郭美姿 綜述

(上海健康醫(yī)學(xué)院附屬周浦醫(yī)院老年科，上海201318)

MicroRNAs(miRNAs)是一類高度保守的長度約為22個核苷酸的小分子非編碼RNA，可特異性識別和結(jié)合靶mRNA 3’非編碼區(qū)，導(dǎo)致靶mRNA降解或者抑制其翻譯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)。人類基因組內(nèi)有1 500～2 000個miRNAs被鑒定，對至少一半的mRNA起調(diào)節(jié)作用。MiRNA作為基因的內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子，構(gòu)成復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

心力衰竭(heart failure，HF)是各種心臟疾病的終末階段，心臟生理和病理過程中涉及到眾多特異的miRNAs，miRNA在HF機(jī)制中的作用是近年來的研究熱點[1-2]。心臟代謝通路依賴多種代謝酶和氧化磷酸化的調(diào)節(jié)，心臟耗氧量大，能量供應(yīng)不足可導(dǎo)致HF。越來越多的證據(jù)表明miRNAs調(diào)節(jié)中心代謝通路，在能量穩(wěn)態(tài)的維持中具有重要作用。現(xiàn)對miRNAs介導(dǎo)的代謝調(diào)節(jié)與HF的相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述。

1 物質(zhì)代謝與能量代謝

心臟能量代謝穩(wěn)態(tài)是保持心臟組織結(jié)構(gòu)不斷更新和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)。慢性HF過程中往往伴隨著心肌能量代謝的改變，而能量代謝的改變也會影響慢性HF的病程進(jìn)展。

1.1 糖代謝

葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)是心肌細(xì)胞攝取葡萄糖的主要載體，對缺血心肌具有一定的保護(hù)作用，HF時GLUT4表達(dá)下降[3]。研究顯示， miR-133和miRNA let-7均可抑制GLUT4的表達(dá)。在左室肥大和HF的動物模型研究中發(fā)現(xiàn)高表達(dá)的miR-133通過靶基因KIF15降低GLUT4水平，減少心肌對胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取[4]。在糖尿病大鼠心肌中，抑制miRNA let-7可上調(diào)GLUT4增加糖攝取，通過Akt-mTOR通路對心肌的缺血再灌注損傷起保護(hù)作用[5]。miR-233則相反，通過上調(diào)GLUT4增加心肌糖攝取，其具體機(jī)制不明[6]。

MiR-208是心臟特異性的miRNAs，與心肌梗死和HF等心臟疾病關(guān)系密切[2]，HF患者普遍存在胰島素抵抗。Grueter等[7]報道m(xù)iR-208可通過MED13調(diào)節(jié)心肌代謝通路，甲狀腺激素是新陳代謝率、能量消耗和心臟收縮的主要決定因素。MED13是甲狀腺激素依賴的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)復(fù)合物的組成成分，調(diào)節(jié)心臟的核受體信號和能量穩(wěn)態(tài)。miR-208負(fù)調(diào)節(jié)MED13的表達(dá)。抑制miR-208或者在心臟特異性地過表達(dá)MED13，導(dǎo)致小鼠對高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖的抵抗并且提高胰島素敏感性和糖耐受，心肌細(xì)胞特異性敲除MED13則結(jié)果相反。

既往研究表明miR-199a和miR-214參與心肌疾病，并且在心肌重構(gòu)中作用明顯，但其機(jī)制不完全清楚。ELazzouzi等[8]認(rèn)為miR-199a～214基因簇與HF發(fā)生時的糖酵解增加有關(guān)。miR-199a～214基因簇位于染色體1上，嵌入一個大的名為DNM3os的非編碼RNA中，可抑制過氧化物體增殖物激活受體δ(PPARδ)。PPARδ在脂肪酸氧化到糖酵解轉(zhuǎn)變過程中起重要調(diào)節(jié)作用，心肌缺乏PPARδ可導(dǎo)致進(jìn)行性脂肪堆積、心肌肥厚和HF。心肌缺氧促進(jìn)DNM3os激活，miR-199a～214上調(diào)，隨之抑制了PPARδ表達(dá)，導(dǎo)致線粒體功紊亂，脂肪酸氧化能力下降。在生物力學(xué)應(yīng)激誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生HF中，沉默miR-199a～214處理組很明顯地提高了心功能并且恢復(fù)了線粒體脂肪酸氧化。由此可知，miR-199a～214復(fù)合物通過抑制PPARδ表達(dá)，促進(jìn)心臟代謝從健康時占主要地位的脂肪酸利用向HF時糖酵解增加方向轉(zhuǎn)變。

1.2 脂代謝

miRNAs作用于脂代謝的各個環(huán)節(jié)，有望成為限制心臟脂肪堆積的生物學(xué)靶點。miR-122是脂質(zhì)代謝中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，當(dāng)它表達(dá)下調(diào)可引起循環(huán)中膽固醇的下降，減少脂類合成和刺激脂肪酸氧化過程。HF時miR-122表達(dá)明顯下降[9]。在高脂飲食誘導(dǎo)的心肌肥厚中，miR-451通過抑制LKB1-AMPK通路加劇了心肌的脂質(zhì)毒性，促進(jìn)糖尿病心肌病的發(fā)生[10]。

miR-1是心臟表達(dá)最高的miRNA之一，在心臟發(fā)育與功能以及HF相關(guān)的心臟結(jié)構(gòu)重組中具有重要調(diào)節(jié)作用；多數(shù)研究認(rèn)為其對心肌肥厚和HF起保護(hù)效應(yīng)，在HF時水平下降[1]。miR-1靶點眾多，包括脂肪酸結(jié)合蛋白3(FABP3)，F(xiàn)ABP是細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，對其轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝的調(diào)節(jié)起重要作用。FABP3是心肌中含量最豐富的蛋白之一，也稱心型FABP，參與心肌能量代謝[11]。FABP3在心肌缺血缺氧發(fā)生后由心肌細(xì)胞釋放到血液中，是心肌損傷早期診斷的標(biāo)志物，F(xiàn)ABP3的循環(huán)水平與心肌miR-1負(fù)相關(guān)，可作為miR-1的非直接的生物標(biāo)志[11]。

1.3 線粒體中的能量代謝

線粒體通過產(chǎn)生ATP維持能量穩(wěn)態(tài)在心臟功能中具有關(guān)鍵作用，線粒體的功能障礙在HF的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，miRNAs作用于線粒體中能量代謝的多個環(huán)節(jié)影響ATP的產(chǎn)生。miR-210在HF循環(huán)中的水平明顯增高，缺氧誘導(dǎo)miR-210通過抑制鐵硫簇支架蛋白和細(xì)胞色素C氧化酶(COX)裝配蛋白影響線粒體和ATP的產(chǎn)生[12-13]。 Das等[14]報道，在培養(yǎng)的大鼠心室肌細(xì)胞上，miR-181c可進(jìn)入到心肌細(xì)胞線粒體內(nèi)并作用于其基因組，導(dǎo)致呼吸鏈復(fù)合體4重構(gòu)，線粒體功能障礙。miR-181c在線粒體內(nèi)的靶點是COX1的mRNA，結(jié)合在它的3’端非翻譯區(qū)。ADP-核糖基化樣因子2定位于線粒體ADP/ATP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，心肌細(xì)胞高表達(dá)miR-15b，通過作用于ADP-核糖基化樣因子2導(dǎo)致線粒體退化變性、ATP減少[15]。

1.4 代謝刺激調(diào)節(jié)miRNAs表達(dá)

值得關(guān)注的是miRNAs和代謝之間為雙向調(diào)節(jié)關(guān)系，miRNAs的表達(dá)受到不同環(huán)境刺激的影響。研究顯示高糖明顯減少了miR-126和 miR-375的表達(dá)[16-17]。棕櫚酸酯處理β細(xì)胞系MIN6B1和胰島，miR-34a 和miR-146的表達(dá)以時間和劑量依賴的方式減少。高脂飲食可提高肝臟miR-378的表達(dá)[18]。Guedes等[19]報道在高脂飲食誘導(dǎo)的心臟重構(gòu)中，miRNAs的表達(dá)特征發(fā)生改變。不同程度的高脂飲食分別導(dǎo)致miR-64、26、27和88等不同的miRNAs水平發(fā)生改變。

缺氧促進(jìn)了衰竭的心肌細(xì)胞從脂肪酸氧化為主到糖酵解增加的轉(zhuǎn)變以及心臟不良重構(gòu)。miRNAs受到缺氧的調(diào)節(jié)，由HIF-1α調(diào)節(jié)的miRNAs最近被稱為“低氧微小RNA(hypoxamiRs)”。心臟hypoxamiRs有miR-15、22、210、26b、34a、27 b、214、199 a、696、181c、484和223，在心臟低氧和能量代謝中具有重要調(diào)節(jié)作用；其中前五種hypoxamiRs被證實在缺氧導(dǎo)致的心臟重構(gòu)中起調(diào)節(jié)作用[20]。近期，Shi等[21]發(fā)現(xiàn)miR-223-IGF-IR信號在缺氧和壓力負(fù)荷誘導(dǎo)的右心室HF中的作用。miR-223在小鼠的肺和右心室中表達(dá)高于左心室，慢性缺氧調(diào)節(jié)miR-223在肺和右心室的表達(dá)。體外和在體實驗均證實缺氧導(dǎo)致miR-223表達(dá)顯著下降，其機(jī)制可能與C/EBPa有關(guān)。miR-223下調(diào)通過誘導(dǎo)胰島素樣生長因子-1受體(IGF-1R)和IGF-1信號傳導(dǎo)，以及PARP-1/DAN損傷信號傳導(dǎo)的過度活躍[22]，在HF的發(fā)生發(fā)展中促進(jìn)右心室功能不全和DNA損傷。

以上研究提示，miRNAs在代謝通路中可作為環(huán)境變化的能量感受器，從而適應(yīng)細(xì)胞、組織和器官的能量需求，在HF的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮促進(jìn)或保護(hù)作用。

2 去乙?；附閷?dǎo)的去乙?；?/h2>

蛋白質(zhì)在賴氨酸殘基的乙?；^程是廣泛而保守的翻譯后修飾，參與多種生物功能的調(diào)節(jié)。改變代謝通路中酶的乙?；癄顟B(tài)，可因長期不能滿足代謝需求導(dǎo)致HF[23]。乙?；?去乙?；钠胶馐艿揭唤M名為沉默調(diào)節(jié)蛋白家族(sirtuins，SIRTs)的去乙?；傅木o密調(diào)節(jié)。有趣的是，SIRTs表達(dá)也受到miRNAs的調(diào)控，意味著存在一個復(fù)雜的涉及到miRNAs功能、乙?；?去乙酰化異常、代謝改變和心功能不全的調(diào)節(jié)軸。

2.1 SIRTs調(diào)節(jié)代謝通路

哺乳動物SIRTs家族由SIRT1～7組成，具有去乙?；富钚院虯DP-核酸轉(zhuǎn)移酶活性，在能量代謝中發(fā)揮重要作用。SIRTs對心臟疾病和HF病理生理的影響也日益受到關(guān)注。SIRT1通過去乙?；⒓せ頟PARα，對心肌肥厚起保護(hù)作用[24]。SIRT2可以使Fox O3a去乙?；谘趸瘧?yīng)激和卡路里限制中發(fā)揮作用，在衰老和應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌肥厚中具有保護(hù)作用[25]。SIRT3是線粒體適應(yīng)性反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子，大量研究證明SIRT3功能缺失參與了心肌缺血再灌注損傷、心肌肥大和HF的病理進(jìn)程[26]。SIRT6是葡萄糖代謝和應(yīng)激抵抗的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可通過阻斷IGF-Akt信號傳導(dǎo)對心肌肥厚起負(fù)性調(diào)節(jié)作用，抑制心功能不全的進(jìn)展，在HF的發(fā)生發(fā)展中起保護(hù)效應(yīng)[27-28]。

2.2 miRNAs調(diào)節(jié)SIRTs

目前發(fā)現(xiàn)除SIRT4和SIRT5外，SIRTs作為miRNAs的靶點受其調(diào)節(jié)，其中SIRT1最受關(guān)注。SIRT1是miR-34a的直接靶點，miR-34a對心臟的老化和功能的調(diào)節(jié)具有重要作用[29-30]。miR-22在HF晚期增多，可通過SIRT1/PPAR途徑，誘導(dǎo)心肌肥厚促進(jìn)HF發(fā)生[31]。miR-195在心肌肥厚以及HF的早期和晚期階段均有上升。miR-195可直接結(jié)合并下調(diào)SIRT1，促進(jìn)棕櫚酸酯誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡[32]；沉默miR-195使SIRT1增多，緩和小鼠的糖尿病心肌病[33]。近年還發(fā)現(xiàn)，在衰竭的心肌中，升高的miR-195可通過直接抑制SIRT3來調(diào)節(jié)心肌代謝[34]。

上述研究提示SIRT可感受能量狀態(tài)的變化，并動態(tài)和內(nèi)在地調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝，保護(hù)心肌對抗代謝應(yīng)激。SIRT家族對心臟的保護(hù)效應(yīng)由其與細(xì)胞核以及線粒體協(xié)同進(jìn)行，miRNAs可通過Sirtuin介導(dǎo)的去乙?；{(diào)節(jié)衰竭心肌細(xì)胞的能量代謝。

3 問題與展望

miRNA調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)已被廣泛證明參與HF的發(fā)病機(jī)制，miRNA介導(dǎo)的代謝失常和能量平衡紊亂與HF相關(guān)的研究加深了這一認(rèn)識。然而此類研究大多僅限于動物實驗并且通常只涉及到某個通路的某個靶點，整個調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)還有待全面和進(jìn)一步深入闡明。隨著研究的迅速深入，miRNA在HF發(fā)生發(fā)展中對物質(zhì)、能量代謝及SIRTs的調(diào)節(jié)作用得到重視，同時也是充滿前景的潛在HF診斷指標(biāo)和治療靶點。