MicroRNAs作为心房颤动新兴生物标志物的研究进展

2020-01-08张天磊魏泽人杨树森

中国循证心血管医学杂志 2020年9期

张天磊，魏泽人，杨树森

心房颤动（房颤）是最常见的持续性心律失常，显著增加了患者脑卒中和心力衰竭（心衰）的发病风险。同时，房颤还被证实与高血压、冠心病、糖尿病等多种疾病显著相关。由于房颤病理成因复杂，其机制尚未完全明确。目前，尚未发现可用于早期诊断房颤的生物标志物。有研究提出，MicroRNAs在心房组织和循环血液中表达稳定且较容易检测，可作为诊断房颤的标志物。本文旨在讨论MicroRNAs与房颤的相关性，及MicroRNAs作为房颤生物标志物的潜能。

1 MicroRNAs概述

MicroRNAs（miRNAs）于1993年由Lee等在秀丽隐杆线虫中首次发现，是一类内源性的具有调控功能的非编码RNA，大小约22个核苷酸[1]。miRNAs通过与靶mRNA上的3'非翻译区（3'untranslated region，3'UTR）碱基互补，起到转录后调控靶基因表达的作用[2]。miRNAs在细胞的生长、增殖、分化、新陈代谢等过程中起到至关重要的作用。在哺乳动物基因组中，已报道的miRNAs约2200个，约三分之一的人类基因组受miRNAs调控。研究表明miRNAs与多种疾病相关，如神经系统疾病、自身免疫性疾病、心血管疾病和癌症等[3,4]。

在哺乳动物细胞内miRNAs的生成分两步进行。在细胞核内，RNA聚合酶-Ⅱ转录miRNA相关基因，生成初级miRNA（pri-miRNA）。随后，RNA聚合酶-Ⅲ、Drosha和DGCR8将pri-miRNA剪切成具有发夹状结构的前体miRNA（pre-miRNA）。pre-miRNA在RanGTP/Exportin-5蛋白的作用下，从细胞核内转运到细胞质中。在细胞质中，premiRNA被与双链RNA结合蛋白TRBP结合的RNase Dicer酶进一步加工为其成熟长度，此时仍为双链状态。双链miRNA在AGO2蛋白（Argonaute-2）驱动下裂解为两个单链，成熟miRNA的功能链结合到RNA介导沉默复合物（RISC）上，参与RNA干扰反应，而信使链则被分解。

既往研究表明，miRNAs通过影响心房重构在房颤的病理生理学机制中发挥了重要作用。电重构、结构重构、自主神经重构、炎症等多种因素与房颤的发生和维持密切相关[5-8]。

2 MicroRNAs影响房颤的电重构

电重构在房颤发生和维持中起到重要作用，是房颤的重要基础[5]。相关研究证实，miRNA-1（miR-1）、miRNA-328（miR-328）、miRNA-499（miR-499）可通过不同机制影响电重构的发生。

miR-1在心肌中大量表达，在心脏发育和电活动中起到重要作用。miR-1表达失调会导致严重的心脏疾病，如心律失常，心肌肥大和心肌细胞增殖等。多项研究支持miR-1表达水平与房颤电重构密切相关。对快速右心房起搏诱发房颤的动物模型研究发现，miR-1的过表达可通过下调KCNE1和KCNB2基因的表达，缩短心房有效不应期（AERP），增强整流钾电流（Iks），增加房颤易感性。这项研究证明，miR-1在房颤的电重构中起重要作用，可作为房颤治疗的新靶点[9]。对心脏外科术后新发房颤（POAF）患者右心耳心肌特异性miRNAs表达的研究表明，冠状动脉旁路移植术后miR-1表达显著增加，miR-1在POAF的发生和术后细胞凋亡中起重要作用[10]。另有研究表明，miR-1可通过降低细胞内钙离子浓度，降低CACNB2表达，影响心脏电重构[11]。

已有研究证实，miR-328的过表达在钙离子转运和心肌细胞电重构中发挥重要作用，增加房颤发病率。在对房颤患者和犬房颤模型的研究发现，miR-328过表达可抑制CACNA1C和CACNB1基因表达，降低L型钙通道的活性，缩短动作电位持续时间（APD），增加房颤易感性[12]。相关研究表明，房颤患者左心耳中miR-328的表达高于其外周血和肺静脉血中的表达，而对照组并未发现明显增高。因此，miR-328在左心房局部表达可能参与了房颤患者的心脏重构[13]。

一项对永久性房颤患者和正常窦性心律患者的对比研究表明，miR-499的过表达能抑制KCNN3基因的表达，进而抑制心脏小电导钙激活的钾通道（SK3）表达，参与房颤的电重构[14]。快速房颤节律患者的miR-499表达是慢房颤节律患者和正常组患者的2.3倍[15]。房颤患者心房中miR-499的表达上升，引起CACNB2蛋白表达下降，从而调控钙离子通道的表达，参与房颤的发生[16]。这些均表明miR-499在房颤电重构中的重要作用。

3 MicroRNAs影响房颤结构重构

miRNAs可通过调节负责编码细胞外基质（ECM）形成蛋白的基因和启动与纤维化相关的信号通路来促进心房纤维化，参与房颤的结构重构[6]。研究证实，以下几种miRNAs参与了房颤的结构重构。

miRNA-21（miR-21）在慢性房颤患者的心肌细胞中表达增强，可增加房颤易感性。在大鼠房颤模型和房颤患者左心房中，miR-21的过表达通过增强丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（MAPK/ERK）信号通路来下调Sprouty-1蛋白（SPRY1）的表达，从而促进心房重构和纤维化[17]。另有研究发现，miR-21的过表达通过激活PI3K信号通路，抑制PTEN基因的表达，促进大鼠的心房纤维化和房颤发生。因此，抑制miR-21相关的信号通路可成为房颤的一种新的治疗方法[18]。

miRNA-29（miR-29）通过调控collagen-1A1（COL1A1）、collagen-3A1（COL3A1）和纤维蛋白相关基因在ECM蛋白的重塑中发挥关键作用[19]。研究发现，房颤患者的血浆miR-29b水平（约降低54%）以及充血性心衰合并房颤患者的血浆miR-29b水平（约降低84%）显著低于正常组。此外，慢性房颤患者与窦性心律人群相比，心房中miR-29b的表达降低约54%。在小鼠模型中，由腺相关病毒介导的miR-29b的下调显著增加心脏组织中心房COL1A1 mRNA的表达和胶原含量。表明miR-29在调节心房纤维化中发挥重要作用[20]。

miRNA-126（miR-126）来源于EGFL7基因，在人类心脏中大量表达。此外，miR-126在血管生成中具有积极作用。房颤患者miR-126水平明显低于正常组。心衰合并房颤患者的miR-126水平显著低于心衰或房颤患者。同时，房颤患者的N末端脑钠肽前体（NT-proBNP）水平低于心衰患者或心衰合并房颤患者。表明血清miR-126水平与疾病严重程度间具有相关性[21]。

miRNA-150（miR-150）在房颤发病中起重要作用。伴或不伴房颤的慢性收缩性心衰患者的血小板和血清中miR-150的表达均较低。与对照组相比，房颤患者血小板中miR-150的表达水平降低了约3.2倍。由此可推测miR-150的表达下降可能通过多种途径参与房颤的发生，包括心房重塑、炎症、血小板功能、血小板侵袭性和纤维化[22]。在一项前瞻性研究中发现，房颤患者血浆miR-150水平比正常组低2倍，房颤消融术后1月miR-150的表达水平比术前高3倍，表明miR-150的过量表达是具有保护作用的[23]。

4 MicroRNAs影响房颤自主神经重构

近期研究显示，miRNAs可以通过调节神经重构来启动和维持房颤。心脏电活动的变化与迷走神经刺激和乙酰胆碱释放变化密切相关。这些变化引起APD缩短，导致了房颤的进展[24]。miR-30d的过表达与房颤患者乙酰胆碱依赖性钾电流（IK+）的减弱有关，参与房颤的发生和发展[25]。miR-206的过表达通过上游调控SOD1的表达，促进自主神经重塑，增加活性氧（ROS）的产生并缩短AERP，增加房颤易感性[26]。据报道，在动物模型中使用GCH1抑制miR-206，进而通过四氢生物蝶呤（BH4）途径抑制心房自主神经重塑，从而抑制房颤的进展[7]。进一步证实了miR-206在房颤自主神经重塑中发挥了重要作用。

5 MicroRNAs作为房颤的生物标志物

心电图（ECG）是诊断房颤最常用方法之一。但由于心电图记录时间短，限制了对无症状房颤患者的诊断。因此，找出一类用于房颤早期诊断和治疗的生物标志物十分必要[27]。根据美国国立卫生研究院（NIH）和世界卫生组织（WHO）的规定，生物标志物是一种可以在血液、组织或其他体液中测量到的生物分子或其产物，可作为正常和异常身体功能的指标，或可以预测疾病的发生。目前，还没有合适的生物标志物用于房颤的早期诊断。循环血中miRNAs的高稳定性、敏感性、特异性使其可做为众多疾病早期诊断的生物标志物。在发现miRNAs在血液中的表达后，也报告了miRNAs在血清、血浆、红细胞、有核血细胞和血小板中的表达。血浆中的miRNAs在改变PH、高温或低温等极端条件下非常稳定，并能经受多次冻融循环和室温。miRNAs易在血清和血浆中检测，具有高度特异性和敏感性[28]。外源miRNAs在体内会被血浆中的核糖核酸酶（RNase）迅速降解，而由于miRNAs与高密度脂蛋白（HDL）结合或结合在微囊泡、外生体和凋亡小体中，因此它们对RNase活性具有抵抗力。循环血中miRNAs的稳定性以及在血浆和血清中易测得的特性，使其适合作为多种心脏疾病临床生物标志物，如冠心病、房颤、急性心肌梗死、高血压和心衰等[29]。此外miRNAs可调节多种参与房颤发生发展的基因[23]。因此，miRNAs可作为早期诊断房颤及预后的生物标志物。