MicroRNA与心房颤动心肌纤维化关系进展

袁书国;何凤屏;徐新

【摘 要】微小RNA (MicroRNA,miRNA)是一类长度为18～25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.近来发现,miRNA与心房颤动有关,但具体调控机制尚未完全清楚.心房颤动发病机制非常复杂,其中心房肌纤维化被认为是心房颤动发生的重要病理基础.研究发

现,miRNA在心血管疾病心肌纤维化起重要作用,本文就miRNA与心房颤动心肌纤维化关系做一综述.

【期刊名称】《中国医药导报》 【年(卷),期】2013(010)012 【总页数】3页(P30-32)

【关键词】微小RNA;心肌重构;心肌纤维化;心房颤动 【作 者】袁书国;何凤屏;徐新

【作者单位】粤北人民医院心血管内科,广东韶关512026;广东医学院,广东湛江524000;粤北人民医院检验科,广东韶关 512026;粤北人民医院心血管内科,广东韶关512026 【正文语种】中 文 【中图分类】R541

心房颤动（简称房颤）作为最常见的心律失常之一，也是致死率、致残率的重要原因。心房颤动发生率随着年龄增长而增多，成人发病率为0.3%～0.4%，60～74岁老年人发病率高达8.0%～11.0%[1]。房颤的易感因素既包括年龄及其他器质性心脏病（心脏瓣膜病、高血压性心脏病、心肌病、冠心病等）或其他（甲状腺功能异常、酒精性心脏损害等），但发病机制尚未完全明确，其机制包括心房内电生理重构、结构重构、钙离子稳态失调、自主神经系统失调、炎症和氧化应激等因素[2-4]。房颤的病理解剖学基质主要是心房纤维化和心房扩张，早期主要表现为电重构及离子通道特征发生改变，随着病程进展，心肌细胞肥大，心房纤维化，胶原沉积等结构发生变化，提示心房纤维化形成在房颤心房结构重构改变起重要作用，最终促进房颤的发生与维持[5]。

微小RNA（MicroRNA或miRNA）是新发现的一类内源性非编码小RNA，它通过与靶mRNA的互补配对在转录后水平对基因的表达进行负调控。miRNA通过对编码房颤电重构和结构重构基因调节，参与房颤的发生和维持，表现为促房颤或抗房颤、促纤维化或抗纤维化、促凋亡或抗凋亡。大量能调控离子通道、钙转运调控蛋白、层粘连蛋白和整合素及其他相关蛋白基因的miRNA已经不断被发现，提示miRNA有可能是房颤的新机制。 1 MicroRNA概述

1.1 MicroRNA的生成及功能

MicroRNA是一类长度为18～25个核苷酸的内源性非编码小RNA。miRNA在细胞核内编码miRNA的基因转录成初始 miRNA（pri-miRNA）。Pri-miRNA在Drosha RNase的作用下，剪切为具有茎环结构的pre-miRNA。Pre-miRNA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酶的作用下，premiRNA被剪切成21～22个核苷酸的双链miRNA，这

种双链随即被引导进入沉默复合体中，双链解螺旋，其中一条成熟的单链miRNA保留在这一复合体中，另一条链立即被降解。

成熟的miRNA通过与靶基因mRNA分子的3'端非编码区域（3'UTR）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miRNA可以调控多个基因的表达，也可以通过几个miRNAs的组合来精细调控某个基因的表达，miRNA可能通过多元化途径调控靶基因表达。 1.2 MicroRNA在心脏中的表达

1993年，Lee等[6]首次发现miRNA，命名为lin-4。以后不断发现新的成员，到目前为止，相关数据库已公布8600个成熟的 miRNA，其中220种在心脏组织中表达，这些小分子miRNA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。Xiao等[7]通过miRNA芯片筛选结合核酸印迹验证的方法，以二尖瓣狭窄伴发房颤的患者右心耳与健康人右心耳比较，发现差异表达的miRNA共136个，包括50个显著上调，86个显著下调。提示miRNA与房颤的发生与维持相关。目前发现miRNA不仅参与房颤的电重构，也参与房颤的结构重构。心肌纤维化是房颤重要的结构基础，miRNA如何调控房颤心肌纤维化，其作用机制尚未完全清楚。

2 MicroRNA与心肌纤维化

心房结构重构表现为心房增大、心肌纤维化、缝隙连接蛋白表达和分布改变、细胞凋亡等组织结构改变。心房局部间质纤维化可导致电传导不均一，有助于局部转导阻滞或折返，为房颤的发生和维持提供了病理基础。心房比心室更易于纤维化，其中包括5个途径：转化生长因子-β1（transformin growth factor-β1，TGF-β1）[8]； 结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）[9]；肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）[10]；炎症因子[11]；缝隙连接蛋白[12]；基质金属蛋白酶（MMPs）[13]。MicroRNA参与调节上述多条纤维化信号通路的心

肌纤维化过程。因此通过调控MicroRNA的表达，可以预防和逆转心肌纤维化。 2.1 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。朱瓦力等[14]进一步研究发现，在房颤患者中miRNA-21的表达水平较对照组显著增高，MMP-2蛋白表达水平上调，影响胶原代谢，促进心房纤维化，影响房颤的电重构，增加房颤发生的可能性。Lasky等[15]发现，房颤患者左心室心肌组织miRNA-21表达量增加2.5倍以上，Spry1蛋白表达量下降，而心房肌胶原蛋白含量与miRNA-21的表达呈正相关，miRNA-21调节ERK-MAP激酶信号通路，下调Spry1的表达，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。Ruperez等[16]在心肌梗死的小鼠模型中，抗miRNA-21可使miRNA-21表达明显下调，而房颤持续的时间明显缩短，心房纤维组织含量也明显降低。综上所述，miRNA-21可能通过多种作用途径参与房颤的形成，成为干预房颤发生的新的靶点。 2.2 MicroRNA-133

MicroRNA-133通过多途径参与心肌纤维化的形成。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，CTGF表达水平增加，细胞外基质合成增加，促进心肌纤维化的形成；而miRNA-133过表达，则CTGF表达水平减少。CTGF被认为在心肌纤维化过程中起重要作用。Shan等[18]发现尼古丁注射犬房颤患者心肌miRNA-133和miRNA-590表达明显下调，而TGF-β1和转化生长因子β受体Ⅱ（TGF-βRⅡ）表达明显上调，进一步研究证实，miRNA-133和miRNA-590过表达通过转录后抑制靶基因TGF-β1和TGF-βRⅡ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。 2.3 microRNA-30

CTGF是一种通过调控细胞外基质促心肌纤维化诱导蛋白[19]，在心纤维化过程中的起关键作用。Gu等[20]在人工培养的成熟心房肌纤维母细胞，血管紧张素Ⅱ诱导的TGF-β1/Smad信号通路的激活及CTGF表达的增加，发现CTGF通过促进心房纤维化，在房颤的结构重构发挥重要作用。提示CTGF在心肌纤维化过程中起重要作用，也可能成为逆转AngⅡ-诱导心肌纤维化的一个新的靶点。Duisters等[21]发现在培养的心肌细胞和成纤维细胞，敲除miRNA-30，伴随CTGF表达水平的增加。而miRNA-30过度表达，则CTGF表达水平降低，伴随胶原蛋白生成的减少。进一步研究，miRNA-30直接作用于CTGF的3'非翻译区结合而抑制其表达。提示miRNA-30通过抑制CTGF基因的表达，减少纤维蛋白合成，抑制心肌纤维化，促进心房结构重构。 2.4 microRNA-29

miRNA-29家族包括 miRNA-29a、miRNA-29b及miRNA-29c，是一个与纤维化疾病紧密相关的小分子，在心、肝、肺纤维化、系统性硬化等[22]发挥着重要的作用。有研究者在肾脏纤维化形成过程中发现，TGF-β1可以抑制表达的miR-29家族表达下调，从而促进ECM成分的表达。Rooij等[23]发现，在小鼠心梗模型及人心肌梗死区周围瘢痕组织中miRNA-29家族表达下降，而胶原蛋白，微纤维蛋白和弹性蛋白明显上调。体内外诱导miRNA-29表达上调，可使心肌纤维母细胞胶原表达减少；而miRNA-29的表达下调，则Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和原纤蛋白miRNA水平明显增高。表明miRNA-29是调节心肌纤维化的重要因子。进一步研究发现，房颤患者心房组织miRNA-29a表达降低，且与左房内径及房颤持续时间呈负相关，其表达降低可能是房颤时 TGF-β1的表达有关。miRNA-29a表达受到抑制，其抗纤维化作用被削弱，心房纤维化增加，使得房颤得以发生维持[24]。 2.5 MicroRNA-1

MicroRNA-1通过多种作用途径参与心律失常。Yang等[25]发现，miRNA-1主

要通过调节靶基因 GJA1和 KCNJ2，从而抑制缝隙连接蛋白43（Connexin43）和K通道亚单位Kit2.1的编码，使心脏电信号传导减慢，导致心律失常的发生。朱瓦力等[14]在风湿性心脏病外科瓣膜置换术的治疗患者，房颤心肌组织miRNA-1表达量显著减少，而Kir2.1蛋白表达呈明显的负相关，miRNA-1可能通过参与钾离子通道电重构，进一步影响心房组织的电重构。另有发现，房颤患者心房肌组织中，miRNA-1表达上调可影响心房肌胶原纤维的含量变化，促进心房结构重构。提示miRNA-1可能参与房颤的形成。 2.6 MicroRNA-223

Lu等[26]通过研究发现，风湿性心脏病合并房颤及心房快速起搏致犬房颤模型中miRNA-223、miRNA-328、miRNA-664表达都较对照组增高2倍以上，miRNA-223在房颤患者明显升高。张莹等[27]也发现，犬房颤模型组与假手术组相比有10个MicroRNAs有表达差异，其中miRNA-223也明显升高，miRNA-223参与房颤的具体作用机制尚不清楚，可能是我们以后研究的一个新的方向。 除了上述MicroRNAs外，其他如miRNA-208在心肌梗死中具有促纤维化作用，也可能促进房颤心肌纤维化的形成[28]。 3 展望

房颤是心血管疾病的常见病、多发病，发病率高，致残率高。目前房颤的治疗手段多样，包括使用钙通道阻滞剂、抗氧化治疗、血管紧张素抑制剂、血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂、醛固酮拮抗剂等对治疗房颤疗效欠佳，导管消融复发率高、维持窦性心律难。发病机制非常复杂，其中心肌纤维化被认为是房颤发生的重要作用机制之一。MiRNA通过参与多条信号途径调控房颤患者心肌纤维化过程，联合检测房颤的miRNA的表达，可能为房颤的危险分级提供参考依据，因此研究房颤患者miRNA的表达水平及具体作用机制，通过调控miRNA的表达，预防和逆转心肌纤维化。因此，miRNA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。 [参考文献]

[1]Murphy NF，Simpson CR，Jhund PS，et al.A national survey of the prevalence，incidence，primary care burden and treatment of atrial fibrillation in Scotland[J].Heart，2007，93：606-612.

[2]Krogh Madsen T，Abbott GW.Effects of electrical and structural remodeling on atrial fibrillation maintenance：a simulation study[J].PLos Com put Biol，2012，8（2）：1002390.

[3]Friedrichs K，Baldus S，Klinke A.Fibrosis in atrial fibrillation-role of reactive species and MPO[J].Front Physiol，2012，3：214.

[4]Zhao F，Zhang S，Chen L.Calcium-and integrin-binding protein-1 and calcineurin are upregulated in the right atrial myocardium of patients with atrial fibrillation[J].Europace，2012，14（12）：1726-1733. [5]Spach MS.Mount ing evidence that fibrosis generat es a major mechanism for atrial fibrillation[J].Circ Res，2007，101（8）：743-745. [6]Lee RC，Feinbaum RL，Ambros V，et al.The C.elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14[J].Cell，1993，75（5）：843-854.

[7]Xiao J，Liang D，Zhang Y，et al.MicroRNA expression signature in atrial fibrillation w ith mitral stenosis[J].Physiol Genomics，2011，43（11）：655-664.

[8]Ia CY，Li HH，Zhu XC，et al.MiR-223 suppresses cell proliferation by targeting IGF-1R[J].PLoS One，2011，6：27008.

[9]Ko WC，Hong CY，Hou SM，et al.Elevated expression of connective

tissue growth factor in human atrial fibrillation and angiotensin II-treated cardiomyocytes[J].Circ J，2011，75（7）：1592-1600. [10]Khatib R，Joseph P，Briel M，et al.Blockade of the renin-angiotensinaldosterone system（RAAS）for primary prevention of non-valvular atrial fibrillation：a systematic review and meta analysis of randomized controlled trials[J].Nt J Cardiol，2012，13：1156.Epub ahead of print.

[11]Roy S，Khanna S，Hussain SR，et al.MicroRNA expression in response to murine myocardial infarction：miR-21 regulates fibroblast

metalloprotease-2 via phosphatase and tensin homologue[J].Cardiovasc Res，2009，82（1）： 21-29.

[12]Luo MH，Li YS，Yang KP.Fibrosis of collagen I and remodeling of connexin 43 in atrial myocardium of patients with atrial fibrillation[J].Cardiology，2007，107（4）：248-253.

[13]单鸿波，李悦，李为民.基质金属蛋白酶及其组织抑制因子与心房纤颤心房结构重构的关系[J].中国心脏起搏与心电生理杂志，2007，21（2）：170-172. [14]朱瓦力，伍伟锋.心房颤动患者心房组织中微小RNA-21和金属基质蛋白酶-2表达水平改变及意义[J].中华心律失常学杂志，2011，15（12）：131-135. [15]Lasky JA，Ortiz LA，Tonthat B.Connective tissue growth factor mRNA expression is upregulated in bleomycin-induced lung fibrosis[J].Am J Physiol，1998，275：365-371.

[16]Rupérez M，Lorenzo O，Blanco CLM.Connective tissue growth factor is a mediator of angiotensin II-induced fibrosis[J].Circulation，2003，108（12）：1499-1505.

[17]Duisters RF，Tijsen AJ，Schroen B，et al.MicroRNA-133 and

microRNA-30 regulate connective tissue growth factor：implications for a role of microRNAs in myocardial matrix remodeling[J].Circ Res，2009，104（2）：170-178.

[18]Shan H，Zhang Y，Lu Y，et al.Downregulation of microRNA-133 and microRNA-590 contributes to nicotine-induced atrial remodelling in canines[J].Cardiovasc Res，2009，83（3）：465-472.

[19]Lasky JA，Ortiz LA，Tonthat B，et al.Connective tissue growth factor mRNAexpressionisupregulatedinbleomycin-inducedlungfibrosis[J].Am J Physiol，1998，275（2 Pt 1）：365-371.

[20]Gu J，Liu X，Wang QX，et al.Angiotensin Ⅱ increases CTGF

expression via APKs/TGF-β1/TRAF6 pathway in atrial fibroblasts[J].Exp Cell Res，2012，318（16）：2105-2015.

[21]Duisters RF，Tijsen AJ，Schroen B.miR-133 and miR-30 regulate connective tissue growth factor：implications for a role of microRNAs in myocardial matrix remodeling[J].Circ Res，2009，104（2）：170-178. [23]Rooij E，Sutherland LB，Thatcher JE，et al.Dysregulation of microRNAs after myocardial infarction reveals a role of microRNA-29 in cardiac fibrosis[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105：13027-13032. [24]DavisBN，HilyardAC，LagnaG，etal.SMADproteinscontrolDROSHA-mediated microRNA maturation[J].Nature，2008，454（7200）：56-61. [25]Yang BF，Lin H，XiaoJ，et al.Themusclespecificm icroRNA miR-1 regulates cardiac arrhythmogenic potentialby targeting GJA1 and KCNJ2[J].Nat Med，2007，13（4）：486-491.

[26]Lu Y，Zhang Y，Wang N，et al.MicroRNA-328 contributes to adverse electrical remodeling in atrial fibrillation[J].Circulation，2010，122（23）：2378-2387.

[27]张莹，张勇，蔡本质，等.microRNA在犬心房纤颤模型中的变化[J].哈尔滨医科大学学报，2007，41（2）：92-94.

[28]Luo X，Zhang H.Regulation of human cardiac ion channel genes by microRNAs：theoretical perspective and pathophysiological implications[J].Cell Physiol Biochem，2010，25（6）：571-586.