摘要：microRNA是一類由約19～25個核苷酸組成的非編碼單鏈RNA，參與著基因轉錄后的表達調控。目前大量研究表明miRNA在心臟發(fā)育方面以及先天性心臟病的發(fā)生過程起著重要的作用，成為近年來研究心臟疾病的一個新的熱點，也將我們帶進一個新的領域。本文就miRNA與先天性心臟病相關性進行闡述。

關鍵詞：miRNA；先天性心臟?。恍呐K發(fā)育

microRNA（miRNA）是一類由約19～25個核苷酸組成的非編碼單鏈RNA[1]，進化中高度保守，表達時具有嚴格的時空性和組織特異性[2]，其通過與靶mRNA特異性結合影響mRNA的穩(wěn)定性，從而抑制mRNA為模板的翻譯或者導致mRNA降解，實現(xiàn)對基因轉錄后的表達調控。人類基因組中約有30%編碼蛋白的基因可受miRNA調控，到目前為止，已在動植物和病毒中發(fā)現(xiàn)有28645個miRNA分子（Release 21：June 2014）。近年來隨著miRNA在心血管方面的深入研究，發(fā)現(xiàn)miRNA表達水平的改變參與許多心血管病變發(fā)生。

1 miRNA的生物特性

只有成熟的miRNA才能發(fā)揮其作用，而它的成熟需要經過某些酶的加工處理才能完成。在細胞核內，編碼miRNA的基因在RNA聚合酶II作用下，形成初級miRNA（pri-miRNA），pri-miRNA繼續(xù)在Drosha酶和DGCR8以及其他輔因子作用下，產生有60～70個核苷酸長的pre-miRNA（前體miRNA）[3]，pre-miRNA的一個特點為莖環(huán)結構，其在轉運蛋白Exportin-5的作用下，pre-miRNA從細胞核內被轉出到細胞質[4]。隨后在Dicer酶作用下，pre-miRNA莖環(huán)結構被切割釋放出有21～25個核苷酸的miRNA雙鏈，該雙鏈miRNA一條鏈成為成熟miRNA，而另一條鏈則被降解。成熟的單鏈miRNA的隨后被加載到RISC（RNA誘導的沉默復合體）[5]，Argonaute蛋白組成RNA誘導的沉默復合體核心元件，促進了miRNA與靶mRNA相互作用，miRNA通過與靶mRNA的3'非編碼區(qū)完全或不完全特異性結合[6]，導致靶mRNA的降解或者抑制以mRNA為模板的翻譯，發(fā)揮其對基因轉錄后的表達調控，參與生命活動的各種生理過程，包括胚胎期器官和組織的發(fā)育，以及疾病的發(fā)生過程。

2 miRNA與先天性心臟病

先天性心臟?。╟ongenital heart disease，CHD）是先天性畸形中最常見的一類，系胚胎發(fā)育時期由于心臟及大血管的形成障礙或發(fā)育異常而引起的解剖結構異常，或出生后應自動關閉的通道未能閉合（在胎兒屬正常）的情形，是嬰幼兒非感染性疾病中最主要的死亡原因，包括房間隔缺損、室間隔缺損、動脈導管未閉、肺動脈狹窄、主動脈縮窄、法洛氏四聯(lián)癥等。miRNA參與著胚胎時期心臟的發(fā)育，它的異常將引起胚胎心臟發(fā)育障礙，導致先天性心臟的發(fā)生。

2.1 miRNA與心臟發(fā)育 心臟是哺乳動物胚胎發(fā)育過程中第一個開始形成的器官，對胚胎發(fā)育和生命的維持起重要作用，與身體其它器官及組織相比，心臟對基因的微小改變更加敏感，在心臟發(fā)育途徑中尤為重要。目前發(fā)現(xiàn)與心臟發(fā)育相關的miRNA主要有miR-1及miR-133。Liu等[7]剔除鼠miR-133a-1和miR-133a-2，結果發(fā)現(xiàn)缺乏miR-133a-1或miR-133a-2任何一者小鼠心臟是正常發(fā)育的，而兩者都缺乏的小鼠大約一半死于胚胎期或新生期的心室間隔缺損，能夠存活到成年的小鼠則死于擴張型心肌病和心臟衰竭。Zhao等[8]應用Cre同源重組技術，使小鼠心臟組織缺乏加工miRNA的Dicer酶，結果小鼠心臟出現(xiàn)多種發(fā)育缺陷，胚胎早期小鼠死亡，由此可知miRNA在心臟發(fā)育過程中有著至關重要的作用，為了進一步研究miR-1-2在心臟發(fā)育中的作用，又構建了敲除miR-1-2的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)敲除miR-1-2小鼠易發(fā)生室間隔缺損，出生后很快就死亡。研究還發(fā)現(xiàn)[9]miR-1通過作用于調節(jié)心室心肌細胞伸展的轉錄因子Hand2，適時阻止Hand2介導的蛋白合成，以調控心臟正常發(fā)育。同時Wilson等[10]研究發(fā)現(xiàn)miR-499在人ESC心肌特異性分化過程中發(fā)揮重要作用。另外miR-208對心臟發(fā)育過程中所需的可收縮蛋白β肌動蛋白的重鏈β-MHC具有調控作用[11]。這些研究結果都表明，miRNA在心臟的發(fā)育過程中起重要調控作用，任何一個環(huán)節(jié)異常都可能導致心臟發(fā)育的異常。

2.2 miRNA基因及其靶位點的SNPs與先天性心臟病 近年越來越多的研究表明，單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）可改變miRNA對其靶基因的調控過程，導致疾病的發(fā)生。miRNA的SNPs可發(fā)生在成熟miRNA、pre-miRNA和pri-miRNA基因組的DNA序列中，可降低成熟miRNA的表達或者影響miRNA與靶基因結合，從而減弱其對靶基因的抑制作用，使靶基因的表達上調；同時發(fā)生在mRNA的miRNA結合位點上的SNPs，也可以影響相應miRNA對靶基因的翻譯抑制效應，從而影響靶基因的表達[12]。Sabina S等[13]研究GATA4靶位點的3'非編碼區(qū)的SNPs，結果表明GATA4的3'非編碼區(qū)常見的SNPs可以改變miRNA對其調控，共同促使先天性心臟病的發(fā)生。Hox基因簇在心臟間隔的形成中發(fā)揮著重要作用，發(fā)生在miR-196a2序列中rs11614913位點的遺傳變異可能改變成熟miR-196A與HOXB8基因的mRNA結合，影響心臟間隔的形成，表明了miR-196a2序列中的rs11614913的遺傳變異有導致先天性心臟病易感性的作用[14]。

2.3 miRNA與轉錄因子相互作用導致先天性心臟病 轉錄因子和miRNA是真核動物基因的兩大調控物質，轉錄因子和miRNA存在著廣泛的相互作用和合作調控，它們組成了一個復雜的調控網絡，共同調控著基因的表達[15]。Chiavacci E等[16]研究發(fā)現(xiàn)在小鼠P19CL6心肌分化細胞中TBX5的表達和miR-218相關，在斑馬魚胚胎中，Tbx5或miR-218的調節(jié)異常，都會對心臟發(fā)育造成嚴重影響，從而影響心臟的早期形態(tài)。更有趣的是，下調的miR-218能通過TBX5的過表達來營救心臟發(fā)育畸形的發(fā)生，支持了在心臟發(fā)育中miR-218是Tbx-5的關鍵調解者，表明其可能參與心臟畸形的發(fā)生，支持了miRNA和轉錄因子存在相互合作的調控，影響著胚胎早期心臟的發(fā)育。

2.4 miRNA與先天性心臟病診斷 目前先天性心臟病的診斷主要是通過心臟聽診、心臟彩超等影像學檢查來確診，而miRNA研究為胚胎期先天性心臟病的診斷提供了一個新的途徑。某些心臟發(fā)育的特定的miRNA已被確定其與胎盤miRNA表達相關，這些胎盤來源的miRNA可在孕婦外周血中可檢測到[17]。Zhu S等[18]研究發(fā)現(xiàn)胎兒有先天性心臟病，妊娠18～22w的孕婦血清中miR-19b，miR-22，miR-29c和miR-375四個miRNA顯著上調，說明孕婦血清中的miRNA表達變化可能與胎兒先天性心臟病有相關性。因此推測，孕婦血清中特定的miRNA可作為產前篩查胎兒先天性心臟病的新型非侵入性生物標記物。

3結論

miRNA與疾病的研究將我們帶進了一個新的領域，近年來研究表明miRNA在心臟發(fā)育和疾病的發(fā)生過程中起重要調控作用，與先天心臟病的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關系。然而在生物體內一個miRNA可以作用于多個靶基因，同一個靶基因同時可受多個miRNA調控[19]，其在基因表達和翻譯中可能參與復雜的深層次調控網絡，其與疾病的特異性很差，但隨著生物信息學以及科學技術應用于miRNA的研究，將有助于miRNA與先天性心臟病發(fā)病機制的研究，并將其應用于臨床，為先天性心臟病篩查、預防和診斷提供新的途徑，具有良好的應用前景及潛在的經濟價值。

參考文獻：

[1]Suzuki H I，Miyazono K.Dynamics of microRNA biogenesis：crosstalk between p53 network and microRNA processing pathway[J].Journal of molecular medicine，2010，88（11）：1085-1094.

[2]Small E M，F(xiàn)rost R J A，Olson E N.MicroRNAs add a new dimension to cardiovascular disease[J].Circulation，2010，121（8）：1022-1032.

[3]Bartel D P.MicroRNAs：target recognition and regulatory functions[J].Cell，2009，136（2）：215-233.

[4]Kim V N.MicroRNA precursors in motion：exportin-5 mediates their nuclear export[J].Trends in cell biology，2004，14（4）：156-159.

[5]Bartel D P.MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism，and function[J].cell，2004，116（2）：281-297.

[6]Liu J，Valencia-Sanchez M A，Hannon G J，et al.MicroRNA-dependent localization of targeted mRNAs to mammalian P-bodies[J].Nature cell biology，2005，7（7）：719-723.

[7]Liu N，Olson EN.MicroRNA Regulatory network in cardiovascular development[J].Dev Cell，2010，18（4）：510-525.

[8]Zhao Y，Ransom JF，Li A，et al.Dysregulaion of cardiogenesis，cardiac conduction，and cell cycle in mice lacking miRNA-1-2[J].cell，2007，129（2）：303-317.

[9]Zhao Y，Samal E，Srivastava D.Serum response factor regulates a muscle-specific microRNA that targets Hand2 during cardiogenesis[J].Nature，2005，436（7048）：214-220.

[10]Wilson K D，Hu S，Venkatasubrahmanyam S，et al.Dynamic microrna expression programs during cardiac differentiation of human embryonic stem cells role for mir-499[J].Circulation：Cardiovascular Genetics，2010，3（5）：426-435.

[11]van Rooij E，Sutherland L B，Qi X，et al.Control of stress-dependent cardiac growth and gene expression by a microRNA[J].Science，2007，316（5824）：575-579.

[12]馮偉，張幼怡.MicroRNA基因及其靶位點的單核苷酸多態(tài)性與疾病易感性[J].生理科學進展，2010，41（6）：443-445.

[13]Xu J，Hu Z，Xu Z F，et al.Functional variant in microRNA‐196a2 contributes to the susceptibility of congenital heart disease in a Chinese population[J].Human mutation，2009，30（8）：1231-1236..

[14]Sabina S，Pulignani S，Rizzo M，et al.Germline hereditary，somatic mutations and microRNAs targeting-SNPs in congenital heart defects[J].Journal of molecular and cellular cardiology，2013，60：84-89.

[15]閆曉紅，王寧.轉錄因子與microRNA在基因表達調控中的功能聯(lián)系及差異[J].中國生物化學與分子生物學報，2010（10）：892-897.

[16]Chiavacci E，Dolfi L，Verduci L，et al.MicroRNA 218 mediates the effects of Tbx5a over-expression on zebrafish heart development[J].PloS one，2012，7（11）：e50536.

[17]Yu Z，Han S，Hu P，et al.Potential role of maternal serum microRNAs as a biomarker for fetal congenital heart defects[J].Medical hypotheses，2011，76（3）：424-426.

[18]Zhu S，Cao L，Zhu J，et al.Identification of maternal serum microRNAs as novel non-invasive biomarkers for prenatal detection of fetal congenital heart defects[J].Clinica Chimica Acta，2013，424：66-72.

[19]Ambros V.The functions of animal microRNAs[J].Nature，2004，431（7006）：350-355.

編輯/申磊