环状RNA在心房颤动发生中的作用及应用_柯元甲.pdf

环状 在心房颤动发生中的作用及应用柯元甲赵庆彦 摘要近年来研究表明，环状 在心房组织中的异常表达与心房颤动（简称房颤）结构重构和电重构密切相关。环状 与微小 相互作用靶向参与调控不同离子通道基因和纤维化相关基因的表达，这为房颤发病的分子机制理解提供了一个新的方向，同时也为未来房颤的诊疗提供了新的诊断标志物和治疗靶点。关键词心血管病学；心房颤动；综述；环状 ；微小 ；电重构；结构重构 ：中图分类号 文献标识码文章编号 （）国家自然科学基金（，）作者单位：武汉大学人民医院心内科 武汉大学心血管病研究所 心血管病湖北省重点实验室（湖北武汉 ）作者简介：柯元甲（），男（汉族），安徽池州人，硕士研究生，研究方向为心脏电生理与介入心脏病学。通讯作者：赵庆彦，：非编码 包括长链非编码（）、环状 （）和微小（）等，具有广泛而复杂的调控作用，正逐渐成为多种疾病诊断和治疗的关键分子。近年来研究表明，非编码 通过多种机制参与心房颤动（简称房颤）的病理发展。与其他 相比，在细胞中广泛存在，具有闭合环状结构，不易被生物酶降解，表现出更高的稳定性，具有时空特异性和组织细胞特异性，这些特性使 作为房颤新的生物标志物成为可能。同时 含有大量 反应元件（），使它们能够竞争性地与 结合。可以像海绵一样“吸附”，这种现象称为 海绵。作为内源性海绵 与 相互作用，影响 靶基因的表达，在细胞增殖、凋亡和衰老等生命过程中扮演着重要的角色，而这些 生 命 过 程 与 房 颤 的 发 生 发 展 密 切 相关。因此笔者就近些年 与房颤的研究做一综述，旨在为房颤的机制理解和诊疗提供新的思路。概述 是一种非编码 （），长度约为 个核苷酸，和其他 一样，已经成为基因调控的新分子，并参与调节不同生物和病理过程的基因表达。与线性 不同，没有端帽和端多腺苷尾结构，而是具有闭合的环结构，这种结构潜在保护它们不易被生物酶降解。的半衰期比其相应的线性 长，细胞内 的平均半衰期是信使 （）的倍以上。由于这些特点，更适合作为许多疾病的生物标志物。是具有组织特异性和细胞特异性表达模式的共价闭合的内源性生物分子，到目前为止，根据剪接机制和外显子内含子的存在，可分为内含子 （）、外显子内含子 （）和外显子 （）。主要存在于细胞质中，可能含有，可以作为竞争性内源（）来调节基因的表达，一些 和 位于真核生物的细胞核中，可能参与调控基因的表达。序列高度保守，可 以 与 相互作 用，通 过 机制和 调控网络，参与转录和转录后基因表达的调节。许多 通过作为 海绵、调节蛋白质功能或自身翻译发挥重要的生物学功能。与房颤 等 首次报道通过高通量测序揭示了 在犬心房组织中的表达谱，他们将 只犬随机分为对照组和起搏组并比较了两组心房组织 的表达，总共预测 了 心 房 组 织 中 个 ，其中 个 在两组犬之间存在差异表达，通过分析 相互作用网络发现差异表达的 和房颤相关的 以及 之间存在着广泛的相互作用，可能作为 海绵或其他作用参与房颤的转录后调控，这一发 现 为 研 究 房 颤 中 的 作 用 机制奠 定 了 基 础。等 收集了名持续性房颤患者和名正常窦性心律患者的右心耳组织，用高通量测序技术筛选出 个与房颤相关的差异表达的 ，其中上调 个，下调 个。同时他们构建了完整的 调控网络，通过生物信息学分析，预测了部分上调和下调的 很有可能作为 的海绵来调节基因的表达。此外，他们利用拓扑分析发现 与其相关的 和靶 的相互作用构成了持续性房颤的中枢调控网络。等 收集非瓣膜性持续性房颤患者和正常对照组左心耳标本并进行 测序，通过生物信息学分析对其潜在功能进行了研究，经基因本体论（）和京都基因和 基 因 组 百 科 全 书（）途 径 富 集 分 析 发 现 相关的 网络可能通过改变钙离子和心肌收缩来影响房颤。等 采用高通量 测序法研究有无持续性房颤的瓣膜性心脏病患者左心耳中差异表达的 中国心脏起搏与心电生理杂志 年第 卷第期 ，通过 宿主基因和下游基因的 和 通路分析发现 信号通路和 信号通路可能受 的影响并在瓣膜性心脏病患者房颤的发生发展中起重要作用。等 收集 例患者心脏瓣膜成形术中左房组织标本，其中例为永久性房颤，例为阵发性房颤，例为窦性心律对照，通过高通量测序发现阵发性房颤向永久性房颤进展的一个重要特征是能够吸附特定 的 表达增加，从而减少转录后调控因子的表达。与心房电重构有研究表明一些跨膜离子电流，如瞬时外向钾电流（）、内向钠电流（）和小电导钙激活钾通道电流（）的变化是电重构的关键决定因素。和 编码。和 分别编码 和 。在早期（相）复极中起主要作用，启动心脏动作电位，电流对复极过程有重要作用。等 建立了小鼠心脏成纤维细胞和心房肌细胞的功能模型，探讨了 对心肌细胞凋亡和、表达的影响，得出在心肌细胞中，基因敲除可抑制 、和 的表达从而抑制心肌细胞电重构。为了评估 是否可以作为 海绵来阻止 与其靶基因结合，他们首先筛选了可能的靶候选 ，研究了敲除和过表达 、和 后 的表达水平。在这三个 中，只有 抑制剂的转染显著提高了心肌细胞 的表达水平，是 靶基因，因此从机制上讲，可能通过作为 海绵来调节其靶基因 的表达，从而发挥生物学功能。等 比较房颤患者和健康对照组心房组织 ，将两组检验值小于 和差异倍数大于的 定义为显著差异表达的 。他们应用经典的 靶基因预测软件 和 来预测 中的 靶标，同时也预测了 中的 靶标，最后构建了 、和 的全基因组整合调控网络，发现位于 号染色体上的 可以通过与 相互作用影响相关离子通道蛋白表达参与心房电重构导致房颤发生。是细胞溶质电压门控钾（）通道相互作用蛋白家族的成员，与心脏传导通路有关，也是 的靶基因之一，的过表达可能增加房颤易感性，因此推测 调控网络可能参与房颤电重构。型钙电流的改变和电压门控的 型钙通道亚基 （）的表达减少导致动作电位时程缩短与房颤有关。等 发现 在瓣膜性心脏病持续性房颤患者 中 高 表 达，通 过 调 节 的 功 能 来 调 控 和 的表达。和 是钙调蛋白（）的主要编码基因，而 是一种广泛存在于细胞内的钙敏感蛋白，可调节多种离子通道的门控特性包括 型钙通道（）和心脏兰尼定受体（），突变可改变离子通道的相互作用和门控特性，导致心房电重构。轴对于瓣膜性心脏病患者发生房颤的病理过程仍需要进一步探索。等 通过转基因方法在小鼠体内过表达 ，与野生型小鼠相比，转基因小鼠表现为房颤易感性增强，型钙电流减少，心房动作电位时程缩短，内源性 基因敲除则抑制了房颤的 易 感 性。经 蛋 白 印 迹 和 荧 光 素 酶 活 性 测 定 证 实，和 为 的 同 源 靶 基 因，与型钙通道蛋白亚基之间存在相互作用关系，包含 的外泌体通过靶向编码型钙通道的基因 和 参与心房电重构。等 应用 微阵列检测持续性房颤患者和正常窦性心律患者心肌细胞中 个 的表达谱，发现房颤患者心肌细胞中 显著上调，心肌细胞转染 前体可下调 的表达，同时降低乙酰胆碱敏感的内向整流钾电流（）。等 使用 和 的 靶点预测软件预测了 的相互作用，为了建立 网络，他们使用该软件搜索 上的 ，然后选择相应的 ，预测显著下调的 将针对这两个与房颤相关的 （和 ），这 表 明 调控网络对心房电重构的潜在影响。的潜在功能影响可能是其上游调节作用，作为 海绵，靶向参与不同离子通道的基因表达来调节心房电重构。与心房结构重构心房纤维化是结构重构的标志。此外，心肌细胞凋亡、结缔组织增多和炎细胞浸润也存在于结构重建过程中。心脏由多种细胞组成，包括心肌细胞和非心肌细胞（成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞等）。随着高通量测序的兴起，最近的研究表明 广泛存在于不同的细胞类型中，通过调节心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞的病理生理，参与多种心血管疾病，包括心房结构重构。转化生长因子（）和 信号通路在心房纤维化中起重要作用。等 利用人类 微阵列来量化名阵发性和名持续性房颤患者外周血浆中的表达差异，随后在另外 名房颤患者（分别为 名持续性房颤和 名阵发性房颤）中通过 验证了表达模式的有效性，结果发现持续性房颤患者与阵发性房颤患者相比有 个 表达明显异常（检验值小于 和差异倍数大于的 定义为显著差异表达的 ）。信号通路分析表明，个上调和下调的 均聚集在丝裂原活化蛋白激酶（）和 信号通路中。其中 在持续性房颤组持续下 调，并 认 为 是 与 房 颤 和 心 肌 纤 维 化 相 关 的 几 个 的靶点。此外，与 水平呈显著负相关，持续性房颤组 水平显著高于阵发性房颤组。可能通过靶向 和 途径促进心肌纤维化，成为房颤持续存在的潜在调节因子和生物标志物。结构域 泛连接酶（）是 信号传导的负调节因子，可导致 型受体降解并抑制 诱导的 磷酸化。等 发现房颤患者与正环状 在心房颤动发生中的作用及应用常人相比，的表达增加，而 的表达减少。用 模拟物转染心脏成纤维细胞增加了 的表达并降低了 的表达，而 抑制剂逆转这一结果，敲除可抑制心脏成纤维细胞增殖是由 上调和随后 信号通路失活介导的。等 通过收集房颤患者和正常对照组左心耳标本进行 测序，通过生信分析得出 与 之间的相互作用可能是房颤的一种调控机制，能够上调心脏成纤维细胞中纤维化相关基因的表达水平，与 相互作用是否会影响表达进而参与房颤患者的心房纤维化有待进一步研究。等 收集患有风湿性心脏病的持续性房颤患者和窦性心律患者的心房组织，应用和 途径富集分析来研究差异表达的 的潜在功能及房颤发病机制中可能存在的 轴。首次显示 和 与 个下调的 相互作用。其中 与型胶原（）和 型胶原（）沉积有关，是房颤的生物标志物和治疗靶点。等 给小鼠注射 后，在心脏成纤维细胞和心脏组织中表达显着升高，沉默 抑制心脏成纤维细胞增殖、迁移和心脏纤维化，进一步分析发现 通过吸附 和改 变 、及平 滑 肌 肌 动 蛋 白（）的表达来参与调控 诱导的心脏纤维化。等 在糖尿病小鼠心肌和心脏成纤维细胞中发现经 处理后，的表达明显上调。生物信息学分析预测，和 直接靶向 ，这一结果得到了双荧光素酶实验的验证。随后的功能实验表明，沉默可以上调成纤维细胞中 的表达，下调 的表达。轴介导了糖尿病小鼠心肌纤维化的发生，在糖尿病小鼠心肌纤维化中起着重要的调节作用，是调节心肌纤维化的一个治疗靶点。等 发现 和 与 信号高度相关，和 相 应 的 靶 基 因 分 别 为 和 ，和 参与房颤发病机制，而 信号通路一直被认为与房颤的心房纤维化有关。因此，他们推测这两个 可能通过分别与 和 竞争 来调节 信号传导。有研究表明，激酶（）是一种丝氨酸苏氨酸激酶，调节成纤维细胞微管稳定性和肌动蛋白聚合，蛋白水平升高可能参与了心房纤维化的发生，通过促进 相关的纤维化形成而参与房颤的发生。等 用 诱导大鼠来源的心肌细胞发现 显著上调，沉默 可抑制 诱导的心肌肥厚生物标志物表达，并进一步通过 数据库证实了 通过海绵 充当 的 ，从而增强 表达。作为永久性房颤患者的促纤维化介质，可以通过与 相互作用调节心脏纤维 化 相 关 基 因 表 达，因 此 推 测 轴影响心房纤维化，参与心房结构重构。等 还发现，单个 可以影响多个 ，作为级联反应的放大，诱导对下游 的多重影响，可以 影 响 簇（、和 ）的功能，然后调节相同的下游 基因也称为 的编码基因，信号有助于房颤发病机制中的炎症反应，增加心房纤维化程度，这表明 调控网络对心房结构重构的潜在影响。的潜在功能影响可能是其上游调节作用，作为 海绵，靶向参与不同纤维化基因表达来调节心房结构重构。与房颤诊疗由于 在血液和其他体液中的高度稳定性，是疾病诊断的合适生物标志物。等 用 测序检查了非瓣膜性持续性房颤患者和正常对照组左心耳标本，总共在两组间鉴定出 个差异 （；），其中上调的 个，下调的 个，为研究非瓣膜性持续性房颤中 相关 网络提供了一个潜在的视角，并为房颤提供了潜在的生物标志物。在对人类外周血液的分析中，阮中宝等 发现 在房颤患者外周血单核细胞与正常对照者存在差异表达，、和 是共表达网络中结合节点最多的前个 ，分析提示它们与房颤相关的炎症反应有关，均可作为