王國余 王曄玲

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院心血管內(nèi)科,吉林 長春 130021)

老齡是眾多心血管系統(tǒng)疾病的獨立危險因素之一。老齡時心血管系統(tǒng)的形態(tài)及功能均會發(fā)生相應(yīng)改變，具體表現(xiàn)為左心室壁肥厚,心臟竇房結(jié)功能減低，大動脈管腔增大，血管壁增厚，血管壁僵硬度增加，內(nèi)皮功能紊亂〔1,2〕。而且多種復(fù)雜的調(diào)控機制參與到了上述老化過程。miRNA是一類內(nèi)源性、高度進化保守的非編碼小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平對靶基因進行負向調(diào)控。新近的一些研究表明miRNAs參與了心血管系統(tǒng)老化過程中基因表達的調(diào)控過程。本文就與心血管系統(tǒng)老化過程中參與調(diào)節(jié)作用的相關(guān)miRNAs及其功能做一總結(jié)。

1 miRNA

miRNA是一類內(nèi)源性非編碼小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制靶基因表達。miRNA基因多位于內(nèi)含子區(qū)域,但也可位于間隔區(qū)。在細胞核內(nèi)編碼miRNA的基因首先在RNA聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄生成具有帽子結(jié)構(gòu)和多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA。后者在RNA內(nèi)切酶Ⅲ(DROSHA)和DGCR8蛋白的作用下生成含有約70個核苷酸并帶有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的pre-miRNA。隨后pre-miRNA在轉(zhuǎn)運蛋白Exportin-5的作用下轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)。在細胞質(zhì)中，另一種RNA內(nèi)切酶Ⅲ，DICER將pre-miRNA進一步處理加工成含有19～25個核苷酸的雙鏈miRNA。雙鏈中的一條鏈與RNA誘導(dǎo)的基因沉默復(fù)合物(RISC)中的Ago2相結(jié)合，進而與靶miRNA中的效應(yīng)元件(MREs),即mRNAs 3′端非編碼區(qū)(UTR)內(nèi)可與miRNA互補的序列相結(jié)合。miRNA與MRE的完全互補結(jié)合則靶mRNA被降解，而多數(shù)miRNA與靶mRNA中MRE部分互補結(jié)合而阻斷mRNA翻譯過程〔3〕。

作為一類具有調(diào)控作用的小分子，miRNAs有著廣泛的調(diào)節(jié)功能，參與細胞分化、增殖、凋亡及多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程。近些年miRNAs在調(diào)節(jié)衰老方面的作用正逐步被研究者們所認識。眾多研究發(fā)現(xiàn)，在老化過程中許多miRNAs的表達發(fā)生變化，其中一些miRNAs已被證實在衰老過程中執(zhí)行調(diào)控作用。miRNAs在心血管系統(tǒng)老化過程中的調(diào)控作用也正被人們所熟知。

2 老齡化血管中miRNAs的改變

老齡時血管系統(tǒng)發(fā)生重構(gòu)，多種miRNAs參與了其調(diào)控過程。將人類臍靜脈內(nèi)皮細胞持續(xù)性傳代培養(yǎng)，然后通過基因芯片技術(shù)對miRNAs的表達譜進行檢測，發(fā)現(xiàn)miR-21,miR-216,miR-217,miR-181b,miR-31b,miR-34a的表達上調(diào)〔4〕,然而miR-17-92家族成員的表達下調(diào)〔5〕。在老齡鼠的主動脈內(nèi)，與炎癥反應(yīng)及造血作用相關(guān)的miRNAs,miR-146,miR-142-3p和miR-223及調(diào)控基質(zhì)生成相關(guān)的miRNA，miR-29家族的表達明顯上調(diào),然而在凋亡內(nèi)皮細胞中高度表達的miRNAs，如miR-181c/d和miR-31的表達卻下調(diào)〔6〕。體外培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞與血管組織中miRNAs表達量的差異可能是因為血管組織含有除內(nèi)皮細胞外的多種成分所致。說明同一種miRNA在血管老化過程中參與多種成分的調(diào)控過程。當然，在這些老齡時表達改變的miRNAs中，部分特定的miRNAs已經(jīng)有了深入的研究。

2.1miR-29在老齡相關(guān)的血管重構(gòu)中的作用 Boon等〔6〕通過基因芯片的方法對比老齡和年輕小鼠主動脈中miRNAs的表達譜發(fā)現(xiàn)miR-29家族中miR-29a、miR-29b和miR-29c的表達明顯上調(diào)。此外，在通過傳代培養(yǎng)的衰老內(nèi)皮細胞中，miR-29a的表達明顯上調(diào)〔4〕。miR-29家族已被證實，可以抑制心臟和肝臟中基質(zhì)蛋白的合成。老齡小鼠主動脈中miR-29家族表達上調(diào)參與膠原蛋白及彈性蛋白這些細胞外基質(zhì)蛋白的合成降低的調(diào)控過程〔6〕。細胞外基質(zhì)的減少可以引起動脈瘤的形成，而動脈瘤是與老齡密切相關(guān)的血管疾病。在血管緊張素-Ⅱ誘導(dǎo)老齡小鼠的動脈瘤模型中miR-29族，尤其是miR-29b的表達明顯增加；而且通過anti-miRs抑制miR-29的表達，主動脈中基質(zhì)蛋白的表達增加〔6,7〕。然而，需要注意的是，抑制全身miR-29的表達可能導(dǎo)致纖維增生及腫瘤的增殖，因此,通過抑制miR-29的表達而干預(yù)主動脈瘤形成要確保局限于局部組織中。

2.2miR-34a在動脈老化中的作用 眾多研究說明miR-34a參與內(nèi)皮細胞的衰老過程。Ito等〔8〕在通過傳代培養(yǎng)的衰老內(nèi)皮細胞及老齡鼠的心臟中發(fā)現(xiàn)MiR-34a的表達均增加。老齡冠心病患者冠狀動脈分離出的內(nèi)皮祖細胞中miR-34a的表達也上調(diào)〔9〕，這說明這種miRNA參與調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)老化過程。miR-34a的過度表達可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞及骨髓來源內(nèi)皮祖細胞的衰老，抑制內(nèi)皮細胞增殖、抑制骨髓來源內(nèi)皮祖細胞的新生血管作用〔8,10,11〕。在活體內(nèi)抑制miR-34a的表達可以減少骨髓來源的促血管生成細胞的死亡，同時抑制miR-34a的表達可以通過提高心肌細胞的功能而改善急性心肌梗死后的心功能〔11〕。在內(nèi)皮細胞及內(nèi)皮祖細胞中，miR-34a主要通過對SIRT1進行靶向調(diào)節(jié)而發(fā)揮其作用〔8～10〕。SIRT1是一個與細胞分化、衰老、凋亡和能量代謝密切相關(guān)的NAD+依賴的組蛋白去乙酰化酶。SIRT1對維持內(nèi)皮細胞正常功能及缺血后新血管生成是必不可少的，而且可以減少細胞凋亡及延長壽命〔12〕。此外，抑制miR-34a的表達可以增加抗凋亡Bcl-2及一些細胞周期調(diào)控因子如Cdk4及Cyclin D2的表達〔11〕。

老齡時miR-34a表達上調(diào)的機制尚未明了。研究〔13〕發(fā)現(xiàn)p53可以促進編碼miR-34家族成員的表達，并促進miR-34a的形成。但是沒有p53干預(yù)，miR-34的表達也可以增加〔11〕。已知p53參與調(diào)節(jié)衰老相關(guān)的調(diào)控通路,故推測p53可能通過上調(diào)miR-34a而參與衰老過程。

2.3miR-146在內(nèi)皮細胞凋亡中的作用 miR-146是一類與炎癥反應(yīng)相關(guān)的miRNA。在衰老的纖維細胞中miR-146的含量增加，在傳代培養(yǎng)的衰老的臍靜脈來源及主動脈的內(nèi)皮細胞中miR-146的表達明顯增加。IRAK參與調(diào)控炎癥反應(yīng)，細胞凋亡增加時IRAK含量減低,然而抑制miR-146增加IRAK的表達〔14〕。已經(jīng)證實在心臟中miR-146靶向抑制IRAK1的生成而避免心臟在心肌缺血/再灌注時免疫高反應(yīng)性損傷〔15〕。另外研究〔16〕表明，在衰老的臍靜脈內(nèi)皮細胞中miR-146的表達無變化，甚至表達下調(diào)。此研究表明在內(nèi)皮細胞衰老過程中，miR-146a表達減低可能增加活性氧類的產(chǎn)生。研究結(jié)果的這種差異表明在內(nèi)皮細胞衰老過程中miR-146a表達上調(diào)還是下調(diào)仍然不是很明確。

2.4miR-217在內(nèi)皮細胞衰老及動脈粥樣硬化中的表達 Menghini等〔4〕通過基因芯片技術(shù)研究表明，在衰老的人臍靜脈來源內(nèi)皮細胞中miR-217的表達明顯增加。miR-217的過度表達可抑制SIRT1的表達，而且在體外實驗中可以增加eNOS乙酰化而減少eNOS的合成。通過抑制老化的內(nèi)皮細胞中miR-217的表達可以減少內(nèi)皮細胞的衰老，增加SirT1表達量。此外，在人類動脈粥樣硬化斑塊中miR-217的表達水平與SIRT1及eNOS的含量也呈負性關(guān)系。這表明miR-217可能通過對SIRT1及eNOS的調(diào)控而參與動脈粥樣硬化過程。

2.5其他參與血管衰老的miRNAs miR-17-92基因簇中的一些成員，如miR-17、miR-20a及miR-106a在衰老的人臍靜脈內(nèi)皮細胞中表達明顯下調(diào)〔5〕，而miR-17-5p的表達增加〔4〕。由于miR-17-92a家族中各成員在內(nèi)皮細胞中的有各自的調(diào)控作用,包括miR-17/miR-20促進增殖作用以及miR-17,miR-20和miR-92a的抗血管生成作用,要闡明各個家族成員在血管衰老過程中的調(diào)控作用還仍然需要對血壓進一步的研究。此外，氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)生成miR-200c且在體外試驗中miR-200c的過多表達可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞衰老〔17〕。

3 參與心臟老化的MiRNAs

與血管系統(tǒng)相比,關(guān)于參與心臟老化的miRNAs的研究發(fā)現(xiàn)尚少。通過對比老齡小鼠與年輕小鼠心臟miRNA的表達譜發(fā)現(xiàn)多種miRNAs和miRNA簇有明顯改變,但是在這項研究中只有miR-21表達上調(diào)得到確認〔18〕,研究發(fā)現(xiàn)miR-21參與纖維化過程。這恰好與心臟老化過程纖維化過程相互吻合，但是其在心臟老化過程中的確切調(diào)節(jié)作用仍然有待研究。

Boon等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)在老齡心臟中miR-34a的表達量增加，而且在敲除miR-34a基因的活體內(nèi)與老齡相關(guān)的心肌細胞死亡減少。此外，通過抑制miR-34a 可以減少急性心肌梗死后心肌壞死及纖維化，心功能也能有所改善。miR-34a在心臟中的這些作用可能與由于其作用于PNUTS(或者稱為PPP1R10)有關(guān)。PNUTS可以減少端粒酶的縮短，降低DNA的損傷，抑制心肌細胞的凋亡以及促進心肌梗死后心功能的恢復(fù)。

另外一個對老齡健康小鼠miRNAs表達譜的分析發(fā)現(xiàn)miR-22和miR-24的表達量隨著年齡增長而增加〔20〕。miR-22功能已經(jīng)被深入研究，miR-22可以誘導(dǎo)心臟纖維細胞凋亡，促進心臟纖維細胞遷移。這些研究結(jié)果與另外一些有關(guān)miR-22可以誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡的結(jié)果一致〔11〕。miR-22在心臟纖維細胞中的調(diào)節(jié)作用一定程度上與其作用于骨甘氨酸(OGN)有關(guān)。OGN是一種分泌蛋白，可調(diào)節(jié)骨的形成，也可在心臟纖維細胞及平滑肌細胞中表達〔20〕。此外,miR-22還可以誘導(dǎo)心肌肥厚，其機制可能是通過靶向作用于其他的一些靶基因，如SIRT1。

此外，van Almen等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)在老齡時心臟纖維化及功能失調(diào)的的小鼠中miR-17-92a家族,特別是miR-18a、miR-19a和miR-19b的表達下調(diào)。而且通過進一步研究證實這些miRNAs通過作用于血小板反應(yīng)素-1和結(jié)締組織生長因子而抑制心肌細胞中膠原纖維的表達。這些發(fā)現(xiàn)說明miR-18/miR-19表達下調(diào)與老齡時心臟的纖維化過程有關(guān)。

4 總結(jié)與展望

總之，老齡時心血管系統(tǒng)形態(tài)及功能明顯改變，進而導(dǎo)致相關(guān)心血管疾病的發(fā)病率明顯增加。雖然在老化過程中很多外源性因素對心血管系統(tǒng)相關(guān)退行性改變有促進作用，但是老齡本身即可導(dǎo)致心血管系統(tǒng)退行性改變的發(fā)生。在心血管系統(tǒng)老化過程中眾多調(diào)控機制參與其中。miRNA作為一類小分子RNA，參與了心血管系統(tǒng)老化過程中基因表達的調(diào)控過程。大量的證據(jù)表明在心血管系統(tǒng)老齡過程中很多miRNAs的表達量出現(xiàn)異常，而且一些miRNAs與老齡相關(guān)導(dǎo)致的心血管系統(tǒng)功能下降有關(guān)。對心血管系統(tǒng)特定miRNA的靶向調(diào)控可能會成為干預(yù)心血管系統(tǒng)老化，進而降低老年人心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病率的有效治療方法?；谏鲜稣J識,以miRNAs作為靶點的治療手段已經(jīng)在疾病模型上開始實施了，特別需要指出的是在老鼠疾病模型通過“anti-miRs”抑制靶miRNA的治療手段可以改善疾病的狀態(tài)〔22，23〕。此外,通過鎖核酸抑制劑直接抑制miR-122的表達治療肝炎已經(jīng)成功在非人靈長類動物身上開始二期臨床試驗了〔24〕。因此，對心血管系統(tǒng)老化過程中特定miRNAs表達量及其調(diào)控作用的深入研究顯得非常重要。目前，這方面的研究剛剛起步，還需要更多更深入的研究以解釋miRNAs在心血管系統(tǒng)老化過程中的具體調(diào)控作用。將來通過干預(yù)miRNAs的表達而對心血管系統(tǒng)老化過程進行調(diào)控有可能成為預(yù)防老齡相關(guān)心血管系統(tǒng)疾病的新的治療途徑。

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