湿性心脏病、糖尿病心肌病的病理过程，而microRNA可能预防和逆转这一过程。因此，microRNA有可能成为心血管疾病心肌纤维化新的治疗靶目标，从而为心血管疾病的防治带来新的方向。Recent Progress In Relationship Of MicroRNA And Myocardial Fibrosis On Cardiovascular Disease YUAN Shu-guo, HE Feng-ping，XU Xin（1. Department of Cardiology, 2.Department of Laboratory, Yue Bei Peoples Hospital,Shaoguan，Guangdong,512026，China；3.Guangdong Medical College,Zhanjiang，Guangdong,524000，China.）【KEY WORDS】 MicroRNA; Myocardial Remodeling; Cardiac Fibrosis; Arrhythmia; Myocardial Infarction【ABSTRACT】 MicroRNA are small non-protein-coding single-stranded RNA，which are 19 to 25 nucleotides long.They either induce the degradation or repress the translation of target mRNA by completely or uncompletely binding with the 3untranslated region(3UTR) of targeting mRNAs.Myocardial fibrosis links with many clinical diseases and pathological process，such as hypertension，atrial fibrillation, myocardial infarction，heart failure，rheumatic heart disease，diabetic cardiomyopathy，et al. MicroRNA is the important factors for prevention and reversal myocardial fibrosis ,which 基金项目：广东省自然科学基金资助项目 （编号：9151008901000039）作者简介：袁书国，硕士，研究方向为心血管病，E-mail为419090549。何凤屏，教授，主任检验师。通讯作者徐新，主任医师，教授，硕士研究生导师，博士后指导老师，研究方向为心血管疾病的基础、临床及介入，E-mail：03xuxin163Corn。might become new treatment target of cardiovascular disease.The further study on microRNA of cardiovascular disease may bring about new methods of diagnosis and treatment.心肌纤维化是指心肌组织中胶原纤维过量沉积，胶原浓度和胶原容积分数显著增加，各型胶原比例失调以及排列紊乱。心肌中的胶原类型有I、II、III、 IV、V五型，其中/型胶原比例升高被认为与心血管疾病密切相关。新近研究显示microRNA（microRNA）可通过直接抑制多种细胞外基质蛋白表达和调控多种与纤维化相关的信号通路参与纤维化过程，广泛参与心血管疾病如：高血压、心肌缺血、心肌梗死、心肌肥厚、心力衰竭、心肌病、心律失常、动脉粥样硬化、糖尿病等疾病心肌纤维化1-4。本文将就microRNA的结构及其基本生物机制,近年来有关microRNA在心肌纤维化方面的研究进展做一综述。1 microRNA的发现1993年，Lee5等首次发现microRNA，命名为lin-4。到目前为止，microRNA Base数据库公布的成熟microRNA序列超过了6200个,其中700个是人源性的microRNA,这些小分子microRNA在多种生物进程包括发育、代谢、增殖、分化和凋亡中起到重要作用。2 microRNA 的生成及特征 2.1 microRNA的生成 MicroRNA是由一系列RNaseIII内切酶和转运蛋白等逐步加工完成。microRNAs的合成，是从RNA聚合酶转录生成原始microRNAs(pri-microRNAs)开始的。在细胞核内编码microRNA的基因转录成初始microRNA（pri-microRNA）。pri-microRNA在一种DroshaRNase的作用下，剪切为约70个核苷酸,具有茎环结构的pre-microRNA。pre-microRNA在Ran-GTP依赖的核质/细胞质转运蛋白Exportin5的作用下,从核内运输到胞质中，在Dicer酶（双链RNA专一的RNA内切酶）的作用下，pre-microRNA被剪切成2122个核苷酸的双链microRNA。2.2 microRNA的特征 MicroRNA广泛存在于真核生物中，具有以下基本特征：不具有开放阅读框（ORF），不编码蛋白质；多成基因簇分布，簇生排列的基因共同转录一个前体；大多数microRNA的表达具有时间特异性或组织特异性；在进化中呈保守性趋势，约15的microRNA在线虫、果蝇、哺乳动物和植物中呈现高度保守性，这些保守片段中只有12 nt的差异；成熟的microRNA的5端有一个磷酸基团，3端为羟基，它们可以和上游或下游的序列不完全配对形成茎环结构。2.3 miRNA 的作用机制 MicroRNA通过与靶基因mRNA分子的3端非编码区域 (3UTR) 互补配对后降低mRNA分子稳定性和翻译抑制两种方式参与靶基因表达调控.一个microRNA可以调控多个基因的表达，也可以通过几个microRNAs的组合来精细调控某个基因的表达，microRNA可能通过多元化途径调控靶基因表达。3. microRNA与心血管疾病心肌纤维化的进展 3.1 microRNA-21 心肌纤维母细胞异常增生及细胞外基质过度沉积是心肌纤维化形成的重要基础。Li等6在小鼠心肌梗死模型中，心肌梗死边缘区microRNA-21表达上调，TGFRIII表达下调。在心肌纤维母细胞转染microRNA-21后，TGFRIII表达量明显下降，胶原纤维含量增加。MicroRNA-21可能通过抑制TGFRIII的表达及促进胶原纤维含量增加参与心肌梗死心肌纤维化的形成。Roy等7在心肌缺血再灌注的研究发现，在梗死区域PTEN表达量明显下降，microRNA-21 通过 PTEN-Akt途径，介导MMP-2的表达上调，参与心肌梗死后梗死区域胶原代谢及心室重构。朱瓦力等8进一步研究发现，在房颤患者中microRNA-21 的表达水平较窦性心律组中显著增高，MMP_2蛋白表达水平上调，影响胶原代谢，促进心房纤维化、胶原沉积等改变，使心房电信号传导发生局部阻滞、传导减慢、传导不均一性增加，有利于多重折返子波的形成，增加房颤发生的可能性。Adam等9发现，房颤患者左心室心肌组织microRNA-21表达量较窦性心律患者增加2.5倍以上，Spry1 蛋白表达量下降，而心房肌胶原蛋白含量与microRNA-21的表达呈正相关，microRNA-21通过下调Spry1的表达来调节ERK-MAP激酶信号通路，促进成纤维细胞增殖，胶原纤维含量增加，参与房颤的心肌纤维化。Cardin等10在心肌梗死的小鼠模型中，予左心房肌注射microRNA-21阻遏剂，与对照组相比，microRNA-21表达明显下调, 伴随目标基因Sprouty-1, collagen-1及collagen-3表达异常；同时房颤持续的时间从417秒缩短到3秒，心房纤维组织含量也明显降低，提示microRNA-21参与心肌梗死后患者房颤的形成，可能成为干预房颤发生的新的靶点。3.2 microRNA-24 Wang等11观察到，在心肌梗死患者中microRNA-24表达量下调，microRNA-24表达量的变化与细胞外基质密切相关。在体内实验发现，心肌梗塞患者心肌细胞内转染Lentiviruses两周后，microRNA-24能够改善心脏功能及减轻梗死边缘区心肌纤维化程度。在体外实验，microRNA-24表达上调能够减轻心脏纤维化及减少纤维母细胞的分化和迁移。进一步研究发现，TGF-能增加microRNA-24的表达，microRNA-24过表达又能减少心肌成纤维细胞TGF-的分泌和Smad2/3的磷酸化。通过微阵列分析及生物信息学分析发现，Furin蛋白酶是microRNA-24在心肌纤维化的作用靶点，microRNA-24可能通过furin-TGF-信号途径，调控Furin蛋白及mRNA表达水平，参与心肌梗塞心肌纤维母细胞功能和心肌纤维化的调控。因此，microRNA-24可能成为心肌梗死心肌纤维化疾病的作用靶点。3.3 microRNA-29 新近发现microRNA-29 是一个与纤维化疾病紧密相关的小分子 RNA家族，在多种器官纤维化的调控中发挥着重要的作用 ，如心、肝、肺纤维化、系统性硬化等12。microRNA-29不仅可以直接抑制多种细胞外基质蛋白表达，还可抑制 -的致纤维化通路。Divakaran等13发现经主动脉缩窄处理后的小鼠，Smad3-小鼠与对照组相比，心肌纤维化程度明显减轻。进一步分析发现，在miRNA芯片发现的55个差异表达的miRNA中，其中10个microRNAs参与调节细胞外基质，microRNA-29在Smad3-小鼠中明显上调，抑制胶原蛋白基因的表达，提示microRNA-29在心肌纤维化中可能起到了抑制作用，microRNA-29表达可能受Smad3调节。van Rooij等14发现，在小鼠心梗模型和心梗病人心肌梗死区及近梗死区microRNA-29家族表达下调的，而胶原蛋白，微纤维蛋白和弹性蛋白明显上调，利用microRNA-29寡核苷酸体内沉默microRNA-29后，型、型胶原蛋白和原纤蛋白miRNA水平明显增高，体外转染microRNA-29类似物后也明显抑制心脏纤维母细胞中的miRNA水平，提示microRNA-29通过调节编码胶原蛋白的，参与心肌纤维化过程。Castoldi 等15发现，microRNA-29b在血管紧张素依赖性高血压患者心肌纤维化起重要作用，可能通过下调microRNA-29b， 促进Col1A1的表达有关。3.4 microRNA-133 MicroRNA-133通过多途径参与心肌纤维化的形成。Shan等16发现尼古丁注射犬房颤患者心肌microRNA-133和microRNA-590表达明显下调，而转化生长因子-1（TGF-）和转化生长因子受体II表达明显上调,进一步研究证实，microRNA-133和microRNA-590过表达通过转录后抑制靶基因TGF-和TGF-RII蛋白表达水平，促进胶原蛋白合成，促进心肌纤维化，参与房颤的易感基质的形成，影响心肌细胞间信号转导，参与心律失常的发生。Duisters 等17在人工培育的心肌细胞和心肌纤维母细胞中发现，敲除microRNA-133基因，结缔组织生长因子（connective tissue growth factor,CTGF）表达水平增加，而microRNA-133过表达，则CTGF表达水平减少。进一步发现，在心脏病患者中通过下调 microRNA-133，心肌细胞中的 CTGF 的分泌及表达增加，细胞外基质合成增加，促进心肌纤维化的形成，提示CTGF被认为在心肌纤维化过程中起重要作用。Castoldi 等15在血管紧张素依赖性高血压患者，Ang II 组与Ang II+irbesartan组相比，Ang II 组microRNA-133a及型胶原1链基因（COL1A1）表达明显增加，Ang II升高收缩压及促进心肌纤维化可能与之有关，而Ang II+irbesartan组此种作用效应消失。肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活是导致心肌纤维化的重要因素，microRNA-133a可能通过肾素-血管紧张素-醛固酮系统参与Ang II-依赖性高血压患者心肌纤维化的病理过程。3.5 microRNA-150目前研究microRNA-150与糖尿病心肌病有关。糖尿病心肌病是糖尿病重要的心血管并发症，心肌纤维化为糖尿病心肌病的特征性病理改变。崔云霞等18发现在糖尿病大鼠模型中，在糖尿病和高糖培养的心肌纤维化大鼠心肌成纤维细胞中胶原分泌增加，microRNA-150的表达降低; 而细胞转染microRNA-150 后，高糖培养的心肌成纤维细胞胶原分泌减低。MicroRNA-150通过促进胶原的分泌，从而各型胶原比例失调和排列紊乱，参与糖尿病心肌纤维化的发生。我们可以通过调控microRNA-150，抑制胶原的分泌来影响纤维化的发生与发展，阻止糖尿病心肌病，尤其是合并房颤，高血压等疾病患者防治研究提供了一条新的思路。3.6 microRNA-223张莹等19利用microRNAs 表达谱芯片检测犬心房快速起搏致房颤模型microRNAs 表达情况，通过 microRNAs 芯片对 468 个 microRNAs 分析，发现犬房颤模型组和假手术组相比有 10 个 microRNAs 有表达差异，其中上调 4 个（microRNA-223、microRNA-328、microRNA-664、microRNA-517），下调 6 个（microRNA-101、microRNA-145、microRNA-133、microRNA-320、microRNA-373、microRNA-499）。Lu 等20也通过 microRNAs 表达谱芯片筛查风湿性心脏病合并房颤及心房快速起搏致犬房颤模型，研究发现 microRNA-223、microRNA-328、microRNA-664 表达都较对照组增高 2 倍以上，microRNA-223在房颤患者明显升高，参加心房颤动的可能的信号途径如何，目前尚不清楚。推测microRNA-223在房颤通过抑制IGF-1R的表达，通过PKC/ERK/AP-1信号转导通路，介导MMP-9的表达上调，参与风湿性心脏病房颤患者胶原代谢及心房结构重构。3.7 microRNA-208 最新发现的microRNA-208 具有心肌表达特异性的 microRNA并且在激素调节的心肌生长中起重要作用，microRNA-208 来自于心肌特异性-MHC 基因mRNA 前体的第 27 个内含子21。Callis等22也发现，microRNA-208家族中包括microRNA-208和microRNA-208，它们分别表达于各自的宿主基因 -和-；都作用于心肌负性调控物THRAP1和筒箭毒碱（myostatin）。在应激状态下，microRNA-208 通过抑制靶基因甲状腺素受体相关蛋白 1(THRAP1)的表达，参与调控心肌肥厚、纤维化以及-的表达。此外，microRNA-208a可能与正常的心肌传导及心肌转录因子唯同源异型结构域蛋白、 核转录因子GATA-4及缝隙链接蛋白connexin 40相关。Bostjancic等23指出，在心肌梗死患者的心肌细胞中microRNA-208表达明显升高，主要靶向作用于THRAP1，参与调控心肌梗死区域心肌肥大和纤维化。Satoh等24发现，在扩张性心肌病患者心肌组织中，microRNA-208, microRNA-208b及 microRNA-499 表达增加，-MHC表达下调，-mRNA水平增加，进一步研究发现，-mRNA水平及心肌胶原纤维含量与microRNA-208与呈正相关，与microRNA-208b 及microRNA-499表达水平无关。 MicroRNA-208水平的增加可能成为扩张性心肌病临床治疗效果的重要预测因子。4 展望： 心肌纤维化的发病机制非常复杂，目前认为肾素一血管紧张素一醛固酮系统、氧化应激、炎性因子、生长因子、细胞外基质等与之密切相关25-28。心肌纤维化在多种心血管疾病，如心房颤动、心肌梗死、心力衰竭、风湿性心脏病、糖尿病心肌病起重要作用。MicroRNA参与调节上述多条纤维化信号通路的心肌纤维化过程，通过调控microRNA的表达，预防和逆转心肌纤维化。因此，microRNA有可能成为血管疾病新的治疗靶目标，从而为血管疾病的防治带来新的方向。但目前研究对 microRNA的作用及机制的认识仍很局限，对于如何安全、高效、特异 、靶组织定向性地干预 microRNA的表达等问题尚需进一步探索。致谢：衷心感谢我的导师徐新教授，在我读研期间，徐老师在学业上对我悉心指导、辛勤栽培，在生活上也给予无私关怀与帮助，是他引领了我走进神圣的科学研究的殿堂。徐老师渊博的知识、严谨的治学风范、高尚的医德医风、不断追求事业高峰的精神将一直深深地激励着我努力学习和工作。在此，谨向尊敬的徐老师致以衷心的感谢和深深的祝福。感谢心内科唐良秋主任对我在临床工作与学习的耐心指导和帮助，为我今后步入临床岗位工作打下了良好的基础；感谢心内科张社兵主任对我的科研工作中从选题、设计、实施到完成均给予大力支持与悉心指导，帮助我建立了科学规范的科研思路并顺利完成课题；感谢检验科何凤屏主任在购买实验试剂、提供实验室相关器材及在实验操作方面给予精心指导与帮助。最后，真挚地感谢所有未提及姓名却给予我指导、帮助和关心的老师、同学和朋友们！参考文献： 1 Ono K, Kuwabara Y, Han J. 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