MicroRNA Let-7 家族与心血管疾病的关系及其应用前景(独家原创)

摘要: MicroRNA let-7 家族为最早发现于秀丽隐杆线虫的microRNA 之一,由于其在心血管组织中高表达,因此let-7 在心血管疾病中发挥的功能和调控作用一直受到科研工作者的关注。

09-13 01:29 首页 药学进展

MicroRNA Let-7 家族与心血管疾病的关系及其应用前景

杜越,吕延杰*

(哈尔滨医科大学药学院药理学教研室,黑龙江 哈尔滨150081)

[ 摘要] MicroRNAlet-7 家族为最早发现于秀丽隐杆线虫的microRNA 之一,由于其在心血管组织中高表达,因此let-7 在心血管疾病中发挥的功能和调控作用一直受到科研工作者的关注。随着对let-7研究的不断深入,let-7 靶向作用的基因也不断被更新报道,除较早发现的靶基因Toll 样受体4(Toll-likereceptor 4, TLR4)和Bcl-xL 以外,最新发现的靶基因如β1- 肾上腺素受体(β1-adrenergicreceptor, β1-AR)、钙调蛋白基因(calmodulin gene, CaM)以及相应的信号通路在心血管疾病中也发挥着重要的调控作用,说明let-7 有可能成为心血管疾病的临床诊断和治疗的新靶点。

[ 关键词] microRNA;let-7;心血管疾病

 

MicroRNAmiRNA)是一类能够调控多种基因表达的微小核苷酸序列,能够通过靶向作用于基因的3非翻译区,调控基因的转录后翻译而影响生物学功能。研究miRNA 的生物学功能有助于从新的角度了解和探讨心血管生理病理过程,为心血管疾病预防和治疗提供新的治疗靶点和策略。

目前已被研究报道的miRNA 超过2 000 种,作为最早发现的miRNA 之一,let-7 家族具有高度保守性,它们广泛存在于各种生物体内。迄今为止,研究发现人类有13 let-7 家族成员,分别为let-7a-1let-7a-2let-7a-3let-7blet-7clet-7dlet-7elet-7f-1let-7f-2let-7glet-7imiR-98 miR-202 。由于let-7家族各成员在心血管组织中的特异性高表达,因此let-7 在心血管疾病的病理过程中发挥的作用越发受到关注。诸多研究表明,多种心血管疾病中,心脏组织let-7 家族各成员表达异常,这与心血管疾病的病理生理过程密切相关。本文简要综述let-7 在心血管疾病中的作用和研究进展。

1 Let-7与缺血性心脏病的关系

缺血性心脏病严重危害人类健康,其发病原因在于心脏冠状动脉梗阻和狭窄,造成心脏血流供应不足,从而诱发心脏功能障碍,每年因患有缺血性心脏病死亡的人数占全世界死亡人数的12.8%

β1 肾上腺素能受体(β1-adrenergic receptorβ1-AR)是心脏功能信号传导的重要组成部分,其在缺血性心脏病的不同病程时期,表达升高或降低对于心脏功能的影响具有重要作用。同时,β1-AR 对心脏收缩和舒张功能调节发挥重要的效应。笔者所在团队研究发现,在急性心肌缺血的大鼠心脏组织,β1-AR 表达升高,let-7 家族成员表达下降,其中以let-7e 下降最为显著。在let-7 家族各成员的保守序列能够与β1-AR mRNA 3非翻译区具有互补的结合位点,Luciferase 基因报告实验证明,let-7 家族成员能够特异性靶向作用于β1-ARmRNA 3 非翻译区,调控β1-AR 的蛋白表达,β1-AR let-7e 的直接作用靶点。在急性心肌缺血的模型大鼠心脏,局部注射过表达let-7e 能够明显降低急性心肌缺血诱发的心律失常的发生,应用其抑制剂AMO-let-7e 则显著增加急性心肌缺血诱发的心律失常的发生。研究还发现,let-7e 的抗心律失常效应与β-AR 阻滞剂普萘洛尔和β1-AR 特异性阻滞剂美托洛尔的抗心律失常作用相似。这一研究发现说明let-7e 作为β-AR 阻滞剂,对急性心肌梗死大鼠模型具有显著的抗心律失常作用。而let-7e 主要是通过抑制急性缺血诱导引起的β1-AR 的上调发挥抗心律失常作用。因此,let-7e 在急性心肌缺血时通过调节β1-AR 表达,可能成为防治缺血诱导心律失常的一个新的分子干预靶点。

在慢性缺血性心力衰竭时,心脏代偿效应使得心脏交感神经持续兴奋,大量的儿茶酚胺类物质刺激诱导β1-AR 表达下调,是心脏的一个重要的自我保护机制。Du 研究发现,在慢性缺血性心衰大鼠模型以及异丙肾上腺素持续刺激模拟过度交感神经兴奋的心肌细胞模型,let-7alet-7blet-7clet-7dlet-7f 以及let-7i 表达均显著升高,2 种模型中,let-7 家族成员的表达相一致,以let-7a 升高最为明显。Let-7a 能够直接靶向作用于β1-AR mRNA 3 非翻译区调控β1-AR 表达,并且在动物实验和细胞实验中均证实了let-7a 能够在转录水平和转录后翻译水平调控β1-AR 的表达。在慢性缺血性心衰时,let-7a 表达升高靶向作用于β1-AR,导致β1-AR 在慢性缺血性心衰时表达下降,而抑制let-7a 的表达能够明显改善慢性缺血性心衰大鼠心脏功能,这一调控作用的发现,补充了慢性缺血性心衰β1-AR 表达下调的分子机制。笔者所在团队研究证明在慢性缺血性心衰β1-AR 的表达调控中,存在一个由let-7a 连接组成的负反馈调控环路:在缺血早期交感神经兴奋,β1-AR 兴奋或表达升高时导致β1-AR 信号通路环磷酸腺苷- 蛋白激酶A(cyclic-AMP-protein kinase AcAMP-PKA)活化,GATA4 作为心脏特异性的核转录因子,以及cAMP-PKA 信号通路的下游分子,能够正向调控let-7a 的表达,表达升高的let-7a 通过靶向作用于β1-AR mRNA 3 非翻译区,抑制β1-AR 表达,如此建立了一个负反馈调节环路 ── β1-AR↑ - cAMP↑ - PKA↑ -GATA4↑ - let-7a↑ -β1-AR(见图1 )。研究结果证明了在慢性缺血性心衰中let-7a 参与调控心脏β1-AR 表达下调的分子机制,这一负反馈β1-AR 调控通路的存在证明了其在心肌自我保护调控中具有重要的意义,也为治疗慢性缺血性心衰提供了新的作用靶点。


2 Let-7与心肌肥厚的关系

心肌肥厚是在各种生理和病理刺激下心脏所发生的复杂的应激反应,是多种心血管疾病的高危因素。研究报道,诸多miRNAs let-7miR-1miR-133miR-21 等参与心肌肥厚的病理过程,并发挥重要的调控作用。笔者所在团队研究发现,在血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥厚动物模型以及细胞模型中发现let-7a 的表达下调。根据let-7a 的序列合成let-7a 拟似物,瞬时转染心肌细胞发现,过表达let-7a 能够有效抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞肥大,明显减小心肌细胞表面积,显著抑制心肌细胞心肌肥厚性标志基因心房利尿钠肽(atrial natriuretic peptideANP)、脑利尿钠肽(brainnatriuretic peptideBNP)、β-肌球蛋白重链(β-myosinheavychainβ-MHC)基因表达。钙调蛋白(calmodulinCaM)与Ca2+ 结合形成的复合物可激活钙调磷酸酶、钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ等,促进心肌肥厚形成的相关基因转录,诱导心肌肥厚的发生。Let-7a 发挥抗心肌肥厚作用则是通过靶向作用于钙调蛋白基因(calmodulingene)的3 非翻译区,抑制心肌细胞CaM 的表达而实现。除let-7a 外,其他let-7 家族成员,如let-7d let-7e 在心肌肥厚的模型中表达也下调,与let-7a 表达相一致,推测let-7d let-7e 同样具有抗心肌肥厚作用。Gary 发现,在哺乳期营养不良诱发成年后左心室肥厚的心肌肥厚大鼠模型中,let-7a 的表达与在血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥厚模型中表达变化相反,这种同一家族成员在相同或不同诱因的模型中表达变化不同的现象说明在心肌肥厚疾病中miRNA 调控过程复杂。另有报道,在高血压诱发心肌肥厚患者中let-7c 表达升高,let-7c 能够靶向作用于心肌细胞中重组胰岛素样生长因子(myotrophin)的3 非翻译区,调控myotrophin的表达,myotrophin 作为促心肌肥厚因子,其表达升高能够诱导心肌肥厚的发生,过表达let-7c 能够有效抑制myotrophin 在心肌肥厚时表达升高,从而发挥抗心肌肥厚的作用。而过表达miR-98let-7 家族成员之一)能够显著抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥厚的发生,miR-98 的抗心肌肥厚作用在于其作用于硫氧还原蛋白1thioredoxinTrx1)和细胞周期蛋白2cyclinD2),形成负反馈信号通路,通过抑制组蛋白脱乙酰酶Ⅱ和凋亡信号调节激酶抑制心肌肥厚。这些研究说明let-7 家族通过作用于不同的靶点,在心肌肥厚调控过程中起重要作用,也说明在心肌肥厚的发生和发展过程中存在复杂的调控机制。

3 Let-7与心肌纤维化的关系

心肌纤维化是一类较为常见的心血管疾病晚期病理表现,其主要特点是细胞外基质的过度蓄积在心肌间质和血管周围,心脏组织发生器质性病变,影响心脏收缩功能。目前研究证实多个miRNAs(如let-7miR-101 以及miR-133 等)与心肌纤维化发生发展有关。Chen 研究发现糖尿病诱导的心肌纤维化动物模型中,miR-133 表达下降,过表达miR-133 能够有效缓解心肌纤维化程度,同时可降低心肌纤维化相关因子如转化生长因子β1、结缔组织生长因子、纤连蛋白等的表达。Li 研究发现,在血管紧张素Ⅱ诱导的心肌纤维化模型中,血管紧张素Ⅱ刺激3 d 7 d 时,let-7i 表达均显著下降,实验结果证明let-7i 可通过靶向作用于心肌炎症因子白介素6interleukin-6IL-6),抑制IL-6 的表达,同时对多个胶原基因的表达亦存在抑制作用,从而发挥抗心肌纤维化作用;并且这一抗心肌纤维化作用与let-7i 呈一定的量效关系;敲减let-7i 能够加重由血管紧张素Ⅱ诱导的心肌纤维化,进一步损伤心脏功能和结构。另有研究发现,在成纤维细胞以及成年小鼠的心脏中,敲减let-7c 的表达能够上调多能性基因Oct4 Sox2 的表达;能够有效缓解由心肌梗死诱发心脏心肌纤维化的程度,改善心脏射血分数和心输出量,从而抑制心肌纤维化。在内皮细胞向成纤维样细胞转化过程中let-7c let-7g 的表达异常升高,let-7c let-7g 在心肌纤维化中的表达变化可作为内皮细胞向成纤维样细胞转化过程的生物标志物。以上研究表明,let-7 参与了某些因素导致的心肌纤维化过程,并可通过调控相应基因的表达发挥重要的心肌纤维化调控作用。

4 Let-7与其他心血管疾病的关系

Satoh 研究发现在冠心病患者中let-7i 的表达显著降低,而let-7i 的下游靶点基因Toll 样受体4Toll-like receptor 4TLR4)的表达异常升高。此外,let-7g 能够有效抑制阿奇霉素诱导的心肌病。在糖尿病缺血再灌注损伤的大鼠模型中,let-7 表达显著升高,相对应的胰岛素受体、胰岛素样生长因子受体以及葡萄糖转运蛋白均明显降低;在糖尿病大鼠心肌中敲减let-7 可通过增加葡萄糖代谢转运和胰岛素抵抗,有效缓解糖尿病大鼠缺血再灌注所造成的心功能损伤,减小梗死面积,发挥心肌保护作用。Let-7 在血管平滑肌细胞以及内皮细胞的高表达,对动脉粥样硬化和冠脉系统疾病具有一定的调控作用。血管平滑肌细胞在氧化型低密度脂蛋白诱导刺激下,let-7g 表达降低;而在氧化型低密度脂蛋白诱导的内皮细胞凋亡模型中,let-7c 表达显著升高,可通过靶向作用其下游靶点Bcl-xL诱导内皮细胞凋亡。Let-7d let-7i 在冠脉疾病的心脏表达下调,阿托伐他汀可通过调节let-7i 的表达而调控TLR4,从而有效预防和治疗动脉粥样硬化。研究报道,在心衰大鼠中敲减let-7 能够有效改善大鼠心脏功能,抑制心脏重构,这一心肌保护作用则是通过增加心外膜细胞的募集和上皮间质转化而实现。Let-7 与缺氧诱导的心肌细胞凋亡也有一定的关系,研究证实let-7 可与Lin28 及磷脂肌醇3 激酶蛋白1 形成调控通路,在心肌细胞凋亡过程中发挥重要的调控作用;另外,在缺氧损伤哺乳动物模型中,let-7a let-7c 表达下调可促进心肌细胞发生去分化而增强细胞的增殖能力,从而减少缺氧造成的细胞死亡。Let-7 可通过靶向作用于电压门控钠通道5α、缝隙连接蛋白α1 L- 型钙离子通道α1C 基因影响心脏电生理活动,而影响心律失常的发生和发展。此外,let-7 在心脏发育过程中也具有一定的调控作用,过表达let-7 能够使得人胚胎干细胞诱导分化而成的心肌细胞表面积增大、细胞舒张和收缩能力明显增强。

5 Let-7的应用和展望

miRNA 发现以来,miRNA 在生物体内生理病理过程所发挥的作用一直是研究热点。miRNA 在病理过程中表达变化明显,可作为疾病诊断和预后评估的生物标志物。生物学芯片分析发现,let-7alet-7blet-7clet-7e 在冠脉梗阻诱发的心衰患者中表达显著升高,可能作为心衰诊断的生物标志物。在急性心肌缺血中,let-7b 表达明显降低,其表达与心肌肌钙蛋白Ⅰ(临床评价急性心肌梗死标志物)变化趋势曲线相一致,可能作为急性心肌梗死的生物标志物在未来应用于临床诊断。而let-7i 在扩张型心肌病患者中表达明显下调,而低表达let-7i 的患者其预后恢复较差,提示let-7i 在今后可能会作为扩张型心肌病患者预后的评价指标。作为微小核苷酸,miRNA应用方向主要仍是基因治疗。与传统药物和手术治疗相比,其优势是能够靶向修饰致病基因,调控疾病的表型。Let-7 能否作为生物标志物和干预靶点应用于临床还存在很多问题,如脱靶效应、组织特异性等,如何解决这些问题是科学研究工作者所面临的挑战。

6 结语

在心血管疾病发生和发展过程中,let-7 的表达异常可作为快速检测心血管疾病的指标,另外let-7 可影响相关下游致a病基因的表达而影响心血管功能。在心血管疾病中,let-7 靶向作用于相对应的靶点,如β1-ARCaMTLR4Bcl-xL 等一系列影响心血管功能靶点基因。这些关于let-7 新的研究进展,为今后诊断心血管疾病预防和治疗,以及判断疾病的预后提供了新的思路和策略,在今后科研工作中继续探究let-7 新的作用靶点和相关信号通路对进一步认知心血管疾病发生发展过程具有重要意义。

 

[ 专家介绍] 吕延杰:教授、博士生导师,药理学国家重点学科、黑龙江省级领军人才梯队后备带头人。中国药理学会理事、黑龙江省药理学会副理事长。享受国务院及黑龙江省政府特殊津贴。从事心血管药理基础研究及临床工作。主持国家及省部级课题多项,其中“973”前期专项2 项,国家自然基金4 项(重点项目1 项);获省部级科技奖励8 项,包括中华医学科技二等奖、三等奖各1 项,教育部自然科学一等奖3 项等;主编教材3 部,获国家发明专利8 项;发表SCI论文近100 篇,以第一或通讯作者身份发表在Circulation、Circulation Research 等SCI 杂志上的论文40 余篇。


感谢您阅读《药学进展》微信平台原创好文,也欢迎各位读者转载、引用。本文选自《药学进展》2017年第7期。


《药学进展》是一本专注于医药领域前沿动态的专业媒体,月刊,铜版纸全彩印刷,全年360元,欢迎订阅!编辑部官网:www.cpupps.cn;电话:025-83271227。





首页 - 药学进展 的更多文章: