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微小RNAs与心脏发育及疾病【摘要】微小rnas(micrornas)是一段内源性长1825个核苷酸大小的非编码rna分子，在抑制转录后基因表达和促进靶mrna降解的过程中起重要的负性调节作用，具有调控细胞增殖、分化和凋亡等生物学作用。研究表明：micrornas参与了心脏发育，micrornas的水平变化与心律失常、心肌肥大、心肌纤维化和心力梗死等心脏疾病的形成亦密切相关。【关键词】微小rna；心脏发育；心脏疾病micrornas(mirna，mir)是近年发现的小的、内源性的单链的非编码rna，由1825个核苷酸组成，由一段具有发夹环结构的长度为7080核苷酸的单链rna前体剪切后生成。它通过与其目标mrna分子的3端非编码区互补匹配导致该mrna分子的翻译受到抑制，具有调控细胞增殖、分化和凋亡等生物学作用。mirna已成为许多重要生物过程的主要调节因子，在肿瘤和心血管疾病发生发展中发挥了重要作用1。近年来关于mirna和心血管疾病关系的研究日渐增多，研究发现mirna参与了心肌梗死、心力衰竭(心衰)、纤维化和心肌重塑、梗死后新生血管形成等心血管病理生理过程，现就mirna与心脏发育及疾病进行综述。1.mirnas与心脏发育最先报道与心脏发育有关的mirnas主要是mirna-1和mirna-133。zhao等2在鼠胚胎干细胞中，用同源重组技术定向剔除mir-1-2导致了50的纯种小鼠在胚胎发育时期死亡。值得注意的是，mir-1-1不会对mir-1-2的缺失做出补偿，在这种模型中还观察到了室间隔缺损，表明mir-l的量在心脏发育和心脏功能方面是很重要的。mirna-133在心脏的发育中同样起重要作用。chen等3利用爪蟾胚胎进行在体实验，发现过量表达mirna-133的胚胎虽然能够形成心肌组织，但由于这种胚胎处于高度的分化状态，导致心脏在发育过程中不能环化形成心腔。这一结果提示minra-133的正常表达对于心脏的发育十分重要。最新的研究表明：mirna-206和mirna-24在心脏的发育中也起一定的作用。mirna-206可调节成肌分化过程，而mirna-24能够促进成肌分化标志基因的表达。由此可见，mirnas在心脏的发育过程发挥着重要的作用，其正常的表达对维持细胞中基因的表达和功能有着重要的作用。在某些病理状态下，如果mirnas基因的表达异常，则可导致心脏疾病的发生。2.mirnas参与心脏疾病的形成2.1 mirnas与心率失常新近研究发现mirnas与心律失常机制有关。terentyev等4发现大鼠心室肌细胞过表达mir-1可增加内向的钙离子流程度，促进肌浆网钙离子释放，提高胞浆钙火花发生的频率，在异丙肾上腺素诱导下，过表达mir-1可引发心律失常。lu等5发现，将mir-1转染到缺血诱导的大鼠心律失常模型，可明显增加心率失常的评分和室性心动过速的发生率。进一步的研究发现mir-1导致心律失常的靶点是离子通道基因gja1和kcnj2。hcn2和hcn4是心脏起搏器通道基因，xiao等6发现mir-1和mir-133对hcn2和hcn4都具有转录后调控功能，它们都能抑制hcn2和hcn4的蛋白表达，因此认为心肌肥厚时mir-1和mir-133表达降低可能是hcn2和hcn4表达上调和肥厚性心律失常发生的原因。此外，mir-208a也调节心脏的兴奋传导系统，研究显示，过表达 mir-208a 的转基因小鼠pr间期延长，而mir-208a-/-小鼠易产生房颤，说明正常的mir-208a对心电生理起重要作用7。2.2 mirnas与心肌肥大有人发现mir-1和mir-133在人和小鼠肥大的心肌组织中的表达减少。在体外，这两种mirna都可阻断心肌细胞肥大，在体内，使用化学修饰的针对mir-133的反义寡核苷酸抑制mir-133的表达后，小鼠出现显著和持久的心肌肥大，在寻找其分子机制时，人们发现两种小g蛋白rhoa、cdc42的转录子以及whsc2被证明是mir-133的靶点。cheng等8体内外研究也表明，用特异的反义核苷酸拮抗mirna-21的表达，发现能明显抑制心肌细胞肥大。除了mir-1、mir-133以及mirna-21以外，mir-208a在心肌肥厚过程中也起重要作用，小鼠心脏中过表达mir-208a可引起心肌肥大。此外，mir-23a也可促心肌肥大，当有肥厚性刺激时，mir-23a表达上调。敲除mir-23a可以减弱肥厚，说明mir-23a可以传递肥厚性信号。2.3 mirnas与心肌纤维化纤维化是大多数心脏疾病的共同病理特征，包括心肌梗塞、心肌缺血、扩张性和肥厚性心肌病及心衰。心衰后心肌会发生一系列的结构变化，以心肌细胞肥大和细胞外基质蛋白增加为著。van rooij等分别测定了心肌梗死后3d和14d梗死区边缘和未梗死区mirna的表达，他们发现在梗死区边缘mir-29家族表达下调，提示mir-29家族可以促进心肌纤维化。mir-21在心脏纤维化中的表达也明显上调。mir-21通过激活erk/map激酶信号通路而使间质发生纤维化，抑制mir-21则可以逆转这种效应。结缔组织生长因子（ctgf）参与了纤维化过程，有研究发现mir-133和mir-30可以直接下调ctgf的水平，在培养的心肌细胞和成纤维细胞中，敲除这两种mirna可引起ctgf的水平升高，而高表达的mir-133、mir-30能够降低ctgf水平，减少胶原纤维生成。以上实验说明mirna-29、-21促进心脏纤维化，而mirna-133、-30能抑制心肌纤维化。是否还有其它mirnas参与心肌纤维化的发生及具体的作用机制，有待深入研究。2.4 mirnas与心肌梗死心肌肥厚使心血管意外事件如猝死、心肌梗死、心率失常、心衰等发生率显著增加。dong等发现mirna-21在心肌梗死区的表达明显降低，而在边缘区的表达显著上调。有人报道，热休克可诱导小鼠心脏mirna-21表达显著增加。将热休克小鼠中提取的内源性mirna-21注入非热休克小鼠体内，可显著减少缺血再灌注诱导的梗死面积。shan等发现在心梗患者中mir-l和mir-206表达显著增加。此外，wang等总结了心肌梗死患者和心肌梗死模型大鼠心肌内mirna的表达规律后发现，mir-208极具心脏特异性，在正常心肌中无表达，在心肌梗死后明显升高。ren等发现小鼠心肌梗死后心肌mir-320表达降低，过度表达mir-320后梗死面积扩大，细胞凋亡增加，而采用基因敲除mir-320后心肌保护作用重新出现。通过检测这些心脏特异性mirna的表达，可望为临床提供早期诊断心肌梗死的敏感性指标。3.展望mirna自被发现以来，即成为生命科学的研究热点，在许多疾病的发生过程中mirnas都发挥重要作用。虽然近年来这方面的研究取得了很大进展，但大多数是有关某些mirnas表达变化与心脏疾病的相关性报道，详细机制并不清楚。如心肌缺血时如何引起mirna-21表达增加mirna-21表达激活后如何调控下游靶基因mirna-21与其他mirnas之间的调控机制等。这一系列问题的解决将大大促进mirna在疾病预防、诊断和治疗中的应用。科【参考文献】small em,frost rj,olson en.micrornas add a new dimension to cardiovascular diseasej.circulation,20l0,121(18):1022-1032.zhaoy,ransom jf,li a,et al.dysreguhtion of cardiogenesis，cardiac conduction, and cell cycle in mice lacking mirna-1-2j.cell,2007,129(2):303-317.chen jf.mandei em.thomson jm,et a1the role of microrna-1 and microrna-133 in skeletal muscle proliferation and differentiationj.nat genet,2006,38(2):228-233.terentyev d，belevyeh ae，terentyevar，et a1.mir-l overexpression enhances ca2+ release and promotes cardiac arrhythmogenesis by targeting pp2a regulatory subunit b56 and causing camkii-dependent hyperphosphorylation of ryr2j. circ res,2009,104(4):514-521.lu yj,zhang y,shan h,et a1. microrna-l downregulation by propranolol in a rat model of myocardial infarction：a new mechanism for ischaemic cardioprotectionjcardiovasc res,2009,84(3):434-441xiao j,yang b,lin h, et a1.novel approaches for gene-specific interference via manipulating actions of micrornas:examination on the pacemaker channel genes hcn2 and hcn4j.j cell physiol,2007,2(2):285-292.callis te,pandya k,seok hy,et al.microrna-208a is a regulator of cardiac hypertrophy and c