microRNA-34a在心血管病中的研究进展
刘龙梅1 王仲朝2 杨 霞1 王家璞1 韩学斌2▲
1.山西省心血管病医院实验室,山西太原 030024;2.山西省心血管病医院心内科,山西太原 030024
[摘要] microRNA(miRNA)广泛存在多种生物体中。其中,miRNA-34a 作为miRNA 家族中的一种,在多种心血管疾病中异常表达。本研究从miRNA-34a 的概述及心血管相关文献入手,发现miRNA-34a 与高血压临床分级呈正相关,参与调节动脉粥样硬化进程,促进斑块形成,而且在缺血再灌注损伤后水平增加,加入抑制剂可改善心室重构,延缓心肌肥厚,同时参与调节心房颤动病理生理过程。这些研究结果提示,miRNA-34a 确实与多种常见心血管病密切相关,并可作为这些心血管疾病的诊疗新靶标,为临床预测和诊疗提供借鉴。
[关键词] microRNA;microRNA-34a;心血管病;诊疗靶标
microRNA(miRNA)广泛存在于从低等生物到人类之间的多种生物中。随着生物测序技术的发展,目前在人体中已发现2500 多个人源miRNA,它们在机体内组织的发育和调控方面起重要作用[1]。miRNA 是由18~24 个核苷酸构成的单链、非编码RNA,通过对其靶基因的转录后调控,参与胚胎发育、细胞增殖、分化及凋亡等多种生物学过程[2]。miRNA 靶向识别mRNA 3’非编码区,通过完全或不完全的互补结合靶基因mRNA,从而在转录水平上,下调蛋白翻译,或mRNA 降解,调控基因表达[3]。研究发现,有60%以上的人类蛋白编码蛋白,是通过与miRNA 配对,来调节基因的表达[4]
前期研究表明,miRNA 在血管系统和心脏系统中,都是高度表达的,而在病变的血管当中,心肌缺血和缺血性心律失常中,它们的表达是失调的[5]。也有研究表明,miRNA 通过靶作用于一种或多种基因,从而在心肌细胞凋亡中起到了重要的调控作用[6]。有证据显示,miRNA-21、miRNA-34a、miRNA-133 等在心室重构和心力衰竭的发生、发展过程中起调控作用[7-8]。故miRNA 或可作为心血管疾病(CVD)的治疗新靶标[5]
1 miRNA-34a 简介
miRNA-34 家族在进化上是高度保守的,其中,miRNA-34a、miRNA-34b 和miRNA-34c 构成了脊椎动物的基因组。miRNA-34a 是miRNA-34 家族中最重要的成员之一[9]。目前已知,miRNA-34a、miRNA-34b和miRNA-34c 有不同的基因定位和表达分析。Li 等[10]发现,在心、脑、肺和肾四种脏器中,miRNA-34a 在心脏中高度表达,而miRNA-34b 与miRNA-34c 表达于心脏的水平较低,提示miRNA-34a 可以特异性地表达于心脏中。
miRNA-34a 通过对相关靶基因的表达调控,在细胞的分裂、增殖、凋亡和衰老的调控中,也起到了重要的作用,参与多种病理生理过程,与血管损伤和细胞凋亡均有密切的关系[11]。有证据表明,miRNA-34a通过靶作用于原癌基因(c-myc、c-MET)、核转录因子-1(E2F-1)、核转录因子-3(E2F-3)、细胞周期蛋白E2(cyclin E2)、细胞周期蛋白D1(cyclin D1)、细胞周期蛋白依赖性激酶6(CDK 6)、B 细胞淋巴瘤因子2(bcl-2)、组蛋白脱乙酰酶1(sirt 1)等,这些肿瘤抑制基因p53 相关调控基因。同时在细胞增殖、分化和发育中,Notch 和Wnt 等信号通路也有参与[12]。此外,miRNA-34a 在多种人类疾病中表达异常,如神经母细胞瘤、B 淋巴细胞恶性肿瘤、结肠癌、前列腺癌、胰腺癌和其他类型的疾病[13]。通过类似的作用机制,miRNA-34a 也可以作用于心血管系统的主要细胞上,从而调控心肌细胞和或内皮细胞的老化或凋亡[9]。针对CVD的主要细胞血管平滑肌细胞(VSMC),多种循证数据认为,miRNA-34a 具有诱导血管内干细胞分化的功能,从而变为VSMC,促进其向炎症及骨化转向,导致形成斑块和血管钙化[9]。当然也有不一致的数据,支持另外的观点,既承认miRNA-34a 对心血管系统有不利影响,同时也支持其有保护作用。这种作用是通过损伤血管壁后,上调了miRNA-34a,从而下调VSMC的增殖、迁移,进而延缓心血管的病理重塑[14]。因此,miRNA-34a 可以作为多种生理病理变化的潜在治疗靶点。
2 miRNA-34a 与心血管疾病
研究表明,miRNA-34a 在多种CVD 中存在异常表达[9,15]。有时伴随心功能的下降,miRNA-34a 的表达则为上调[10,16]
2.1 miRNA-34a 与高血压
高血压是以动脉血压持续升高为特征,是心血管疾病的主要危险因素之一[13]。在成人高血压当中,心肌梗死和(或)脑卒中的发生率,与健康人相比,高出2~4 倍[9]。即使血压轻微升高,CVD 风险也会逐渐增加[17]
肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS),即RAAS的过度活化,以及血管内皮功能发生障碍,或者血管平滑肌受损,都与高血压的发病机制息息相关[18]。在这些病理生理过程中,都与miRNA 的调节分不开[19]。一项miRNA-34a 在高血压诱导血管损伤中的表达及作用机制研究发现,与正常健康人比较,miRNA-34a在高血压患者外周血中的表达水平显著升高,且与高血压的临床分级呈正相关[13]。miRNA-34a 能够调控G1/S 期转换从而抑制人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的增殖,影响血管内皮细胞的修复,参与高血压导致的内皮细胞损失[13]。研究发现,罹患高血压的成人,其血液当中的miRNA-34a 表达水平,与健康人比较,提高了70%,而且与其收缩压的波动呈正相关[20]。以上研究提示,miRNA-34a 可以考虑作为高血压患者血管风险升高的标志物。
2.2 miRNA-34a 与动脉粥样硬化性心脏病
多种miRNA 影响动脉粥样硬化的病理生理过程,包括内皮细胞功能障碍、炎性细胞浸润、脂质失调和VSMC 分化等[19]。有研究发现,在主动脉、颈动脉和股动脉的组织中,经过miRNA 微阵列分析后,在有粥样斑块的动脉组织当中,miRNA 的表达升高显著(P<0.001),并与动脉粥样硬化形成有关[21],表明miRNA-34a 参与调节动脉粥样硬化进程,可能会影响整个血管系统功能。可见miRNA-34a 具有促进斑块形成,进而导致动脉粥样硬化性心脏病的作用。
2.3 miRNA-34a 与心肌梗死
与健康个体比较,急性心肌梗死患者外周血中miRNA-34a 水平升高7 倍,差异有统计学意义(P<0.05)[22]。心肌梗死伴有多种miRNA 的表达变化[5]。Yang 等[23]研究发现,miRNA-34a 在小鼠心肌梗死后心脏的修复和再生中发挥重要的调节作用,miRNA-34a 主要通过调节Bcl-2,Cyclin D1 和Sirt 1 等靶基因,调控细胞周期活性和细胞凋亡。在细胞水平也有相关证据证明miRNA-34a 可作为心肌缺血风险的预测指标,通过大鼠心肌细胞株H9c2,经氧糖剥夺再灌注,模拟缺血再灌注损伤后,细胞中miRNA-34a 水平是有明显的增加[24]
2.4 miRNA-34a 与心力衰竭
临床上对于心力衰竭需要更简单、更新颖的诊断和预后生物标志物。多项研究表明,miRNA 可能是心力衰竭诊断和治疗的潜在靶标[25]
作为心血管疾病致死的主要原因之一,心力衰竭在其发生、发展过程中,必然伴随着心脏的重塑[26]。越来越多的研究表明[12],miRNA-34a 在心室重构中起重要作用。miRNA-34a 通过调控心肌细胞纤维化、肥大和凋亡等,导致心力衰竭的发生[12]。范凡等[27]利用实时定量聚合酶链反应做研究,发现在缺氧状态下,miRNA-34a 在心肌细胞缺氧早期的变化趋势是比较特殊的,首先是在2 h 的时候,其表达水平是对照组的10倍;而在4 h 的时候,其表达水平则变为对照组的4 倍。继续实验发现,下调miRNA-34a 可以抑制乙醛脱氢酶2(ALDH 2)的表达,从而早期发挥ALDH 2 的心肌保护作用,对于远期抑制心肌重构起到了缓冲作用[27]。由此认为,通过干预miRNA-34a 的水平,可能对于梗死心肌的康复、缺血致心脏功能下降、心室重构的改善等,有着莫大的好处。
2.5 miRNA-34a 与心肌病
Cheng 等[28]通过基因芯片技术,证实了在小鼠肥厚的心脏组织中,miRNA-34a 表达明显下调。黄炯华等[29]通过检测大鼠肥厚心脏组织和非肥厚心脏组织中miRNA-34a 表达情况,证实了在大鼠肥厚心脏组织中,miRNA-34a 表达同样是明显下调,与Cheng 等结论一致。已有研究发现,在大鼠肥厚性心肌中,通过抑制miRNA-34 的表达,减缓心肌重构和心功能减退[30]。杨蕊珂等[31]研究发现,结扎腹主动脉大鼠后,通过靶向抑制miRNA-34a 的水平,可以上调肌球蛋白重链α 的基因表达,阻止了心肌的“胚胎型”转变,延缓了心肌肥厚的病理过程。以上研究提示,miRNA-34a 在心肌病理重塑中具有重要的调节作用。
2.6 miRNA-34a 与心律失常
心房颤动是老年人群多发性病理变化的终末期表现[32]。调查显示,心房颤动发病率随年龄的增长而增加,在80 岁以上的人群中,发病率可达8%[33]。朱昀等[34]研究发现,miRNA-34a 可能通过调节Ankyrin-B蛋白水平表达,参与调节心房颤动的病理生理过程。一般而言,miRNA-34a 确实参与心肌组织的纤维化,但是Ankyrin-B 的确在电生理过程中,起到了不同其他蛋白的重要作用。因此,朱昀等[34]研究者推测,miRNA-34a 参与了心房颤动的电生理过程,而Ankyrin-B 则参与了心房颤动的纤维化病理过程。
3 展望
综上所述,寻找CVD 的诊断标志物和治疗靶点是众多临床医学家的梦想,miRNA-34a 在多种心血管疾病中起着重要作用,可视为CVD 潜在的预测指标和治疗新靶点。但是就目前而言,对miRNA-34a 在CVD 中的具体作用机制的认识,仍然较少、较浅。如何高效、特异、安全地靶向干预miRNA-34a 等问题,仍需进一步研究。随着研究的深入,miRNA-34a 作用于CVD 的确切调控机制将逐渐被阐明,这将为CVD的诊疗提供一种全新的思路和途径。
[参考文献]
[1]张传凯.MiR-33a 在调控乳腺癌细胞增殖和转移中的功能[D].厦门:厦门大学,2016.
[2]Bartel DP.MicroRNAs:Genomics,biogenesis,mechanism,and function[J].Cell,2004,116(2):281-297.
[3]Wojciecchowska A,Braniewska A,Kozar-Kaminska K.MicroRNA in cardiovascular biology and disease[J].Adv Clin Exp Med,2017,26(5):865-874.
[4]Fasanaro P,Greco S,Ivan M,et al.Micro RNA:emerging therapeutic targets in acute ischemic diseases[J].Pharmacol Ther,2010,125(1):92-104.
[5]毛安琼,姚怡,段晓霞,等.MicroRNA 与心血管疾病[J].医学综述,2012,18(6):801-804.
[6]Small EM,Olson EN.Pervasive roles of microRNAs in cardiovascular biology[J].Nature,2011,469(7330):336-342.
[7]McCullough PA.Cardiovascular disease in chronic kidney disease from a cardiologist′s perspective[J].Curr Opin Nephrol Hypertens,2004,13(6):591-600.
[8]Ronco C,Maisel A.Volume Overload and Cardiorenal Syndromes[J].Congest Heart Fail,2010,16(Suppl 1):Si-iv.
[9]李晓伟,奉淑君,周凤华,等.miR-34a 在心血管疾病中的作用及机制研究进展[J].中国动脉硬化杂志,2019,27(7):624-628.
[10]Li N,Wang K,Li PF.MicroRNA-34 family and its role in cardiovascular disease[J].Crit Rev Eukaryot Gene Expr,2015,25(4):293-297.
[11]Ye Z,Fang J,Dai S,et al.MicroRNA-34a induces a senescence-like change via the down-regulation of SIRT1 and up-regulation of p53 protein in human esophageal squamous cancer cells with a wild-type p53 gene background[J].Cancer Lett,2016,370(2):216-221.
[12]陈冰.miR-34a 在硫酸吲哚酚介导心肾综合征心功能损伤中的作用研究[D].广州:南方医科大学,2014.
[13]刘思管.MiR-34a 在高血压诱导血管损伤中的表达及其作用机制研究[D].济南:山东大学医学院,2016.
[14]Chen Q,Yang F,Guo M,et al.MiRNA-34a reduces neointima formation through inhibiting smooth muscle cell proliferation and migration[J].J Mol Cell Cardiol,2015,89(Pt A):75-86.
[15]周斌,赵芳,雷红.MiR-34a 与心血管疾病关系的研究进展[J].医学综述,2013,19(18):3268-3271.
[16]Boon RA,Iekushi K,Lechner S,et al.Micro-34a regulates cardiac ageing and function[J].Nature,2013,495(7439):107-110.
[17]Lewington S,Clarke R,Qizilbash N,et al.Prospective Studies Collaboration. Age-specific relevance of usual blood pressure to vascular mortality:A meta analysis of individual data for one million adults in 61 prospective studies[J].Lancet,2002,360(9349):1903-1913.
[18]Bátkai S,Thum T.Micro RNAs in hypertension:mechanisms and therapeutic targets[J].Curr Hypertens Rep,2012,14(1):79-87.
[19]俞泓,李屹,张蛟,等.MicroRNA 在心血管疾病中的应用[J].中华老年心脑血管病杂志,2018,20(4):425-427.
[20]Hijmans JG,Diehl KJ,Bammert TD,et al.Association between hypertension and circulating vascular-related microRNAs[J].J Hum Hypertens,2018,32(6):440-447.
[21]Raitoharju E,Lyytikinen LP,Levula M,et al.MiR-21,miR-210,miR-34a,and miR-146a/b are up-regulated in human atherosclerotic plaques in the tampere vascular study[J].Atherosclerosis,2011,219(1):211-217.
[22]Fan F,Sun A,Zhao H,et al.MicroRNA-34a promotes cardiomyocyte apoptosis post myocardial infarction through down-regulating aldehyde dehydrogenase 2[J].Curr Pharm Des,2013,19(27):4865-4873.
[23]Yang Y,Cheng HW,Qiu Y,et al.MicroRNA-34a plays a key role in cardiac repair and regeneration following myocardial infarction[J].Circ Res,2015,117(5):450-459.
[24]李薇薇.二甲双胍通过降低miR-34a 抵抗心肌缺血再灌注损伤[D].石家庄:河北医科大学,2017.
[25]魏孟严,刘刚,郑明奇.MicroRNA 在心血管疾病中的研究进展[J].中国误诊学杂志,2018,13(5):219-223.
[26]陈阳,王婧,马丽杰.microRNA 在心脏重塑中的究进展[J].基础医学与临床,2019,39(4):589-593.
[27]范凡,孙爱军,卜丽萍,等.miR-34a 通过调控乙醛脱氢酶2 参与心肌细胞凋亡及心室重构[J].中国动脉硬化杂志,2011,19(3):222.
[28]Cheng Y,Ji R,Yue J,et al.MicroRNAs are aberrantly expressed in hypertrophic heart:do they play a role in cardiac hypertrophy?[J].Am J Pathol,2007,170(6):1831-1840.
[29]黄炯华.miR-34a 与ATG9A 在心肌肥厚中的作用[D].广州:广州医科大学,2014.
[30]Bernardo BC,Gao XM,Winbanks CE,et al.Therapeutic inhibition of the miR-34 family attenuates pathological cardiac remodeling and improves heart function[J].Proc Natl Acad Sci USA,2012,109(43):17 615-17 620.
[31]杨蕊珂,杨丽红,王淑辉,等.微小核糖核酸-34a 对大鼠肥厚心肌组织肌球蛋白重链α 基因表达的调控[J].中国循环杂志,2014,29(2):138-141.
[32]Santulli G,Iaccarino G,De Luca N,et al.Atrial fibrillation and micro RNAs[J].Front Physiol,2014,5:15.
[33]Fuster V,Rydén LE,Cannom DS,et al.ACC/AHA/ESC 2006 guidelines for the management of patients with atrial fifibrillation:full text a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on practice guidelines and the European Society of Cardiology Committee for Practice Guidelines developed in collaboration with the European Heart Rhythm Association and the Heart Rhythm Society[J].Europace,2006,8(9):651-745.
[34]朱昀,肖颖彬,冯泽洲,等.MicroRNA-1、MicroRNA-133、MicroRNA-34a 及其可能靶蛋白Ankyrin-B 在心房颤动患者心房组织中的表达及意义[J].中国胸心血管外科临床杂志,2014,21(2):244-248.
The Research Progress of microRNA-34a in Cardiovascular Diseases
LIU Long-mei1 WANG Zhong-chao2 YANG Xia1 WANG Jia-pu1 HAN Xue-bin2▲
1. Laboratory, Shanxi Province Cardiovascular Hospital, Shanxi Province, Taiyuan 030024, China; 2. Department of Cardiology, Shanxi Province Cardiovascular Hospital, Shanxi Province, Taiyuan 030024, China
[Abstract] microRNA (miRNA) is widely existed in a variety of organisms. As a member of miRNA family, miRNA-34a is abnormally expressed in a variety of cardiovascular diseases. Based on the overview of miRNA-34a and related cardiovascular literature, this study found that miRNA-34a is positively correlated with clinical grade of hypertension,involved in regulating the process of atherosclerosis, promoting plaque formation, and increased after ischemia reperfusion injury. The addition of inhibitors can improve ventricular remodeling and delay cardiac hypertrophy. It also participates in the regulation of the pathophysiological process of atrial fibrillation. These results suggest that miRNA-34a is indeed closely related to a variety of common cardiovascular diseases, and can be used as a new target for the diagnosis and treatment of these cardiovascular diseases, providing reference for clinical prediction and diagnosis and treatment.
[Key words] microRNA; microRNA-34a; Cardiovascular disease; Therapeutic targets
[中图分类号] R542.2
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-4721(2021)6(a)-0032-04
[基金项目]山西省重点研发计划(指南)项目(201803D421052);山西省心血管病医院科研激励计划项目(XYS20170204、XYS20190106)
[作者简介]刘龙梅(1977-),女,河北衡水人,硕士,科主任,主任技师,研究方向:临床微生物检测、心血管药物基因组学、RNA 纳米技术应用等,擅长临床微生物检测及PCR 技术,主持省卫健委课题和院内科研激励计划课题数项,发表SCI 论文和核心期刊论文10 余篇
▲通讯作者:韩学斌(1963-),男,山西太原人,院长,主任医师,研究方向:冠心病介入、RNA 纳米技术应用等,擅长心血管疾病的临床诊疗,主持省科技厅多个项目和多种横向课题,发表SCI 论文和核心期刊论文20 余篇
(收稿日期:2020-12-23)