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編譯：小北，編輯：十九、江舜堯。

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心臟疾病是世界范圍導致死亡的主要因素，受外界壓力或者刺激下，心臟通過不同的重塑維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)。在重塑的起始機體會改變企圖彌補異常。在心臟重塑過程中補償機制逐步失調(diào)。這一改變將導致心臟收縮異常，最終導致心力衰竭。當心臟面臨嚴重的病理改變，如膠原蛋白的產(chǎn)生、非收縮性瘢痕組織、心肌壁變薄、心室進行性擴大和擴張，病人將有一個較差的預后同時提高死亡率。盡管在包括心力衰竭等心肌疾病治療方面已經(jīng)取得重要進展，仍然缺乏改變疾病率和死亡率的治療選擇。新的治療靶向的發(fā)現(xiàn)急需發(fā)展成為治療心臟疾病的有效手段。

大多數(shù)的研究聚焦參與心肌疾病發(fā)生發(fā)展的編碼基因。然而在哺乳動物基因組中絕大多數(shù)轉(zhuǎn)錄激活的是非編碼蛋白（75%–90%），只有一小部分DNA編碼的蛋白（2%）。因此，探究RNA調(diào)控網(wǎng)絡是必須的，越來越多的證據(jù)也提示非編碼RNA（ncRNAs）參與調(diào)控蛋白編碼基因的表達。ncRNAs包括有功能的RNA、幾乎所有的ncRNAs、microRNAs (miRNAs)、long ncRNAs (lncRNAs)、circular RNAs (circRNAs)備受 生理學和病理生理學方面研究的關(guān)注，包括心血管生物學和疾病。近期也發(fā)現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)的錯標的ncRNAs能夠通過sORFs編碼穩(wěn)定的功能肽段，并且這些從sORFs產(chǎn)生的微小肽段參與調(diào)控心臟的生理功能。大多數(shù)的RNAs都經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄后修飾，有超過100個RNA分子修飾包括mRNA的剪接、成核、穩(wěn)定和翻譯進而調(diào)節(jié)基因表達。其中N6-甲基腺嘌呤(m6A)是RNA修飾中與人類疾病緊密聯(lián)系的一種。盡管對于m6A RNA修飾的研究都關(guān)注在腫瘤的生物學，近期的研究也顯示m6A修飾參與心臟疾病。

在本綜述中，研究者系統(tǒng)總結(jié)了近期在心臟疾病中ncRNA和RNA修飾包括心肌重塑、纖維化以及再生。同時討論了在心肌疾病中診斷和治療應用的發(fā)展與挑戰(zhàn)。

ncRNAs在心臟疾病中扮演重要角色

miRNAs在心臟疾病中進行基因表達的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)

miRNAs是長度為20-22個nt的小的單鏈ncRNAs，通過導向它們的靶mRNAs到RISC沉默復合體調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄后表達。線蟲中的lin-4是20世紀90年代初期第一個被詮釋的miRNA。該分子抑制靶基因的表達調(diào)節(jié)蠕蟲幼蟲的發(fā)育時間。隨后的研究報道人類基因組中約1/3的基因受miRNAs調(diào)節(jié)，這也提示miRNA在一系列生物學過程中發(fā)揮重要作用。大量的數(shù)據(jù)表明miRNA參與每個生物學過程，包括增殖、分化、凋亡以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展。越來越多的證據(jù)也提示miRNAs與心肌的生理和病理密切相關(guān)（表1）。

表1 miRNA調(diào)節(jié)與心肌功能列表

心肌富集的miRNAs

因此，這些在心肌富集的miRNAs可作為心肌細胞的門衛(wèi)，維持心肌細胞的生理機能，包括收縮裝置的組裝和功能、控制電生理學的功能，確保血液泵血循環(huán)的有效性和協(xié)調(diào)性。

廣泛表達的miRNAs

除了心肌富集的miRNAs，一些廣泛表達的miRNAs在心臟病理學中扮演重要角色。之前的研究指出miR-21參與多個心臟異常的病理過程，包括錯配、心律不齊、心力衰竭、梗塞。Thum等人發(fā)現(xiàn)miR-21能夠通過抑制Spry1的表達活化ERK/ MAPK信號通路，進而促進心臟成纖維細胞活化和生長因子分泌。有趣的是，antagomiR-21的靜脈注射能夠抑制心肌纖維化并且保存心肌的功能。然而，準確的機制依然不明確。這也提示成纖維細胞外染色體衍生的miR-21_3p(miR-21*)是一個潛在的旁分泌RNA分子能夠誘導心肌肥大。近期的研究表明miR-21通過靶向TGF-b1/Smad7信號通路在心肌成纖維細胞活化和MI后的心肌纖維化中扮演重要角色。有趣的是Smad2和Smad3的磷酸化作為TGF-b信號通路下游的效應因子，壓力負荷下通過反饋回路與DROSHA相互作用促進miR-21的加工。Zhou等人也表示miR-21能夠促進心肌成纖維細胞的增殖，通過靶向Jagged1促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，同時說明通過基因剪接使miR-21缺失并不與antagomiR干擾所導致的心肌表型一致，這也提示miR-21功能的短暫干擾可能通過其他機制進行彌補。

MiR-21也參與調(diào)節(jié)缺血性心肌病中心肌細胞的凋亡。AMI后梗死區(qū)域6小時miR-21下調(diào)。此外的研究發(fā)現(xiàn)miR-21通過PDCD4/AP-1信號通路靶向PDCD4抑制缺氧誘導的凋亡。因此miR-21降低由于缺血-再灌注(I/R)損傷導致的心肌細胞氧化應激，發(fā)揮保護作用。

MiR-15家族包含六個成員都具有相同的種子序列，包括miR-15a、miR-15b、miR-16-1、miR-16-2、miR-195以及miR-497。近期一些研究也表明miR-15家族在心肌疾病的發(fā)病機理中扮演重要角色。Tijsen等人發(fā)現(xiàn)miR-15家族成員在肥厚性心臟中上調(diào)。利用LNA基礎(chǔ)上的antimiRs抑制miR-15b導致心肌肥大過程中心臟的重量顯著升高、過度纖維化并且膠原沉積。MiR-15家族能夠抑制經(jīng)典的和非經(jīng)典的TGFb信號通路，在心肌纖維化和心肌肥大中組成了重要的信號通路，通過靶向多個直接的和間接的基因，包括TGFbR1、P38、SMAD3、SMAD7、血管內(nèi)皮素等發(fā)揮作用。之前的報道指出miR-195在肥大生長和心臟內(nèi)室重塑中發(fā)揮重要作用。更指出miR-195在肥大的心肌細胞中表達升高阻礙了LKB1/STRAD/MO25復合體的形成，通過抑制MO25激活AMPK信號通路。

總之，miRNAs仍需大力探索。在表1中參與心肌生理和病理過程中的miRNAs并未詳細描述。

LncRNAs在調(diào)節(jié)心臟疾病中具有許多生物學功能

基因組大規(guī)模平行測序新技術(shù)使研究者發(fā)現(xiàn)了哺乳動物基因組中大量的區(qū)域能夠轉(zhuǎn)錄成RNA。驚奇的是所有蛋白編碼的序列僅來自大約人類基因組序列的1.5%。結(jié)果，許多非編碼的轉(zhuǎn)錄本已經(jīng)被確定。隸屬于ncRNAs的lncRNAs長度大于200nt。越來越多的研究證實lncRNA在調(diào)節(jié)心血管生物學功能中發(fā)揮重要作用。研究者系統(tǒng)羅列了在心肌重塑中具有重要功能的lncRNAs，包括參與心肌肥大、凋亡、壞死和纖維化（表2）。

心肌肥大是心臟面臨過量負荷的適應性反應，然后持續(xù)的肥大通常導致心力衰竭。近期研究起源于MYH7位點，在成人心臟中富集的lncRNA Mhrt通過與Brg1相互作用、抑制Brg1的功能，保護心臟免受病理性肥大。Brg1是一個染色質(zhì)重塑的調(diào)節(jié)因子，在壓力刺激下活化并引起心肌細胞的異常表達。相反的，lncRNA Chaer心肌肥大必需的因子，Chaer與PRC2相互作用干擾PRC2在基因組位點的靶向，這將抑制促肥大基因啟動子區(qū)域依賴PRC2的H3K27me3，促進基因轉(zhuǎn)錄。LncRNA調(diào)節(jié)心肌肥大的分子機制并不局限于表觀調(diào)控因子，還可以內(nèi)源捕獲miRNAs。例如lncRNA Chrf作為一個競爭性的RNA通過分離miR-489，使miR的靶向MYD88去抑制。此外，ROR、H19、Plscr4、(MIAT)75能夠通過相似的機制抑制不同的miRNAs調(diào)節(jié)心肌肥大。

在心臟疾病中APF、CAIF、MALAT1能夠調(diào)節(jié)心肌細胞的凋亡和自噬。在病理條件下APF的上調(diào)能夠通過miR-188-3p去抑制ATG7，這將導致自噬異常和細胞死亡。相反，lncRNA CAIF作為心臟保護的調(diào)節(jié)因子，能夠通過直接靶向啟動子區(qū)抑制p53誘導的心肌細胞轉(zhuǎn)錄，這將在MI過程中抑制心臟自噬從而保護心臟。在I/R損傷中，MALAT1在心臟中高表達，通過分離miR-203引起更嚴重的心肌炎癥和凋亡。

除了心肌細胞炎癥和凋亡，lncRNAs同樣能夠調(diào)節(jié)心律不齊和纖維化。在心肌細胞中MALAT1通過調(diào)節(jié)miR-200c-HMGB1軸線的表達調(diào)節(jié)電生理活性。MALAT1敲除后通過HMGB1調(diào)節(jié)的瞬時外向鉀電流和Kv4.2/Kv4.3通道蛋白的表達，同時能夠抑制AngII引起的成纖維細胞增殖和膠原合成，進而通過miR-145抑制TGF-b1的活性抑制心肌纖維化。此外，Wisper、MEG3、GAS5也有報道通過許多分子機制參與心肌纖維化的調(diào)節(jié)。

如上述所提到的，lncRNAs在壓力刺激下的心肌重塑發(fā)揮重要作用。重要的是包括Bvht、Fendrr在內(nèi)的lncRNAs在心肌譜系中發(fā)揮作用并且這些lncRNAs缺失將導致發(fā)育缺陷。這些lncRNAs通過與PRC2復合體相互作用表觀調(diào)控心肌細胞的轉(zhuǎn)錄。

circRNAs在心臟疾病中吸收miRNA

circRNAs是一組ncRNA共價結(jié)合成環(huán)。之前的報道指出circRNAs在調(diào)節(jié)基因表達方面發(fā)揮重要作用，具有吸收miRNA的作用、轉(zhuǎn)錄以及轉(zhuǎn)錄后基因表達調(diào)節(jié)、選擇性剪切和蛋白編碼和蛋白圈套的活性。其中的一些分子以組織特異性的方式表達。近期的研究發(fā)現(xiàn)circRNAs與多個心臟疾病的生理和病理過程密切相關(guān)，例如冠狀動脈疾病、心肌纖維化、心肌肥大以及心力衰竭。CircRNAs在心肌肥大和心力衰竭中發(fā)揮作用的最早報道顯示circRNA HRCR表達下調(diào)，circRNA HRCR如海綿一樣可分離心肌miR-223，體內(nèi)過表達實驗發(fā)現(xiàn)HRCR過表達能夠引起miR-223的下游靶基因ACR表達升高。ACR在心肌肥大和凋亡中扮演重要角色，保護心臟。另一個有趣的研究發(fā)現(xiàn)circRNA Foxo3的表達在年老心臟中顯著高于年輕人心臟。這將通過與抗衰老蛋白ID1和E2F1，抗壓蛋白FAK和HIF-1a相互作用引起細胞衰老和阿霉素引起的細胞凋亡。這些相互作用封閉了細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)換，抑制了他們作為轉(zhuǎn)錄因子的功能。

越來越多的證據(jù)表明circRNAs參與調(diào)節(jié)心肌再生。超級增強子區(qū)域的circRNA circNfix在成人心臟中促進表達。circNfix通過不同的分子機制調(diào)節(jié)心肌細胞的增殖。作為miRNA的海綿circNfix能夠通過分離miR-214調(diào)節(jié)Gsk3b通路的活性。circNfix 與Ybx1、Nedd4l相互作用，通過泛素化降解Ybx1。敲除circNfix將促進心肌細胞的增殖和血管生成。因而減弱心臟的異常保護心臟。

除了作為RNA轉(zhuǎn)錄本發(fā)揮的作用，最賤的研究發(fā)現(xiàn)核糖體相關(guān)的circRNAs能夠產(chǎn)生可檢測的肽段，這些肽段在心臟疾病中的作用尚不明確，這將為未來的探索指明新的方向。

在心臟疾病中由非編碼RNA編碼的微小肽段

微小肽段是一組少于100-150個氨基酸長度的蛋白分子，與具有活性的肽段不同微小肽段起源于sORFs，位于lncRNAs和TUFs轉(zhuǎn)錄本；具有活性的肽段由更大的前體蛋白纏身，包含N端的信號序列。由于長度較短，對蛋白編碼的傳統(tǒng)計算機預測程序?qū)?/span>sORFs列為假陽性。研究表明一些sORFs具有非經(jīng)典的起始密碼子和較低的序列保守性，因此在哺乳動物基因組匯中發(fā)現(xiàn)這些微小肽段是一個挑戰(zhàn)。

應用新出現(xiàn)的技術(shù)和實驗方法，研究者開始應對這個挑戰(zhàn)。例如，Anderson等人發(fā)現(xiàn)一組微小肽段，命名為MLN、PLN、SLN。這些肽段具有相似的序列保守性，并且通過調(diào)節(jié)心肌鈣的吸收抑制SERCA的活性。另兩個微小肽段與MLN/PLN/SLN相似，被命名為ELN和ALN。對于SERCA相關(guān)的微小肽段調(diào)節(jié)的研究并未止步，在小鼠心臟中DWORFs的確認表明通過替代SERCA抑制劑PLN、SLN、MLN，能夠提高SERCA的活性。截止目前，DWORF是唯一內(nèi)源肽段可以通過物理作用激活SERCA。隨著越來越多的微小肽段被確定，在心臟中微小肽段的數(shù)量以及它們是否具有相似的特征有待解答。例如，全基因組的研究在病理心臟中確定了微小肽段。有趣的是，這些微小肽段的整個編碼序列不如傳統(tǒng)的蛋白序列保守。這一研究提示許多從sORFs產(chǎn)生的微小肽段坐落在發(fā)揮功能的lncRNAs，例如Myheart、chaer、UPPERHAND、ZFAS1、TRDN-AS。盡管微小肽段的亞細胞定位是多變的，且大多數(shù)定位在線粒體，這也提示微小肽段在線粒體生物合成和功能中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。的確，近期的研究發(fā)現(xiàn)MOXI這個微小肽段能夠與MTP以及多個線粒體相關(guān)的復合體相互作用調(diào)節(jié)線粒體的功能，包括脂肪酸 b- 氧化、呼吸超級復合體形成和活動、鈣離子滯留、活性氧種系形成。

確定越來越多的微小肽段用于未來對RNA調(diào)控網(wǎng)絡的研究室很重要的，特別是確定lncRNAs的功能。為了進一步準確確定非編碼基因的功能，探究lncRNAs功能過程中需要排除轉(zhuǎn)錄本的編碼潛能。例如近期的研究確定了心肌發(fā)育過程中關(guān)鍵的lncRNAs：UPPERHAND。然而，編碼sORF的潛能在人類和小鼠UPPERHAND中均被發(fā)現(xiàn)。因此需要進一步確定UPPERHAND是在RNA轉(zhuǎn)錄本還是微小肽段中發(fā)揮作用?；蛘咝枰M一步挖掘sORFs的基因組信息來確定非編碼基因。許多方法如計算機分析、核糖體圖譜繪制、質(zhì)譜分析以及這些方法聯(lián)合應用來準確的確定蛋白編碼的sORFs。

表2 lncRNAs的心肌功能及分子機制總結(jié)表

RNA修飾的異常調(diào)節(jié)與心臟疾病

RNA分子在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)歷復雜的修飾，m6A甲基化是真核生物mRNA內(nèi)部最廣泛的轉(zhuǎn)錄后修飾之一，通過修飾mRNA或者ncRNA參與調(diào)節(jié)生理和病理的活性。盡管m6A第一個被發(fā)現(xiàn)定位在mRNAs但是功能尚不明確。近期mRNA的m6A修飾在不同的生物學過程中變化和功能有許多報道。m6A修飾能促進不依賴帽子的mRNA翻譯。m6A修飾在被一系列的甲基轉(zhuǎn)移酶(METTL3/14、TAP、RBM15/15B、ZC3H13、KIAA1429、METTL16等)、去甲基化酶(FTO、ALKBH5等)以及m6A結(jié)合蛋白(YTHDF1/2/3、IGF2BP1、HNRNPA2B1等)沉積、轉(zhuǎn)移和確定的過程中是變化的。越來越多的研究表明在N6-腺苷上的RNA甲基化的異常變化與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。截止近期，m6ARNA修飾與心臟疾病之間的關(guān)系需要進一步研究。Dorn等人的研究發(fā)現(xiàn)一系列mRNAs的m6A修飾在心肌細胞應對心肌肥大刺激時顯著升高。METTL3作為N6-腺苷甲基化的一個重要酶，其過表達能夠有效的引起適應性心肌肥大。相反抑制METTL3的表達能夠抑制心肌細胞的肥大生長。此外，METTL3敲除的小鼠在年老和壓力下逐步表現(xiàn)出病理的變化。有趣的是，發(fā)現(xiàn)m6A在MAPK mRNAs中特異表達，這對心肌細胞的肥大生長是非常重要的。在缺血的小鼠模型中，宋等人發(fā)現(xiàn)Mettl33的活性升高能夠通過調(diào)節(jié)Tfeb 3’UTR的m6A修飾促進缺氧/再氧化處理的心肌細胞中HNRNPD與Tfeb pre-mRNA之間的相互作用，繼而降低Tfeb mRNA的穩(wěn)定性。這將抑制自噬流促進心肌細胞的凋亡。在另一項研究中，在哺乳動物心力衰竭和缺氧型心肌細胞中發(fā)現(xiàn)FTO表達的下調(diào)以及m6A RNA修飾的上調(diào)。重要的是FTO的過表達在缺血型心臟中起保護作用。結(jié)果顯示FTO缺失能夠引起異常的鈣穩(wěn)態(tài)和紋肌肌動蛋白的變化。相反，FTO過表達能夠選擇性提高收縮蛋白相關(guān)mRNAs的去甲基化，誘導表達。此外在FTO過表達的缺血心肌細胞中發(fā)現(xiàn)心肌成纖維化降低、血管生成提高。未來的研究可能會發(fā)現(xiàn)潛在的機制，這將導致MI新的治療策略的確定。目前為止，mRNA的m6A修飾與心臟疾病相關(guān)，發(fā)現(xiàn)ncRNAs的m6A修飾是否參與心臟疾病的發(fā)生是非常有意義的。

mRNA翻譯的增加是心肌重塑的關(guān)鍵步驟，包括AKT和AMPK的關(guān)鍵信號通路參與其中。與m6A修飾能夠影響mRNA的轉(zhuǎn)錄活性相似，PABPC1 mRNA的polyA尾能夠編碼一個polyA結(jié)合的蛋白促進翻譯，在調(diào)節(jié)自身mRNA翻譯效率中起關(guān)鍵作用。成人心臟中Pabpc1 poly(A)尾的長度短于胚胎心臟，這一效應與在生理條件下成人心臟中Pabpc1的翻譯沉默密切相關(guān)。變短的polyA尾在肥大心臟中回轉(zhuǎn)，極大的提高了Pabpc1的翻譯水平以及整個mRNA的翻譯。不幸的是，這一修飾是如何調(diào)控的詳細機制并未全面探究。

RNA分子是心臟疾病臨床診斷和基因治療的潛在靶向

探究心臟疾病中RNA調(diào)控網(wǎng)絡的最終目標之一是利用RNA分子開發(fā)臨床應用，將其作為疾病診斷/預后和治療靶向的生物標記物。在心臟疾病中除了作為調(diào)控因子，ncRNAs同樣與蛋白、脂質(zhì)或者高密度脂蛋白相互作用形成RNA-蛋白復合體作為旁分泌因子發(fā)揮作用，這些復合體是穩(wěn)定的，并且不易被RNA酶降解。因此血液中ncRNAs的不同表達水平有望作為心臟疾病診斷的生物標記物。

在AMI中有效的生物標記物對于評估梗塞后風險和治療反應是非常重要的。病人血漿中miR-1、miR-126、cTnT的表達水平顯著升高，這也提示miR-1和miR-126可作為有價值的指示因子。miR-499在心肌細胞中特異性表達并且只在AMI后升高。因此，miR-499可能是MI的重要生物標記物，特別是在NSTEMI。別的miRNAs，如miR-208、miR-133、miR-1254、miR-99a、miR-122-5p、miR-874-3p、miR-19b、miR-223、miR-483-5p同樣可作為MI的生物標記物。lncRNAs作為心臟疾病生物標記物的潛能同樣被研究。Vausort等人發(fā)現(xiàn)循環(huán)中的lncRNAs aHIF、KCNQ1OT1、MALAT1的水平在患者中明顯較高，而lncRNA ANRIL的水平較低。近期的研究表明血漿中ANRIL的水平與ISR的高危相關(guān)。其他的證據(jù)提示HOTAIR、UCA1、MHRT、MIAT、LIPCAR、CDR1AS、ZFAS1能夠作為AMI或者CAD診斷和治療的潛在標記物。CircRNAs在循環(huán)的血液中含量豐富并且由于閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)比線性RNAs更加的穩(wěn)定。這些研究允許利用傳統(tǒng)的方法進行circRNAs的檢測。CircRNA MICA在MI患者的外周血中低表達，對472例AMI患者研究發(fā)現(xiàn)circRNA MICRA能夠提高多個臨床模型的預測價值，并且提高MI患者的風險分級。

研究者致力于挖掘臨床診斷治療心臟疾病的靶向和方法。盡管取得了很大的進展但是仍然不能滿足臨床的需求。RNA調(diào)控網(wǎng)絡的許多研究，包括ncRNAs將會繼續(xù)探究具有治療價值的RNA靶向。RNA靶向具有獨自的優(yōu)勢，并不依賴于檢測的抗體以及合成轉(zhuǎn)運相關(guān)的酶。因此，結(jié)合蛋白的靶向RNA調(diào)控網(wǎng)絡的發(fā)現(xiàn)極大了引領(lǐng)臨床心臟疾病應用的突破。

圖1 RNA調(diào)控網(wǎng)絡的分子機制圖

人類基因組注釋后，研究者驚奇的發(fā)現(xiàn)許多蛋白編碼的基因和編碼序列的長度與其他脊椎動物甚至非脊椎動物具有可比性。然而，人類含更多的非編碼DNA序列，截止20年前開始探究ncRNAs，在心肌病理中的調(diào)控網(wǎng)絡包含多達數(shù)的蛋白，似乎是冰山一角。在本綜述中，研究者系統(tǒng)總結(jié)了RNA調(diào)控網(wǎng)絡在心臟疾病中的主要發(fā)現(xiàn)，從人類基因組的暗物質(zhì)探索開始。很明顯，RNA分子是這些調(diào)控網(wǎng)絡中不可缺少的成分。未來的研究將幫助我們更好的了解其潛在的分子機制（圖1），更重要的是為擊敗心臟疾病奠定基石。

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