心血管疾病氧化应激反应相关microRNAs的研究进展

心血管疾病氧化应激反应相关microRNAs的研究进展
樊春荔;吴嘉
【摘要】氧化应激与心血管疾病的多种病理生理机制密切相关.近年研究显示,微小核糖核酸(microRNAs,miRNAs)在氧化应激诱导内皮功能紊乱、线粒体代谢障碍的过程中发挥重要调控作用,参与了心血管疾病的发生与发展.该文就近年来与心血管疾病氧化应激反应相关miRNAs的研究作一综述.
【期刊名称】《临床检验杂志》
【年(卷),期】2015(033)010
【总页数】3页(P779-781)
【关键词】氧化应激;微小RNA;心血管疾病
【作者】樊春荔;吴嘉
【作者单位】南京军区南京总医院解放军临床检验医学研究所检验科,国家临床重点专科,南京210002;南方医科大学第一临床学院,广州510000;南京军区南京总医院解放军临床检验医学研究所检验科,国家临床重点专科,南京210002
【正文语种】中文
【中图分类】R446
氧化应激是指机体在高血糖、高血脂、高血压等有害因素的刺激下，体内高分子物质活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)产生过多，超出机体对氧化物的清除能力，造成体内氧
化和抗氧化系统的失衡，从而导致组织细胞化学损害、功能障碍的过程［1］。

研究表明，自由基的增多可引起血管内皮细胞和平滑肌细胞的结构损伤及功能紊乱，介导线粒体的氧化损伤及代谢障碍，与动脉粥样硬化、心肌缺血再灌注损伤、心肌重塑等多种心血管疾病相关病理生理机制密切相关［1］。

微小核糖核酸(microRNAs，miRNAs)是生物体内一类非编码单链小分子RNA，可在基因转录后水平上调控靶基因的表达［2］。

近年文献报道，miRNAs参与了心血管疾病氧化应激反应的调控，在氧化应激诱导血管内皮功能紊乱、线粒体代谢障碍等方面发挥了重要作用，促进了心血管疾病的发生与发展。

因此，本文就近年来与氧化应激相关的miRNAs参与心血管疾病发生、发展过程的研究作一综述。

1 与内皮功能紊乱相关的miRNAs
氧化应激反应是心血管疾病导致内皮功能紊乱的主要机制［3］。

研究发现，多种动脉粥样硬化的危险因素均可诱导血管内皮细胞、平滑肌细胞的氧化应激损伤;在血管壁，增多的ROS、RNS可发动并加速动脉粥样硬化形成的一系列过程，如脂质的氧化、黏附分子的表达、平滑肌细胞的增殖与迁移、内皮细胞的凋亡、血管舒缩反应性的降低等，最终导致血管内皮的功能紊乱［4-6］。

近年研究显示，紫外线、H2O2、电离辐射等刺激不仅可导致血管内皮细胞和平滑肌细胞产生过多的ROS，同时可引起多种miRNAs的表达发生改变(见表1)，提示miRNAs可能通过调控氧化应激诱导内皮功能紊乱的过程，参与心血管病变的发生与发展。

表1 与内皮细胞/血管平滑肌细胞氧化应激反应相关的miRNAsH2O2 miR-200c 内皮细胞 ZEB1 促凋亡［5］miR-141 miR-200a miR-200b miR-429糖尿病miR-200c 血管平滑肌细胞 ZEB1 促炎［7］miR-200b miR-429 H2O2 miR-21 血管平滑肌细胞 PDCD4 抗凋亡［8］糖尿病 miR-125 血管平滑肌细胞 Suv39h1 炎症［9］缺氧 miR-210 内皮细胞 ISCU1/2 线粒体呼吸作用［10］
1.1 miR-200 家族
Magenta等［5］采用H2O2处理人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)，并检测其 miRNAs表达谱，结果显示 miR-200家族成员(包括 miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-141、miR-429)的表达均明显上调，其中以miR-200c、miR-141的变化最为明显;且miR-200c在内皮细胞中高度表达，可能是氧化应激诱导内皮细胞生物效应的主要调控因子;进一步研究发现，过表达miR-200c可通过靶向抑制E盒锌指蛋白1(zinc finger E-box binding homeobox1，ZEB1)的水平，抑制HUVEC的生长、诱导HUVEC的凋亡及早衰。

Reddy等［7］研究显示，高氧化应激水平的糖尿病小鼠，其血管平滑肌细胞及主动脉的 miR-200b、miR-200c、miR-429水平均显著上调，ZEB1水平则显著降低，导致炎症基因环氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)的表达上调，促进了血管炎症反应及单核细胞向血管平滑肌细胞的黏附。

1.2 miR-21 Lin 等［8］采用 H2O2处理大鼠血管平滑肌细胞，并检测其miRNAs表达谱，结果显示miR-21的表达明显上调;进一步研究发现，miR-21可靶向抑制程序性细胞凋亡因子4(programmed cell death 4，PDCD4)的表达，阻断H2O2诱导的血管平滑肌细胞凋亡过程。

PDCD4是一种促凋亡蛋白，可通过抑制转录因子AP-1(activator protein 1)的活性而诱导凋亡的发生。

此外，Weber等［11］报道，长时间的单向剪切应力刺激也可诱导内皮细胞miR-21的高表达，导致内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的磷酸化，使NO的产生增加，从而影响内皮细胞的生物学功能，抑制其凋亡。

Fleissner等［12］采用内源性eNOS抑制物非对称性二甲基精氨酸(asymmetrical dimethylarginine，ADMA)刺激血管内皮祖细胞，发现其miR-21水平明显上调;血浆高ADMA的冠心病患者，其外周血内皮祖细胞miR-21水平也显著增加;进一步研究表明，miR-21可靶向抑制超氧化物歧化酶-
2(superoxide dismutase 2，SOD2)和Sprouty-2蛋白的表达，进而激活细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)/丝裂原活化蛋白(mitogen-activated protein)通路，导致细胞内ROS水平升高、NO的生物利用度降低，抑制血管内皮祖细胞的迁移。

2 与线粒体代谢障碍相关的miRNAs
线粒体作为真核生物能量代谢的主要场所，是ROS形成的主要部位，也是ROS 攻击的首要靶细胞器。

文献报道，氧化应激可引起线粒体内脂质、蛋白质、核酸的损伤，阻碍线粒体内的生物合成，导致线粒体结构和功能的改变。

线粒体代谢功能障碍是引起心血管疾病、糖尿病、代谢综合征等多种疾病的重要机制［13］。

在氧含量正常的情况下，线粒体中的氧分子通过呼吸链的单个电子传输生成ROS，其产生和清除处在一个动态平衡的状态［14］;但在机体缺血或缺氧的刺激下，细胞内氧化应激水平明显升高，线粒体ROS生成增加，超过体内清除能力，从而引起组织和细胞的损伤，导致相关疾病的发生［15］。

2.1 miR-210 缺血以组织氧气张力的下降和缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)家族的活化为特征。

HIFs是细胞感受氧气浓度的关键效应分子，可对多种缺血缺氧相关基因的转录进行调控。

Devlin等［16］研究表明，HIF-1α可通过转录激活miR-210的表达，来阻断线粒体呼吸，抑制线粒体电子传递链的活性。

Chan等［17］研究显示，miR-210可靶向抑制线粒体铁硫簇支架蛋白(iron-sulfur cluster scaffold protein，ISCU)1/2的表达;ISCU是三羧酸循环、电子传递和铁代谢关键酶的辅助因子，缺氧环境下ISCU水平降低是诱导ROS生成的主要原因。

此外，miR-210还可通过调控细胞色素C氧化酶组装同源物(cytochrome c oxidase assembly homolog 10，COX10)和琥珀酸脱氢酶复合体D亚基(D subunit of the succinate dehydrogenase complex，SDHD)的表达，抑制线粒体呼吸作用［18-19］;COX10的减少可抑制线粒体复合物Ⅰ、Ⅳ的
活性，影响线粒体的呼吸作用;SDHD是线粒体琥珀酸脱氢酶的亚基之一，琥珀酸
脱氢酶是连接氧化磷酸化与电子传递的枢纽，可为真核细胞线粒体及多种原核细胞需氧和产能的呼吸链提供电子［20］。

可见，miR-210是线粒体能量代谢功能调
控网络中的重要的节点。

2.2 miR-23a/b 线粒体中，谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下转化为谷氨酸，从而
进入三羧酸循环，成为重要的能量来源;此外，谷氨酸也可作为合成体内还原剂谷
胱甘肽的主要原料。

因此，谷氨酰胺和谷氨酰胺酶对维持细胞的氧化还原稳态非常重要。

有研究发现，心肌患者miR-23a和miR-23b的表达显著上调，而线粒体
谷氨酰胺酶水平则显著下调，提示低水平miR-23a/b可直接抑制谷氨酰胺酶的表达［21］。

可见，miR-23在线粒体能量代谢及组织细胞氧化损伤过程中均发挥了重要作用。

2.3 与线粒体ATP水平调节相关的miRNAs 心血管疾病终末期的心脏衰竭往往伴
随着心肌细胞中严重的线粒体结构改变、数量增加及体积减小，线粒体损伤与心室功能障碍指标如射血分数、舒张末期压力等密切相关［22］。

此外，在由左心室
肥大发展至心脏衰竭的进程中，与ADP磷酸化相关的线粒体蛋白水平会出现下降。

Nishi等［23］认为特定的miRNAs可影响心肌线粒体的完整性:主要包括miR-
15b、miR-16、miR-195及miR-424，上述miRNAs有着相同的种子序列，均
可通过抑制ADP核糖基化因子样2(ADP-ribosylation factor-like 2，Arl2)的表
达来调节机体ATP水平;敲除Arl2后可导致ATP水平的下降和线粒体的退化。

3 氧化应激相关miRNAs的临床研究
目前，与氧化应激相关miRNAs在心血管疾病中的临床研究较少，如Ren等［24］发现不稳定型心绞痛(unstable angina，UA)患者血浆 miR-21水平升高;Han等［25］研究表明，冠心病患者血浆miR-21、miR-23a水平均明显升高;Qiang等［27］报道，慢性心力衰竭患者内皮祖细胞中 miR-210、miR-200a*、miR-
200b*等多种miRNAs的表达均发生改变;Kontaraki等［26］研究显示，高血压
患者外周血单个核细胞中miR-21水平升高，且与24 h动态舒张压、24 h平均脉压均密切相关。

此外，在其他动脉粥样硬化性疾病或高动脉粥样硬化风险的疾病中，也发现了多种与机体氧化应激过程相关的miRNAs，如 Tao等［28］研究发现，缺血性脑卒中患者血浆miR-99a水平降低，并与多种临床参数相关;进一步体外实验证实，miR-99a对过氧化氢诱导神经细胞neuro-2a引起的氧化损伤具有保护
作用。

Lv等［29］研究表明，2型糖尿病患者血清miR-130b水平降低，其中糖
尿病肾病患者的水平下降得更为明显;且血清miR-130b水平与脂代谢紊乱、氧化
应激、肾纤维化等指标均显著相关，提示循环miR-130b可能参与糖尿病肾病相
关的病理机制，有望成为疾病的新型生物标志物。

然而，上述临床研究的样本量均较小，或仅分析了miRNAs在相关疾病中的水平变化，有关miRNAs与机体氧化应激状态、疾病发生发展与严重程度的关系及miRNAs应用临床的潜在价值等，
仍有待进一步多中心、大样本量的深入探讨。

4 展望
多项研究已表明，氧化应激与心血管疾病的多种病理生理机制密切相关;miRNAs
在氧化应激诱导血管内皮功能紊乱、线粒体代谢障碍的过程中发挥重要作用，参与了心血管疾病氧化应激反应的调控。

然而，目前针对与氧化应激相关miRNAs的
研究，多以动物或细胞实验的基础研究为主，miRNAs与心血管疾病发生、发展
的关系及其临床应用价值仍有待进一步研究的验证与探讨。

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