劉 軍,石 穎,王婷婷,左祥榮

(南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學科,南京 210029)

右心衰竭是以靜息或運動時右心供血不足和體循環(huán)靜脈壓力升高為特征的復雜的臨床綜合征[1]。 右心衰竭的發(fā)病率、患病率、病殘率和病死率均很高,是嚴重危害人類健康的疾病之一[2]。 迄今為止,右心衰竭的發(fā)病機制尚不明確,而且大量臨床研究證實治療左心衰竭的藥物對右心衰竭沒有明顯的療效[3-5],這就提示左心衰竭和右心衰竭的發(fā)病機制存在明顯的差異。 2018 年美國胸科協(xié)會(ATS)就“右室功能評估的研究現(xiàn)狀:認識不足和未來方向”這一主題發(fā)布官方的研究報告稱:闡明肺動脈高壓綜合征患者右心衰竭分子機制是未來三大重要研究領域之一[6]。 microRNA (miRNA/miR)是由18 ～25 個核苷酸組成的非編碼RNA,它們主要與mRNA 的3′末端非編碼區(qū)結(jié)合,從而在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因表達。 作為整個基因網(wǎng)絡的主要調(diào)節(jié)因子,miRNA 對細胞功能具有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。 miRNA 對維持心臟正常發(fā)育及正常心功能起著重要的作用。 多種miRNA 已被認為是心臟發(fā)育階段的重要調(diào)控因子,在心臟衰竭的發(fā)病機制中發(fā)揮作用,如調(diào)控心室重構(gòu)、心室肥大、細胞凋亡和缺氧[7-9]。 miRNA 被認為是治療心血管疾病的一個新靶點[10]。 目前對miRNA 研究主要集中在左心及左心相關(guān)性疾病中。 由于左右心室在胚胎起源、形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝特征、對負荷的反應、以及基因表達等方面均有明顯不同,因此,探討miRNA 在右心衰竭中的獨特作用,可能為闡明右心衰竭的發(fā)病機制提供新的視角,并可能成為右心衰竭新的診斷標志物和治療靶點。 為此,我們總結(jié)目前已知的關(guān)于miRNA 與右心衰竭的相關(guān)研究,特別是關(guān)于右心及其相關(guān)疾病中miRNA 的表達和應用,為深入研究和miRNA 與右心衰竭的關(guān)系提供幫助。

1 右心室miRNA 的時空表達譜

目前已經(jīng)獲得大量與左心疾病相關(guān)的miRNA的表達、測序、調(diào)控數(shù)據(jù)[11-13]。 相比之下,右心室中miRNA 表達、測序、調(diào)控數(shù)據(jù)還比較少。 但動物研究表明,miRNA 在心臟不同區(qū)域(左心室、右心室、左心房、右心房)的表達不同,這就提示miRNA 的表達具有腔室特異性[14-15]。

1.1 miRNA 心室特異性表達

2015 年,Paulin 等[16]首次證明:當發(fā)生右心衰時,隨著右心室肥大的進展,右心室中miR-208 的水平持續(xù)降低,這一點與左心室中miR-208 表達截然相反。 另有研究發(fā)現(xiàn)[17]:在肺動脈高壓(Pulmonary Arterial Hypertension, PAH)大鼠右心室中miR-21-5p、31a-5p 等表達增加,而在左心室中僅有 miR-208b,miR-31a-3p 和 miR-31a-5p 表達升高。 最新的一項研究表明[18],低氧條件下let-7e-5p、miR-29c-3p 等在左右心室表達存在差異。 動物研究發(fā)現(xiàn)從右心室肥厚進展至右心衰竭的過程中,miR34a、28、93 和148a 在右心室中表達增加,左心室中表達沒有增加[19]。 在擴張型心肌病動物模型中,右心室與左心室中有14 個 miRNA 的表達存在差異[20]。 這說明右心可能存在其獨特的miRNA 表達譜。

1.2 miRNA 時間特異性表達

在右心衰竭進展過程中,從早期的代償性肥厚到后期的失代償性肥厚,右心室功能和結(jié)構(gòu)不斷在變化。 miRNA 表達可能隨之產(chǎn)生變化。 Reddy等[21]對小鼠從右心室肥大到衰竭過程進行連續(xù)10 d 動態(tài)觀察,2 d 后右心室出現(xiàn)代償性肥厚但microRNA 表達無顯著性差異;4 d 后右心室出現(xiàn)失代償性心肌肥厚,此時有32 條microRNA 表達明顯差異;10 d 后出現(xiàn)右心衰竭,49 條microRNA 表達明顯有差異。 Drake 等[22]對肺動脈縮窄和慢性缺氧導致的右心衰竭動物模型進行研究發(fā)現(xiàn),右心衰早期階段miR-133a 表達正常,當發(fā)展至右心衰竭晚期時miR-133a 表達下降。 上述研究表明右心衰竭的不同價段不同miRNA 的表達不同,即使同一miRNA在不同的階段表達趨勢也不同。

1.3 miRNA 細胞特異性表達

雖然研究表明miRNA 在心臟的表達具有心室特異性,但這些研究存在一個共同的缺點,那就是主要研究右心組織中miRNA 的變化,而不是針對特定的細胞進行研究(如心肌細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等)。 在心力衰竭發(fā)生發(fā)展過程中,心臟基本結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化,因此miRNA 表達的變化可能是由于心臟細胞組成發(fā)生改變造成的。 例如,纖維母細胞特異性miRNA 可能在心肌纖維化時表達增多,而這種表達變化是因為成纖維細胞在心肌細胞所占比重增加引起的,并不是由于其表達增多引起了心肌纖維化。 如果對整個心臟組織進行分析,并不能明確miRNA 表達與細胞組成改變之間的因果關(guān)系。 在犬心力衰竭模型中,專門研究了組織中和細胞中miRNA 表達差異,發(fā)現(xiàn)一些心肌細胞特異性的 microRNA(miR-1, miR-208b, miR133a/b)幾乎只在成纖維細胞中發(fā)生改變[23]。 也許我們應同時關(guān)注組織和細胞類型特異性microRNA 表達的變化。

2 miRNA 在右心室重構(gòu)發(fā)病機制中的作用

心室重構(gòu)是心力衰竭主要發(fā)病機制之一, 包括結(jié)構(gòu)、功能以及基因表型等一系列改變。 心室重構(gòu)導致心肌肥厚、心肌纖維化、毛細血管密度減少、心肌細胞凋亡,最終出現(xiàn)右心衰竭。

2 miRNA 與右心室重構(gòu)

心室重構(gòu)是心力衰竭主要發(fā)病機制之一, 包括結(jié)構(gòu)、功能以及基因表型等一系列改變。 心室重構(gòu)導致心肌肥厚、心肌纖維化、毛細血管密度減少、心肌細胞凋亡,最終出現(xiàn)右心衰竭。

慢性缺氧和肺動脈結(jié)扎是右心肥厚與衰竭常用的兩種造模方式[24]。 慢性缺氧和肺動脈結(jié)扎抑制右心室中miR-223 表達,使IGF-IR 表達和的IGFI 信號傳導增強,導致平滑肌細胞增殖,右室肥大;而過表達miR-223 可以減輕右心室肥厚,改善右心室功能[25]。 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)通過抑制肺動脈平滑肌細胞(pulmonary arterial smooth muscle cells, PASMCs)的增殖和遷移來預防PAH 產(chǎn)生,抑制心肌細胞肥大,心肌纖維化、改善心室重構(gòu)和功能。 Zhang 等[26]發(fā)現(xiàn):在缺氧誘導的 PAH 大鼠中,miRNA let-7b 表達增加,并且靶向抑制ACE2 的表達,導致心肌細胞肥大、心肌纖維化。 HIF1-α 是MiR-199a 靶基因,miR-199a 過表達抑制 HIF1-α(低氧誘導因子-1)表達,HIF1-α 表達下降使血管生成因子表達減少,最終導致心臟肥大[25]。 Potus 等[27]研究證實:miR-126 過表達可以促進右心衰患者右心室中血管內(nèi)皮細胞再生能力,改善右心室功能。因此可以推測增加miR-126 表達、抑制miR-199a 表達可能有助于恢復右心室微血管密度,從而改善右心室功能。 在右心室肥大到衰竭過程中,對miRNA進行動態(tài)分析發(fā)現(xiàn):miR-148a、miR-93 具有抗心肌細胞凋亡作用,miR-34a 在心臟細胞凋亡和損傷中也發(fā)揮關(guān)鍵作用[21]。

因此miRNA 可能廣泛參與了心室重構(gòu)的全過程(見表1),了解其功能對基于miRNA 的診斷和治療具有重要意義。

3 循環(huán)miRNA—右心衰竭診斷的潛在生物標志物

3.1 循環(huán)miRNA

B 型利鈉肽(B-type natriuretic peptide, BNP)和N 端前腦利鈉肽( N-terminal brain natriuretic peptide, NT proBNP)目前被用作診斷心力衰竭,但是其特異性和敏感性不能完全令人滿意。 因此有必要開發(fā)一種新的診斷標志物,它應該優(yōu)于利鈉肽,并具有附加診斷價值;因此越來越多的研究人員將目光轉(zhuǎn)向循環(huán)miRNA。

廣泛而穩(wěn)定地存在于細胞外液(血清/血漿、尿液、乳汁、組織間液)中的 miRNA 被稱為“循環(huán)miRNA”。 在正常人和患者體內(nèi),循環(huán) miRNA 的表達譜存在明顯的差異,而且可以被快速檢測,因此循環(huán)miRNA 很可能成為多種疾病(腫瘤、糖尿病、心臟病、膿毒癥等)的新型診斷標志物[28]。 將循環(huán)miRNA 作為心血管疾病診斷的新型標志物具有極大潛力。 目前已有多種循環(huán)miRNA 被認為可能作為左心衰竭的診斷標志物[29]。 但與右心衰竭相關(guān)循環(huán)miRNA 的研究尚不多。

3.2 循環(huán)miRNA 與右心衰

有研究發(fā)現(xiàn),肺高壓導致的右心超負荷患者循環(huán)中miR-1, miR26a 等水平降低,而 miR-21,miR-130a 等升高[30]。 miR-21、miR-29c 與心肌纖維化有關(guān)[31], 這提示循環(huán)中miR-21、miR-29c 水平或許可以預測心肌纖維化。 在另一項前瞻性研究中,循環(huán)miR-21 水平與缺氧性肺高壓患者右心功能障礙的嚴重程度密切相關(guān)[30]。 miR-424(322)與肺高壓的預后和疾病嚴重程度明顯相關(guān):心功能評級越好(WHO I-II),miR-424(322)水平越低,相反,心功能評級越差(WHO III-IV), miR-424(322)水平越高。該研究還發(fā)現(xiàn),在注射野百合堿一周后循環(huán)miR-424(322)水平明顯升高,2 周后明顯下降,在右心室肥厚后期又升高,因而,miRNA 可以用于監(jiān)測右心重構(gòu)的動態(tài)過程的變化[32]。 這些研究展示了循環(huán)miRNA 作為右心衰竭標志物的巨大潛力,但還需要進一步系統(tǒng)地研究,評估右心衰患者中循環(huán)miRNA作為新生物標志物的價值。

表1 與右心重構(gòu)有關(guān)miRNA 及其功能Table 1 MiRNAs and their functions which are related to right ventricular remodeling

3.3 心肌外泌體miRNA

外泌體是細胞分泌的直徑30 ～100 nm 的囊泡,其中包含DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種生物分子,參與調(diào)節(jié)靶細胞的行為,從而促進細胞與細胞之間的通訊。 這些特異性miRNA 對心臟功能的具有重要的調(diào)節(jié)作用,廣泛參與各種心血管疾病的進展,如心肌梗死、心肌病、PAH 等[33-35]。 在急性心肌梗塞中,心肌特異性miRNA 比心肌肌鈣蛋白更早(梗死后4 h)在血液中檢測到,這表明它們在早期診斷心肌梗死病理方面具有潛在優(yōu)勢[36]。 另有研究顯示,miR-181 家族抑制NF-κB 信號傳導并調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞的活化,增殖和免疫細胞穩(wěn)態(tài),負向調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞的增殖和遷移行為[37]。 此外心臟特異性 miRNA 也具有抗凋亡(miR-133a 和 miR-499)、抗纖維化(miR-324)和抗氧化(miR-1) 特性[38]。 臨床前研究表明,外泌體可用于治療心血管疾病,如PAH、急性心肌梗塞。 未來的臨床研究需要進一步證實外泌體治療心血管疾病的療效。

4 miRNA—右心衰竭治療潛在的新靶標

4.1 miRNA 靶向治療

目前miRNA 是右心衰竭最具潛力的治療靶點,miRNA 是蛋白質(zhì)表型的重要調(diào)節(jié)因子,而且miRNA調(diào)節(jié)作用是可逆的。 理論上來說,可以使用特異調(diào)節(jié)劑改變miRNA 在體內(nèi)的表達,從而對疾病的發(fā)生發(fā)展過程進行干預——即miRNA 靶向治療。 目前,主要有2 種方案:(1)miRNA 表達水平下調(diào)的情況下進行替代治療即應用 miRNA 類似物(miRNA mimics);(2)致病性miRNA 表達上調(diào)的情況下抑制其表達,即應用miRNA 抑制劑(Antimi R)。

4.2 AntimiR

AntimiR 具有廣泛的應用前景,并且有些研究報道稱已經(jīng)成功將AntimiR 應用于治療肺動脈和右心室疾病。 miR-145/143 簇在 PAH 進程中起著主導作用,與對照組相比,在miR-145 基因敲除或用AntimiR-145 處理的小鼠中,右心室收縮末期壓力明顯下降[39]。 研究發(fā)現(xiàn),miR-17 簇控制細胞發(fā)育,凋亡和增殖,用AntimiR 抑制miR-17 表達可抑制肺血管和右心室重構(gòu),從而改善PAH 中的心肺功能[40]。此外 miR-21、miR-27 A、miR-17-92 簇、miR-124、miR-138、miR-150、miR-204、miR-206、miR-210、miR-328、miR-424/503 均在肺血管重構(gòu)中發(fā)揮不同的作用[41]。 因此,用靶向治療的方法,抑制作用于肺血管系統(tǒng)的miRNA 給治療PAH 和右心衰帶來了一個新契機。 但是眾多研究涉及不同的miRNA 靶點,并無共同之處,具體機制也不清楚,各個治療靶相互之間是否具有協(xié)同作用也不清楚,值得深入研究。

4.3 miRNA 類似物

miRNA 類似物是PAH 和右心重構(gòu)的另一條治療途徑。 miRNA 類似物是小的、合成的、化學修飾的雙鏈寡核苷酸,與內(nèi)源miRNA 類似。 用 miRNA類似物提高miR-223[25]的表達,可以改善心室重構(gòu),增強右心室功能。 另外使用miR-140-5p 類似物,可以抑制 PAH,降低右心室后負荷、改善心功能[42]。 已經(jīng)證實右心室miR-126 的水平與右心衰竭疾病嚴重程度負相關(guān)[27]。 即使是在野百合堿誘導的PAH 晚期,應用特異性miR-126 類似物也可以恢復組織miR-126 水平,通過增加心臟血管密度和減少心肌纖維化,改善右心功能。 因此,恢復PAH患者miR-126 的水平可能是治療PAH 誘導的右心衰竭的一個非常有希望的方法。 然而,盡管目前首個進入人體臨床試驗的 miRNA 靶向療法-Miravirsen,已經(jīng)在治療丙型肝炎IIa 期臨床試驗中顯示出了治療潛力,但是在基于miRNA 的療法應用于臨床之前,還需要解決諸如藥代動力學,靶向傳遞和潛在副作用等問題。

5 展望

近年來,我們對miRNA 及其在心力衰竭中潛在作用的了解日益加深。 盡管關(guān)于miRNA 的作用和起源仍存在許多疑問,但越來越多的研究已經(jīng)闡述了其與右心衰竭之間的關(guān)系。 右心室特異性miRNA 不斷被發(fā)現(xiàn),并且參與右心衰竭的多個方面如右心室肥厚、重構(gòu)等,此外,循環(huán)miRNA 很有希望成為診斷右心衰竭和預測右心衰竭預后的新型標志物。 應用 AntimiR 和 miRNA 類似物靶向調(diào)控miRNA 給治療右心衰竭帶來了希望,拓寬PAH 和右心衰竭治療方案的選擇范圍。 當然,miRNA 對右心衰竭診斷、治療和預測右心衰竭預后的能力還需要在大樣本研究中進一步驗證,然后才能付諸實施。 我們相信,在將來,基于miRNA 的診斷治療工具很可能給右心相關(guān)性疾病,尤其是右心衰竭患者帶來巨大益處。