微小RNA与心脏电重构的研究进展
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【摘要】 微小rna（MicroRNA，miRNA）是基因表达的重要调控者，其通过调节离子通道基因的表达而参与心肌细胞电重构，是心律失常发生的重要机制。对miRNA与心脏电重构的研究，有助于阐明心律失常的发生机制，开拓心律失常治疗的新途径。本文就miRNA与心脏电重构做一综述。
【关键词】 miRNA； 电重构； 离子通道； 心律失常
Advances of Cardiac Electrical Remodeling and Some Related miRNA/LIU Chang-zhao，WANG Ling，CHEN Wen-jiang，et al.//Medical Innovation of China，2015，12（18）：154-156
【Abstract】 MicroRNAs （miRNA）is one of the key players in the gene expression regulatory network.It can regulate the gene expression of ion channel and participate in cardiac electrical remodeling，which is the important mechanism of the arrhythmia.To study the miRNA and cardiac electrical remodeling can help to clarify the mechanism of arrhythmia and open up a new way for the treatment of arrhythmia.This review article aims to provide a synopsis of the studies linking miRNA and cardiac electrical remodeling.
【Key words】 miRNA； Electrical remodeling； Ion channel； Arrhythmia
First-author’s address：Guangdong Medical College，Zhanjiang 524023，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2015.18.059
miRNA是近年来研究的热点，广泛存在于真核生物体内，在进化中高度保守，其自身没有编码功能，但是可通过与靶基因mRNA完全或不完全互补配对，介导基因转录后负向调控，参与体内许多的病理生理过程，如细胞的增殖、分化、凋亡、个体发育等[1]。miRNA在不同的种属、器官、组织和细胞可能有着不同的表达谱，而且在病理状态下miRNA亦存在表达差异。
心脏性猝死的发病率逐年上升，据估计美国每年约发生500 000起心源性猝死事件，其中90%以上由室性心动过速、室颤等恶性心律失常引起[2]。自律性增加、折返以及触发激动是心律失常发生的三大机制。目前的研究表明，心脏的电重构和结构重构是心律失常发生和持续的核心环节，结构重构常继发于心肌损伤，如心肌缺血缺氧、高压力负荷或高容量负荷、心肌代谢微环境的改变等，常表现为心脏扩大、心肌细胞坏死、凋亡、心肌纤维化等。同时，结构重构常常伴随心肌电重构的发生。在电重构过程中，主要涉及到离子通道与跨膜蛋白的变化。近年来，关于miRNA调控离子通道以及与心律失常的关系逐渐成为研究的热点。本文就miRNA与心肌离子通道相关的分子机制研究现状作一综述。
心脏的电活动是由多个离子通道和跨膜蛋白控制的，心脏正常的兴奋性、自律性以及传导性有赖于钠、钾、钙等相关离子通道的顺序开闭和维持动态平衡。研究表明，多种miRNA通过对心肌细胞基因的转录后抑制，从而实现对电生理相关离子通道和跨膜蛋白的调节。
1 钾离子通道
人心肌细胞上主要存在5种钾离子通道，内向整流钾通道（Inward rectifier K+ channel，Ik1）、一过性外向钾电流（Transient outward K+ currents，Ito）、延迟整流钾通道（Delayed rectifier K+ channel，Ik）、ATP敏感性钾电流（ATP-dependent K+ currents，Ik-ATP）和乙酰胆碱敏感性钾电流（Acetylcholine sensitive K+ currents，Ik-ach）。
1.1 Ik1 Ik1属于非门控通道，静息状态下只有Ik1处于开放状态，构成静息电位的主要成分。Girmatsion等[3]研究发现，Ik1主要亚单位内向整流钾通道2.1（Inward rectifier potassium channel 2.1，Kir2.1）在房颤患者中表达增高，与miR-1表达水平呈负相关，研究证实miR-1通过抑制钾离子内向整流通道蛋白J2（Potassium inwardly-rectifying channel，subfamily J，member 2，KCNJ2）（编码Kir2.1蛋白的基因）的表达从而降低Ik1密度，房颤患者中miR-1低表达，对KCNJ2/Kir2.1抑制作用减弱，从而增加Ik1，导致心房动作电位时程（Action potential duration，APD）缩短，房颤发生率增加。由此显示Kir2.1是miR-1的靶点之一。除了miR-1，KCNJ2/Kir2.1亦是miR-26的作用靶点，转染miR-26后Kir2.1蛋白的表达水平降低，而敲除内源性miR-26可以导致Kir2.1蛋白的过量表达，应用反义miR-26抑制内源性miR-26，导致KCNJ2/Kir2.1表达增高并伴随着Ikl的密度增加而诱导房颤的发生[4]。由此可见，miR-26及miR-1有共同的靶基因KCNJ2，与之前的研究显示miRNA在体内的作用方式是“多对多”（每个miRNA可以有多个靶基因而多个miRNA也可以调节同一个靶基因）相符合。
1.2 Ito Ito是复极早期的主要电流，决定动作电位平台期起始的电位高度。研究发现，心肌缺氧、酸中毒等微环境改变可导致Ito下调，Ito下调后APD延长，引起心肌细胞复极异常和早期后除极，与心肌肥厚和心力衰竭患者室性心律失常发生率增加有关[5-6]。APD缩短是心房肌细胞发生房颤的原因之一，故Ito下调可以相对延长APD，是对心房APD和有效不应期缩短的一种补偿。研究发现，Ito通道蛋白4.2（Voltage-gated potassium 4.2，Kv4.2）由电压门控钾通道蛋白亚家族D2（Potassium voltage-gated channel D2，KCND2）基因编码，并受转录因子Iroquois同源蛋白5（Iroquois homeobox 5，Irx5）调节，Zhao等[7]利用带有荧光蛋白的载体证实Irx5是miRl-2作用靶点。敲除miR1-2基因的小鼠Irx5表达异常增高，Irx5可抑制KCND2基因，使Ito通道亚单位Kv4.2表达减少，心肌细胞复极时间延长，复极离散度增加，导致心律失常的发生。Matkovich等[8]发现在Q-T间期延长小鼠中，miR-133a水平的升高伴随着Ito的快速下降，说明miR-133a可能也参与了Ito电重构的调节。
1.3 Ik Ik是人心肌细胞动作电位复极化的主要外向离子流，参与平台期形成与维持。按激活快慢不同可分为：超速激活的延迟整流钾离子流、快激活的延迟整流钾离子流、慢激活的延迟整流钾离子流。Ik电流降低可导致心脏复极延迟，QT间期延长，心律失常发生率增加。Xiao等[9]研究发现糖尿病兔模型心脏里miR-133显著过表达，miR-133可以负向调控人类ether-a-go-go相关基因（Human ether-a-go-go-related gene，HERG）以及电压门控钾通道蛋白亚家族Q1（Potassium voltage-gated channel Q1，KCNQ1）基因的转录后翻译，HERG以及KCNQ1基因分别编码快激活延迟整流钾通道及慢激活延迟整流通道的主要亚单位，将外源miR-133注入兔心肌细胞，HERG蛋白水平的下调，miR-133过表达造成Ik分布密度降低，复极时间延长，心肌细胞不同步性增加，Tdp等恶性心律失常的发生率增加，而给予miR-133反义RNA可以消除对HERG表达的抑制，说明miR-133可能成为抗心律失常药物的潜在治疗靶点。
2 钙离子通道
钙离子通道与心律失常关系密切，心肌细胞钙通道主要分为L型（L-type calcium channel，LTCC）和T型（T-type calcium channel，TTCC）两种，TTCC存在于窦房结细胞中，参与动作电位4期自动去极化，与miRNA相关研究甚少。而LTCC激活、失活以及复活过程较缓慢，在动作电位0期激活，但钙内流幅度要到平台期初才达到最大，是平台期主要内向电流，可被多种钙离子拮抗剂（如维拉帕米）所阻断。经高糖培养液培养的乳鼠心肌细胞LTCC表达增加，钾通道Kv4.2 mRNA表达降低，离子通道之间的平衡被打破，可能是高血糖致心律失常的原因之一[10]。心衰患者中，心肌雷诺丁受体2过磷酸化致引起舒张期心肌肌浆网钙渗漏，导致细胞内钙超载，不仅降低心肌收缩力，还增加后除极，触发了恶性心律失常的发生[11]。miRNA可调节内向钙离子流，Terentyev等[12]研究发现miR-1的致心律失常作用与细胞内钙稳态失衡有关。另外，多种miRNA可影响LTCC蛋白表达水平，在房颤患者心肌细胞电重构过程中发挥重要作用。房颤患者及犬动物模型中miR-328高表达，经Western blot和荧光素酶活性分析证实miR-328作用靶点为L-型钙离子通道的α1C亚单位基因（Calcium channel voltage-dependent L type alpha 1C subunit，CACNA1C）和钙离子通道β1亚单位（Calcium channel voltage-dependent beta 1 subunit，CACNB1），二者分别编码心脏LTCC亚单位α1c和β[13]。王坚刚等[14]筛选、分析与非瓣膜性房颤相关的miRNA，发现miR-155表达差异最大，为健康人组织的5.78倍。进一步实验证实miR-155作用靶点为CACNA1C，从而使亚单位α1c表达降低。Carrillo等[15]发现miR-21和miR-132可下调CACNB1使LTCC的β亚单位水平表达降低。LTCC表达降低引起舒张期钙离子回收减少，细胞内钙超载，触发激动增加，传导速度减慢，房内折返波长缩短，促使房颤发生。
3 miRNA与连接蛋白43
miR-1除了通过KCNJ2/Ik1调节静息膜电位外，Yang等[16]根据miR-1的5末端核苷酸序列推测出另一个靶基因间隙连接蛋白α1（Gap junction protein alpha-1，GJA1），GJAl负责编码连接蛋白43（参与细胞间缝隙链接），连接蛋白43在细胞通讯、早期胚胎发育、细胞分化、心肌缺血-再灌注损伤及闰盘重构中发挥重要作用，过表达miR-l抑制了连接蛋白43水平，导致细胞间电传导减慢，增加缺血性室性心律失常发生率。
4 miRNA与超级化激活环核苷酸调控的阳离子通道
心脏的起搏电流通道蛋白由超级化激活环核苷酸调控的阳离子通道2（Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel 2，HCN2）基因和通道4（HCN4）基因编码，与心肌自律性有关。起搏电流通道有4型，其中HCN4主要分布于窦房结，HCN2主要分布于心房和心室肌，主动脉缩窄致左室肥厚大鼠模型中，miR-1减少35%，miR-133减少65%，HCN4/HCN2蛋白表达升高。导致异位兴奋性增高，增加心律失常风险[17]。
综上所述，miRNA与电重构关系密切，与心律失常的发病机制紧密相关。电重构是心肌电生理特性重塑的过程，心房电重构与房性心律失常（房速、房颤等）关系密切，心室电重构可产生潜在致命室性心律失常（多形性室速、室颤）。认识电重构的细胞与分子机制对于探明潜在治疗靶标十分重要，miRNA介导的离子通道的变化在心肌电重构过程中发挥重要作用，人类中miRNA数量可能高达20 000种，参与30%的人类基因调控，维持心肌细胞正常的电生理网络需要这些miRNA处于动态平衡，一旦平衡被打破，离子通道蛋白表达改变，就会诱发心律失常的发生。因此，miRNA的分子靶向治疗将成为心律失常领域新的研究方向。
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（收稿日期：2015-01-15） （本文编辑：陈丹云）