MicroRNA及lncRNA在心肌纤维化中的研究进展

[摘要] 心肌纤维化是指心肌组织结构中胶原纤维过度积聚的过程。近年来，非编码RNA包括小RNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）对心肌纤维化的调控作用逐渐成为研究热点。miRNA及lncRNA通过多种信号通路及机制调控心肌纤维化的发生和发展。本文对近年来miRNA和lncRNA在心肌纤维化中的机制及研究进展进行了综述。

[关键词] 心肌纤维化；非编码小RNA；长链非编码RNA；信号通路

[中图分类号] R542.23 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）07（c）-0038-04

[Abstract] Myocardial fibrosis is the process of excessive accumulation of collagen fibers in myocardial tissue. In recent years， the role of non coding RNA including small RNA （miRNA） and long non-coding RNA （lncRNA）， has become a hot topic. miRNA and lncRNA regulate the occurrence and development of myocardial fibrosis by activating multiple signaling pathways and mechanisms. This article reviews the mechanism and research progress of miRNA and lncRNA in myocardial fibrosis.

[Key words] Myocardial fibrosis； Micro RNA； lncRNA； Signaling pathway

心肌纤维化是指心肌组织结构中胶原纤维的过度沉积过程，主要表现为细胞外基质的合成和降解失衡，间质中各种类型的胶原比例失衡，排列紊乱。当心肌成纤维细胞长期受到低灌注、高压力和炎症等因素的刺激后，可以转化为肌成纤维细胞。此过程中，多种促炎因子如结缔组织生长因子（CTGF）、基质金属蛋白酶（MMPs）、白介素-6（IL-6）等表达升高，从而使得炎性细胞浸润、纤维母细胞增殖并迁移，同时胶原蛋白以及细胞外基质蛋白沉积加重，并且形成瘢痕。在心肌成纤维细胞受到刺激向肌成纤维细胞转化的初始阶段，其对心脏结构的完整性具有一定保护作用，但随着肌成纤维细胞数量不断增多，引起心脏顺应性逐渐降低，心脏功能受到严重影响[1]。

非编码RNA（ncRNA）是指不编码蛋白质的RNA，主要包括：核糖体RNA（rRNA）、细胞内小核RNA（snRNA）、非编码小RNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）等。其中，miRNA和lncRNA是ncRNA家族中的两个重要成员，与多种疾病相关并且广泛参与机体多种调节过程。近年来，越来越多的研究发现miRNA和lncRNA对心肌肥厚、心肌纤维化、心肌梗死等心脏相关疾病的发生发展具有调控功能，对维持心脏正常的生理功能发挥着重要作用。本文主要对miRNA和lncRNA对心肌纤维化的调控及机制进行了阐述。

1 miRNA和lncRNA的作用机制

1.1 miRNA的作用機制

miRNA是一类长度约为20个核苷酸的小分子RNA。在真核生物中广泛存在，并且通过调节细胞的增殖、分化等生命过程参与到癌症、心脏重构等多种疾病的进程中。miRNA调控机体的作用机制主要表现为：miRNA可通过碱基互补配对的方式与mRNA的3"端非翻译区（3"UTR）结合。miRNA对mRNA的抑制与两者之间的互补程度密切相关，若miRNA能与靶基因完全结合则切断靶基因进而降解mRNA，若部分结合则可抑制mRNA的翻译从而阻碍基因的表达，另外两种作用方式也可同时存在来抑制基因的表达[2-4]。因此，会出现一个miRNA调节多个靶基因或多个miRNA共同调节一个靶基因而发挥其对mRNA的作用[5]。

1.2 lncRNA的作用机制

随着对lncRNA的深入研究，人们发现lncRNA也可参与调控细胞功能等进程。研究表明lncRNA主要通过表观遗传学、转录和转录后调控等过程来影响基因的表达[6-7]。①表观遗传学调控，lncRNA可通过其特异性的结构或序列招募染色质重构复合体到基因组DNA上的特定位点，进而控制基因的表达；②转录调控，首先，lncRNA可通过与polⅡ结合来抑制DNA的表达，lncRNA也可通过和DNA结合形成三螺旋结构来调控基因的表达，lncRNA还可以通过与转录因子或招募转录相关因子到靶基因上，进而调节靶基因的转录过程等；③转录后的调控，lncRNA可参与到miRNA的转录后调控中，这调控过程主要和pre-mRNA相关，在miRNA剪切调控过程中antisense lncRNA可与mRNA靶位点结合进而影响剪切体与之结合从而控制mRNA的剪切过程。

2 miRNA和lncRNA调控心肌纤维化

心肌纤维化与心肌梗死、心肌肥厚等多种心血管疾病紧密相连，严重可导致心力衰竭以及心源性猝死等。近年来研究发现，多种miRNA和lncRNA对心肌纤维化均有调节作用。进一步研究表明miRNA和lncRNA可通过多种机制调节成纤维细胞的增殖、分化、炎性因子的分泌以及胶原沉积等过程，从而调控心肌纤维化的发展进程。随着对miRNA和lncRNA研究深入，其有望成为心肌纤维化药物治疗的新靶点。

2.1 mRNA对心肌纤维化的调控

2.1.1 miR-328与心肌纤维化 Du等[8]研究发现，在左前降支梗死诱导心肌纤维化的小鼠心肌组织中，miR-328的表达显著升高。体外研究发现上调miR-328的表达后，TGF-β1和p-SMAD2/ SMAD3的表达水平升高，胶原蛋白的沉积明显升高。进一步研究发现miR-328与TGFβRⅢ的结合负向调控由TGF-β1与TGFβRⅢ结合产生的抗心肌纤维化作用，从而影响心肌纤维化。这些发现表明miR-328可能成为治疗心肌纤维化的新靶标。

2.1.2 miR-24与心肌纤维化 Wang等[9]和Chen等[10]研究发现，miR-24对心肌梗死引起的心肌纤维化具有保护作用。小鼠心肌内注射慢病毒包装的miR-24两周后，心肌梗死小鼠的心脏功能明显改善，心肌梗死区纤维化程度显著降低。细胞水平研究发现，miR-24可以抑制心肌成纤维细胞的迁移。当上调miR-24时，纤维化相关的因子如collagen-I、TGF-α1、p-SMAD2/3表达受到抑制。进一步研究发现，miR-24是通过降解Furin蛋白酶（TGF-成熟体形成的关键酶）的mRNA，进而调控心肌纤维化。Guo等[11]研究进一步证实，miR-24可抑制心肌梗死区的纤维化程度。以上研究为miR-24成为心肌纤维化治疗的新靶点提供了参考。

2.1.3 miR-21与心肌纤维化 研究发现，miR-21在心肌成纤维细胞中处于高表达状态，并且对心肌纤维化具有一定调控作用。上调miR-21的表达可以引起心肌成纤维细胞的异常增多，从而诱导产生心肌纤维化[12-13]。研究发现，Spry1是miR-21的靶基因。Spry1对丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/细胞外信号调节激酶（extracellular-signa1-regulated kinase，ERK）信号通路具有抑制作用，从而负向调控成纤维细胞的存活以及生长因子的分泌。因此，miR-21通过抑制Spry1的表达，从而促进心肌纤维化，影响心脏功能。

2.1.4 miR-208a与心肌纤维化 miR-208a是心肌特有的miRNA，对心肌梗死、心肌纤维化等病理过程均具有调节作用。在急性心肌梗死诱发的心肌纤维化模型小鼠中，miR-208a的表达升高，β-MHC以及Endoglin的表达也明显升高。有研究表明，内皮因子是TGF-β信号通路的一个辅助性受体，抑制内皮因子的表达可以影响TGF-β1促进心肌纤维化的作用。通过以上研究表明，miR-208a可能通过增加内皮因子的表达影响心肌纤维化[14-16]。

2.1.5 miR-489与心肌纤维化 Wang等[17]研究发现miR-489对心肌肥厚和心肌纤维化具有抑制作用[18-19]。在诱导成纤维细胞构建的纤维化模型中，miR-489的表达降低。在体水平，上调miR-489的小鼠心肌组织中纤维化程度显著降低，并发现骨髓分化响应基因88即Myd88（myeloid differentiation primary response gene 88）是mir-489的下游靶点。miR-489表达升高时，Myd88的表达下降，反之亦然。有研究表明，Myd88影响心脏病理过程，对缺血再灌注引起的心肌梗死有一定的影响作用，抑制Myd88可减少心肌梗死的面积[20-21]。以上研究证实，miR-489可能通过调控下游靶点Myd88来调节由心肌梗死引起的心肌纤维化。

2.2 lncRNA对心肌纤维化的调控

近年来，人类和小鼠心脏组织测序研究发现，lncRNAs可以动态调控疾病的发生和发展。在人类的心脏组织中lncRNA的表达总量达到18 480个，其中600个lncRNAs在缺血性或非缺血性心力衰竭、心肌纤维化的心脏组织中差异表达。尽管，大量lncRNAs在心脏组织中高表达，但是有关其功能特点仍旧知之甚少。目前，仅有少数的lncRNA被报道与心肌纤维化相关。

2.2.1 lncRNA CHRF与心肌纤维化 有研究表明，在TAC模型小鼠的心肌组织中lncRNA CHRF显著升高[17]。lncRNA CHRF是一种进化的保守型lncRNA，在各种组织中广泛表达。在人源心力衰竭的心肌组织样本中，lncRNA CHRF表达上调[22]。Wang等[17]研究发现，CHRF可作为内源性“海绵体”吸附miR-489，由于被吸附抑制，miR-489的表达降低，从而调节心肌肥厚。而在miR-489高表达小鼠的心肌组织中，通过AngⅡ诱导后检测其纤维化程度，发现纤维化程度显著降低。因此lncRNA CHRF在心肌纤维化中的作用值得探索。

2.2.2 lncRNA H19与心肌纤维化 lncRNA H19由印记基因编码，分布于胞质和胞核中。H19的表达量在胚胎时期达到峰值，随着发育，表达量逐渐降低，但在肌肉和软骨组织中仍具有较高表达量。H19在多种肿瘤中表達升高，对细胞衰老、增殖与发育起到调控作用。近年研究发现，H19在心肌组织中具有表达，并对心肌肥厚、心力衰竭、心肌纤维化等心脏疾病具有调控作用[23]。双特异性蛋白磷酸酶5（DUSP5）是一种核磷酸酶，可通过ERK1/2信号通路抑制细胞的增殖[24]。Tao等[25]研究发现，H19通过负向调控DUSP5基因的表达，从而影响心肌纤维化。在体水平，在通过注射异丙肾上腺素诱导的小鼠心肌纤维化组织模型中，H19表达升高，DUSP5表达降低。细胞水平，给予AngⅡ诱导的心肌纤维化模型中，H19和DUSP5的表达变化趋势与在体一致。进一步研究表明，在纤维化模型中ERK1/2的磷酸化水平升高，并且这一过程受到DUSP5调控。因此，H19通过抑制DUSP5的表达，促进p-ERK1/2的表达，进而促进心肌纤维化。

2.2.3 lncRNA MIAT对心肌纤维化的调节机制 心肌梗死相关转录本（MIAT）又称为RNCR2（retinal non-coding RNA 2）或是Gomafu，其编码基因位于染色体22q12.1位点，MIAT仅表达分布在细胞核中。MIAT结构中包含UACUAAC重复序列，该序列也是发挥功能的重要结合位点。有研究表明，MIAT对心肌肥厚和心肌纤维化均具有调控作用。Frade等[26]研究发现，在小鼠纤维化模型中，心肌组织中的MIAT表达明显升高。给予敲减MIAT的质粒后，其心肌组织的纤维化程度显著降低，且纤维化相关因子如：col1、col3的mRNA以及蛋白水平均表达下调。进一步研究发现，抑制MIAT的表达后，可上调miR-24的表达。且MIAT与miR-24有结合位点。MIAT可以作为内源性RNA竞争性抑制miR-24的表达，从而激活Furin/TGF-β1信号通路，进而影响心肌纤维化。

2.2.4 其他 隨着lncRNA研究探索的深入，与lncRNA研究相关的技术也不断发展。Qu等[27]利用lncRNA芯片技术，筛选出多个在心肌纤维化组织中差异表达的lncRNAs。利用qRT-PCR技术对差异表达的lncRNAs进行验证，发现例如NONMMUT030245等9个lncRNAs表达上调，而NONMMUT036355等5个lncRNAs表达下调。但其具体机制，仍需进一步探索。该团队的研究提供了多种可能调控心肌纤维化的lncRNAs，为心肌纤维化的调控机制增添新的思路，对lncRNA调控新机制的发现具有铺垫性意义。

3 展望

近年来，miRNA和lncRNA在心肌纤维化中的作用和影响逐渐被人们发现并重视。人们已经了解一些miRNA和lncRNA对心肌纤维化发生和发展具有的作用（表1），并且多项研究结果不断完善了这一过程的分子机制，为心肌纤维化的诊断、治疗等提供新的思路和方法。然而，心肌纤维化是一个复杂的病理过程并且相关调节因素众多，而lncRNA和miRNA与靶基因的调节方式也为具体机制的研究提高了难度。另外，lncRNA与miRNA之间又有怎样的调节关系、其又受那些因素影响均需要进一步的研究探索。因此，深入研究miRNA和lncRNA在心肌纤维化中的作用机制至关重要，也为治疗心肌纤维化提供更深入的理论依据。

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