向 錦,杜楊美,賈冬霞,劉思泰

(1.川北醫(yī)學院,四川 南充 637000;2.四川綿陽四○四醫(yī)院全科醫(yī)學科,四川 綿陽 621000)

心房顫動(AF)指心房無序地亂顫,它會增加缺血性腦卒中和心衰的風險,是心血管疾病致死率和致殘率的重要原因,并給公共衛(wèi)生帶來沉重的負擔,截至2019年估算全球約有5 970萬AF患者[1]。AF的發(fā)病機制尚未完全清楚,主要與高齡、遺傳、性別、肥胖、吸煙、高血壓、糖尿病、阻塞性睡眠呼吸暫停、代謝綜合征等諸多因素引起的心房電重構(gòu)和結(jié)構(gòu)重構(gòu)有關(guān)。非編碼RNA是近年來分子生物學研究熱點之一,相關(guān)研究顯示:非編碼RNA在AF的電生理機制和病理生理學機制中發(fā)揮著重要作用,有望成為新的治療靶點。本研究圍繞AF的發(fā)生發(fā)展、微小RNA(miRNA)及長鏈非編碼RNA(lncRNA)對AF的調(diào)控、lncRNA調(diào)控miRNA在AF中的作用進行綜述。

1 AF與心房重構(gòu)

心房重構(gòu)早期表現(xiàn)以離子通道及電生理特征改變?yōu)橹?這一電生理功能的改變過程對AF的觸發(fā)與維持發(fā)揮著關(guān)鍵作用;重構(gòu)晚期表現(xiàn)則以心房肌細胞及細胞外基質(zhì)纖維化等組織結(jié)構(gòu)改變?yōu)橹?心房纖維化及其導致的傳導減慢和傳導異質(zhì)性增加被認為是AF持續(xù)的原因;這兩過程并非割裂,而是互相成就。心房纖維化機制中成纖維細胞(CF)激活為肌成纖維細胞是關(guān)鍵的一步,并且肌成纖維細胞還可通過旁分泌引起心肌細胞離子通道蛋白表達的改變,其中L型鈣通道蛋白Cav1.2表達的下調(diào)是心房重構(gòu)的標志之一[2-4]。Li等[5]研究顯示肌成纖維細胞衍生的外泌體能夠抑制心肌細胞中Cav1.2表達來增加AF易感性。此外AF易感性增加還與離子通道蛋白Kv4.3、Kv1.5等的下調(diào)相關(guān)[6]。近年來,對心外膜脂肪組織(EAT)的研究正在迅速增加,它通過脂肪浸潤相鄰心房心肌和旁分泌作用增加心房纖維化作用,其在AF發(fā)病機制中的作用越來越得到重視。Nalliah等[7]研究發(fā)現(xiàn)心外膜脂肪組織可使心房傳導速度減慢、產(chǎn)生更大的碎裂電位、增加纖維化,隨著脂肪浸潤發(fā)展增加心房傳導異質(zhì)性,并且通過脂肪組織分泌因子破壞肌細胞間機電完整性的蛋白質(zhì)來降低傳導速度。同時心外膜脂肪有通過分泌細胞外囊泡來促纖維化的獨特特征[8],這些變化在與心外膜脂肪富集相鄰的區(qū)域更為明顯[9]。另外,淀粉樣變致心房電和結(jié)構(gòu)重構(gòu)作用也不可忽視。Sukhacheva等[10]研究發(fā)現(xiàn)淀粉樣變性程度與CMC肌原纖維丟失呈正相關(guān)。除了改變心房電生理特性外[11],有研究表明轉(zhuǎn)甲狀腺素淀粉樣蛋白對心房壁的浸潤可致心房硬度增加并使其功能進行性喪失,影響患者預后[12]。此外,包括心房細胞凋亡同樣參與了AF的發(fā)病機制。中腦星形膠質(zhì)細胞衍生的神經(jīng)營養(yǎng)因子下調(diào)[13]、肌球蛋白輕鏈 4基因變異[14]、長期高脂飲食[15]等均可能與AF更多的心房細胞凋亡相關(guān)。

2 miRNA

表觀遺傳在AF的發(fā)展中起著重要作(圖1)。微小核糖核酸(miRNAs)是一長度約為16～29個核苷酸的核苷酸序列,屬于內(nèi)源性小分子非編碼RNA,它靶向靶基因mRNA的3'非翻譯區(qū)(3'-UTR),轉(zhuǎn)錄后通過翻譯阻遏和降解mRNA兩種機制調(diào)節(jié)基因表達[16]。多個miRNA被證明參與了心房纖維化的病理生理過程。如較為熟知的miR-1和miR-133(在電重構(gòu)中)和miR-34a(在心纖維化中)。

圖1 表觀遺傳在心AF動的發(fā)展中起著重要作用

2.1miRNAs與心房電重構(gòu):L型Ca2+電流 (ICa,L)密度的降低是心肌電重構(gòu)的標志。心房心肌細胞中miR-155表達的增加能降低ICa,L的密度和潛在的電子重構(gòu),抑制miR-15可防止AF中與ICa,L相關(guān)的電重構(gòu),使之可能成為一種針對電重構(gòu)的新型抗AF方法[17]。過表達的miR-221和miR-222同樣被證實降低了L型Ca2+通道和Kcnj5通道的表達和電流密度,它們均靶向CACNA1C和Kcnj5的3'-UTR,可能有助于干擾心臟興奮的產(chǎn)生和傳播[18]。通過調(diào)節(jié)miR-34a,銜接蛋白Ankyrin B(Ank B)和鈉鈣交換劑1(在Ca2+穩(wěn)態(tài)中重要的Ank-B結(jié)合伙伴)的表達水平及Ca2+信號傳導水平發(fā)生了改變表達,說明miR-34a可能通過調(diào)節(jié)Ank-B表達在早期電生理重塑和AF發(fā)展中發(fā)揮重要作用[19]。見圖2。

圖2 miRNAs及l(fā)ncRNAs在心AF動電重構(gòu)中的作用

2.2miRNAs與心房結(jié)構(gòu)重構(gòu):心房纖維化在AF發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。miRNA通過介導一系列病理生理改變調(diào)節(jié)心房膠原蛋白-Ⅰ(collagen-Ⅰ)和膠原蛋白-Ⅲ(collagen-Ⅲ)的水平促進AF纖維化進展。因此,通過干預這些小分子的產(chǎn)生和分泌可能有助于AF的治療。Lv等[20]的研究表明,過表達miR-27b-3p減輕心房纖維化同時還可以降低AF的發(fā)生率和持續(xù)時間,并降低collagen-Ⅰ、α平滑肌肌動蛋白(α-SMA)、collagen-Ⅲ、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β1)、Wnt3a的表達,此外還通過熒光素酶活性測定發(fā)現(xiàn)Wnt3a是HEK 293T細胞中被驗證的miR-27b-3p靶點,以參與調(diào)節(jié)Wnt/β-Catenin信號通路,在AF纖維化抑制中發(fā)揮保護作用。另一分子miR-29b-3p同樣可降低心房纖維化程度,降低collagen-Ⅰ和α-SMA等纖維化標志物的表達,并增加連接蛋白Cx43的表達,降低靶基因血小板源性生長因子B(PDGF-B)的表達,并通過此信號通路靶向調(diào)節(jié)[21]。miR-450a-2-3p的過表達可抑制成纖維細胞中絲裂原活化蛋白激酶1(MAPK1)的表達,從而抑制了α-SMA、collagen-Ⅰ和collagen-Ⅲ并防止CF增殖[22]。Su等[23]發(fā)現(xiàn)miR-96在心房組織中與collagen-Ⅰ和collagen-Ⅲ水平呈正相關(guān),通過敲低miR-96發(fā)現(xiàn)可減少血管緊張素Ⅱ(Ang-Ⅱ) 誘導的心臟CF增殖、遷移和膠原蛋白的產(chǎn)生從而減弱心房纖維化,并且還發(fā)現(xiàn)miR-96可抑制KLF13的表達來促進Ang-Ⅱ誘導的小鼠心臟成纖維細胞的增殖、遷移和膠原蛋白的產(chǎn)生。此外,人誘導多能干細胞衍生的心房心肌細胞-成纖維細胞共培養(yǎng)細胞模型中的miR-146b-5p轉(zhuǎn)染通過調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶TIMP4/MMP9介導的細胞外基質(zhì)蛋白合成增加了膠原蛋白的合成,通過抑制小鼠模型miR-146b-5p,相關(guān)纖維化標志物顯著下調(diào),心肌梗死誘導的心臟纖維化減弱,表明抑制 miR-146b-5p可能成為預防心房纖維化的有效治療方法[24]。miR-455-5p通過直接結(jié)合其靶基因細胞因子信號抑制基因3(SOCS3)導致信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)信號通路的激活加速AF的進展,相反,抑制miR-455-5p表達可有效改善 AF[25]。

另外有大量研究表明miRNAs在AF作用中與TGF-β1或TGF-β1/Smads信號通路密切相關(guān)。Xu等[26]發(fā)現(xiàn)miR-324-3p直接靶向CF中的轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)抑制CF增殖,可能通過PI3K/AKT信號通路發(fā)揮作用。Li等[27]發(fā)現(xiàn)miR-10a直接與參與細胞生長增殖的BCL6與3'-UTR結(jié)合,下調(diào)miR-10a可抑制膠原形成,減少心房結(jié)構(gòu)重塑,減少CF的增殖,最終通過抑制TGF-β1/Smads信號通路減輕AF大鼠的心臟纖維化。而miR-21通過上調(diào)WW結(jié)構(gòu)域蛋白1(WWP-1)使TGF-β1/Smad2信號通路失活,從而抑制心臟CF增殖[28]。另外發(fā)現(xiàn)miR-21在調(diào)節(jié)AF纖維化方面與先前Cao等[29]的研究似有矛盾,這有待更深入研究。miR-4443通過靶向血小板反應蛋白1(THBS1)保護AF并調(diào)節(jié)TGF-β1/α-SMA/膠原蛋白通路以抑制人心CF增殖和膠原蛋白合成[30]。通過上調(diào)miR-27b,可靶向ALK5使Smad-2/3通路失活,抑制collagen-I、collagen-III、纖溶酶原激活物抑制劑1(PAI-1)和α-SMA的表達來改善心房纖維化和AF[31]。miR-1202通過激活TGF-β1/Smad2/3通路靶向一氧化氮合酶(nNOS),促進人心臟CF轉(zhuǎn)化為促纖維化表型[32]。Reilly等[33]發(fā)現(xiàn)人類AF中miR-31的心房特異性上調(diào)是導致心房肌營養(yǎng)不良蛋白和nNOS耗竭的關(guān)鍵機制,使動作電位持續(xù)時間及其速率失穩(wěn),從而增加AF 的可誘導性。還有miR 132直接靶向結(jié)締組織生長因子(CTGF)抑制其表達來調(diào)節(jié)AF纖維化[34]。見圖3。

圖3 miRNAs及l(fā)ncRNAs在心房顫動結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的作用

3 lncRNAs

長鏈非編碼RNA(lncRNAs)是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA,雖然它不具備編碼蛋白質(zhì)的功能或僅能編碼部分蛋白肽段,但是它在人類諸多疾病發(fā)展中扮演著重要角色[35]。許多研究報道在AF發(fā)病中l(wèi)ncRNAs可通過調(diào)控關(guān)鍵通路或核心蛋白發(fā)揮作用。

3.1lncRNA對心房電重構(gòu)的調(diào)節(jié):電重構(gòu)主要通過縮短心房有效不應期和動作電位持續(xù)時間而發(fā)生,雖然不及結(jié)構(gòu)重構(gòu)中作用更加廣泛,但lncRNA也參與了心房電重構(gòu)。Li等[36]發(fā)現(xiàn)沉默lncRNA TCONS_00075467過后,體內(nèi)心房動作電位和有效不應期縮短,體外L型鈣電流和動作電位持續(xù)時間減少。說明失調(diào)的lncRNA可能在調(diào)節(jié)AF期間的電重構(gòu)中起重要作用,并進一步證明了lncRNA TCONS_00075467可以在體外和體內(nèi)海綿化miRNA-328以調(diào)節(jié)下游蛋白質(zhì)編碼基因CACNA1C(一種L型鈣通道)來調(diào)節(jié)心房電重構(gòu)[36](圖2)。

3.2lncRNA對心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的調(diào)節(jié):lncRNA Meg3主要由心臟CF表達,Piccoli等[37]發(fā)現(xiàn)lncRNA Meg3可調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶 2 (MMP-2) 的產(chǎn)生,在晚期心臟重塑過程中發(fā)生轉(zhuǎn)錄下調(diào)導致MMP-2 轉(zhuǎn)錄下調(diào),從而減少心臟纖維化并改善舒張功能。研究發(fā)現(xiàn)AF患者右心耳組織中l(wèi)ncRNA GAS5的表達明顯低于竇性心律患者,ALK5作為GAS5的靶標,并表明lncRNA GAS5可以通過抑制ALK5來抑制AF細胞增殖[38]。Wang等[39]發(fā)現(xiàn)通過上調(diào)lncRNA LIPCAR促進了Ang Ⅱ?qū)ollagen-Ⅰ、collagen-Ⅱ、α-SMA和Smad2/3磷酸化水平、細胞活力和心房成纖維細胞增殖的促進作用,說明LICPAR通過調(diào)節(jié)TGF-β/Smad通路促進心房纖維化,而沉默LIPCAR則產(chǎn)生相反的作用。Wang等[40]研究則發(fā)現(xiàn)lncRNA NRON通過促進NFATc3磷酸化抑制成纖維細胞增殖,抑制collagen-Ⅰ和collagen-Ⅲ的表達,從而緩解心房纖維化(圖3)。

3.3lncRNA對miRNA的調(diào)控:lncRNA 可作為micRNAs的海綿,在房顫發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。漿細胞瘤變異易位1(PVT1)是位于人類染色體8q24.21上的一個lncRNA,已被證明與肝纖維化有關(guān)。Cao等[41]通過體外試驗發(fā)現(xiàn)lncRNA PVT1可作用于miR-128-3p促進 Sp1 表達參與TGF-β1/Smad信號通路,進一步行體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)PVT1 敲低可減弱小鼠心房纖維化,進而說明lncRNA PVT1可通過miR-128-3p-SP1-TGF-β1-Smad軸促進心房纖維化。提示lncRNA PVT1可能成為AF治療的靶點。另外,Yang等[42]發(fā)現(xiàn)miR-23b-3p 和 miR-27b-3p分別靶向TGF-β1受體3(TGFBR3)的 3'-UTR中的兩個不同位點,同樣激活成纖維細胞中的Smad3信號傳導以促進心房纖維化。Guo等[43]發(fā)現(xiàn)lncRNA H19通過抑制miR-29a-3p/miR-29b-3p-VEGFA/TGF-β軸促進CF增殖和α-SMA、collagen-Ⅰ、collagen-Ⅱ、MMP-2等合成促進AF纖維化。此外,熒光素酶基因檢測結(jié)果顯示miR-133a-3p直接受lncRNA心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物(MIAT)靶向調(diào)控。lncRNA HOTAIR正向調(diào)節(jié)連接蛋白43(Cx43)的表達,而miR-613可減弱lncRNA HOTAIR 對 Cx43 表達的上調(diào)作用,此外,HOTAIR可以明顯減輕miR-613對Cx43表達的抑制作用,通過熒光素酶測定證實lncRNA HOTAIR 通過海綿化miR-613上調(diào)Cx43表達從而抑制心房重塑[44]。lncRNA MIAT下調(diào)可致膠原蛋白減少和抑制collagen-Ⅰ、collagen-Ⅲ、結(jié)締組織生長因子(CTGF)和TGF-β1來緩解AF,增加心房有效不應期(AERP),并減少AF持續(xù)時間以及心肌細胞凋亡,而抗miR-133a-3p則逆轉(zhuǎn)lncRNA MIAT下調(diào)帶來的這些影響[45]。Guo等[46]發(fā)現(xiàn)lncRNA TUG1的敲低抑制了AngII誘導的CF增殖,并且作為miR-29b-3p 的競爭性內(nèi)源性RNA(ceRNA)發(fā)揮作用,通過調(diào)節(jié)miR-29b-3p/TGF-β1軸來抑制CF增殖。此外,熒光素酶報告基因檢測和全細胞膜片鉗記錄證實lncRNA TCONS-00106987可通過與miR-26的內(nèi)源性競爭促進電重構(gòu),以誘導其靶蛋白基因KCNJ2的轉(zhuǎn)錄,從而增加內(nèi)向整流子K+電流(IK1),心房有效不應期縮短,使體內(nèi)AF誘導率增加[47]。lncRNA XIST是miR-214-3p的競爭性內(nèi)源性RNA(ceRNA),可觸發(fā)其靶基因Arl2的上調(diào),沉默Arl或過表達miR-214-3p可逆轉(zhuǎn)XIST對炎癥和細胞焦亡的影響。Yan等[48]發(fā)現(xiàn)lncRNA XIST通過吸收miR-214-3p促進Arl2表達來抑制AF中心肌細胞焦亡。對房顫關(guān)鍵基因的挖掘一直是重點,Zhao等通過差異表達基因發(fā)現(xiàn)BIRC5可能作為AF的相關(guān)基因,其可通過受lncRNA NPHP3-AS1調(diào)節(jié)的miR-1285-3p調(diào)控。lncRNA NRON 的過表達通過抑制心房肌細胞中的NFATc3核轉(zhuǎn)運來抑制miR-23a 的表達,使心房肌細胞衍生的外泌體中miR-23a的水平降低,促進M2巨噬細胞極化并減輕心房纖維化[49]。Shen等[50]的研究發(fā)現(xiàn)由YY1基因誘導的lncRNA KCNQ1OT通過與miR-384結(jié)合促進CACNA1C的上調(diào),來調(diào)節(jié)AngⅡ誘導的AF,影響AF的傳導與持續(xù)時間。

4 總結(jié)與期望

表觀遺傳修飾已經(jīng)引起諸多領(lǐng)域的關(guān)注,這一重要的生物學過程可能作為關(guān)鍵步驟影響疾病發(fā)生發(fā)展。然而,表觀遺傳因素的性質(zhì)和其在AF中的作用是模糊、復雜多變的。近來,全基因組測序技術(shù)的飛速發(fā)展和表觀遺傳學研究的顯著進展,許多表觀遺傳學因素被發(fā)現(xiàn),其有可能成為多種疾病和再生醫(yī)學的治療靶點。值得關(guān)注的是,雖然本研究中幾乎全部均表明相應分子生物層面觀察到與AF的相應聯(lián)系或后續(xù)表達變化,但似乎仍存在這樣一種情況,即AF病因繁多,影響因素眾多,具有個體化特征,大部分試驗沒有進一步觀察說明這些影響因素是否達到足夠引起在臨床上明顯表型變化的程度。另外,有少許研究觀察到同一分子通過不同途徑對AF纖維化產(chǎn)生相反結(jié)果,這些對AF進一步的干預帶來困擾。本研究討論了miRNA與lncRNA 及其相互在AF中的作用,盡管大量的miRNA、lncRNA已被確定與AF發(fā)生發(fā)展相關(guān),但只有一小部分功能被闡明。在AF形成中各種表觀遺傳因素之間存在著相互作用的網(wǎng)絡,單一的miRNA或lncRNA不可能對AF發(fā)生發(fā)展起決定性作用或者說對臨床癥狀負責,因此需要對相應表觀遺傳的網(wǎng)絡進行深度探索?？傊?分子生物學作為近年來的熱點,期望有更多專注于AF治療和預防的研究從基礎研究走向臨床研究,造?；颊?。