MiR-199a家族成员在生理性和病理性心脏肥大中差异调节

《Frontiers in Physiology》：MiR-199a family members are differentially regulated during physiological and pathological cardiac hypertrophy

　　

在支持心血管稳态的潜在分子机制中，miRNA（miR）是值得关注的候选分子。研究人员最近强调，miR-199a控制内皮中的一氧化氮合酶/一氧化氮（NOS/NO）通路，并表明miR-199a的两条成熟链在高血压小鼠模型的心脏和血管中过表达。本研究探讨了miR-199a在发生生理性或病理性心脏肥大小鼠的心脏和血管中的命运。研究人员的假设是，由miR-199a丰度变化驱动的细胞表型改变，可解释病理生理背景下心脏和/或血管对负荷增加的适应。C57BL/6J小鼠进行22周自愿动态跑轮训练或接受横向主动脉缩窄（TAC）手术，分别发展为生理性和病理性心脏肥大。在跑步组与TAC组小鼠的血管和心脏中，观察到miR-199a-3p和miR-199a-5p表达的相反调节，这与心脏组织中视网膜母细胞瘤1（RB1）的相反调节相关。研究人员表明，miR-199a-3p上调通过间接调节CCAAT/增强子结合蛋白（C/EBP）β，在病理背景下促进心肌细胞肥大，而运动对其抑制则驱动与生理性重塑相关的代谢适应。有趣的是，miR-199a-5p抑制还直接靶向Sirtuin 1（Sirt-1）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子（PGC1）α。总之，研究人员的发现表明，miR-199a的两条成熟臂协同作用，驱动生理性和病理性心脏肥大中遇到的形态和代谢适应。

**论文解读：miR-199a家族在生理性与病理性心脏肥大中的差异调控机制**

**研究背景与问题**
心血管系统需持续适应负荷变化以维持器官灌注，心脏肥大是其代偿性反应。根据刺激类型，心脏肥大可分为生理性和病理性：生理性肥大（如运动员或妊娠期）表现为可逆性、对称性腔室扩张及功能改善；病理性肥大（如高血压）则呈不可逆性、向心性重塑、心肌纤维化及功能受损。分子层面，两者涉及“胎儿基因”重编程、代谢转换及生长信号调控差异。microRNA（miRNA）作为转录后调控因子，参与心血管稳态维持。既往研究提示miR-199a参与心血管疾病及运动保护效应，但具体机制不清。为此，本研究旨在探讨miR-199a家族成员在生理性与病理性心脏肥大中的差异表达及功能，并阐明其下游效应网络。

**研究目的**
通过对比动态运动训练（生理性肥大）与压力负荷（病理性肥大）小鼠模型，验证miR-199a丰度变化是否驱动心脏和血管表型适应，并揭示其分子机制。

**论文发表**
本论文发表在《Frontiers in Physiology》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用C57BL/6J雄性小鼠（购自Janvier Labs，法国）建立两种模型：①22周自主跑轮运动（动态训练）诱导生理性心脏肥大；②横向主动脉缩窄（TAC）手术诱导病理性心脏肥大。通过实时定量PCR（RT-qPCR）检测miRNA及前体、靶基因mRNA表达；Western Blot检测蛋白水平；Pull-down实验验证miR-199a-5p与靶基因Sirt-1和PGC1α的直接结合；分离新生大鼠心肌细胞（NRCMs）进行转染（mimic或LNA抑制剂）及免疫荧光分析细胞面积；组织学染色（天狼星红）评估纤维化。所有实验均经伦理委员会批准。

**研究结果**
**1. 压力负荷与动态训练分别促进病理性与生理性心脏肥大**
TAC术后8周小鼠左心室（LV）重量/体重比增加，心肌胶原含量升高，胎儿基因重编程（Myh6/Myh7比值下降，Serca2a下调，ANP升高）。运动训练22周小鼠LV重量/体重比增加，LV壁增厚，但无纤维化及胎儿基因重编程，ANP和BNP上调，证实为生理性肥大。

**2. miR-199a-3p和miR-199a-5p在压力负荷或运动训练后血管和心脏组织中反向调节**
TAC小鼠肠系膜动脉和主动脉中miR-199a-3p和-5p均显著上调，其前体premiR-199a-2及转录因子Twist-1表达升高。运动训练小鼠血管中两条链均显著下调，premiR-199a-2和Twist-1降低，同时eNOS/NO通路激活（eNOS Ser1177磷酸化增加）。在心脏组织中，TAC小鼠miR-199a-3p和-5p及前体上调，Twist-1表达增强；运动小鼠则相反，前体和Twist-1均下调。

**3. miR-199a-3p是心脏和心肌细胞肥大的关键调节因子**
苯肾上腺素（PE）处理新生大鼠心肌细胞（NRCMs）诱导肥大，同时miR-199a-3p和-5p上调。LNA抑制剂抑制miR-199a-3p可显著阻止PE诱导的肥大，而抑制miR-199a-5p无效。单独转染miR-199a-3p mimic即可诱导心肌细胞肥大，证实其促肥大作用。RB1（视网膜母细胞瘤1）在PE处理的心肌细胞及TAC小鼠心脏中表达降低，而RB1沉默可诱导肥大；运动训练小鼠心脏RB1 mRNA升高，但蛋白不变，提示差异调控。

**4. miR-199a-5p靶向心脏组织中的代谢调节因子**
Pull-down实验证实miR-199a-5p直接结合Sirt-1和PGC1α mRNA。运动训练小鼠心脏中PGC1α和Sirt-1蛋白及mRNA上调，而TAC小鼠中下调。在NRCMs中，抑制miR-199a-5p升高PGC1α和Sirt-1表达，过表达则降低。此外，运动训练心脏中C/EBPβ表达下调，TAC心脏中上调。miR-199a-3p通过mTOR通路间接调控C/EBPβ：过表达miR-199a-3p降低mTOR并升高C/EBPβ，抑制miR-199a-3p则相反，且mTOR siRNA降低C/EBPβ表达。

**讨论与结论**
本研究首次在动态训练诱导的生理性心脏肥大小鼠心脏和血管中观察到miR-199a-3p和-5p的下调，与病理性肥大中的上调形成鲜明对比。miR-199a-3p通过mTOR间接调控C/EBPβ，促进心肌细胞肥大和纤维化；miR-199a-5p直接靶向Sirt-1和PGC1α，调控线粒体生物合成和氧化代谢。两条链协同作用，使miR-199a处于生理性与病理性心脏重塑的交叉点，驱动内皮功能、心肌细胞生长及代谢适应。研究结论：心脏和内皮适应动态运动或压力负荷与miR-199a两条链的协调和相反调节密切相关，这些调节驱动内皮功能、心肌细胞生长和C/EBPβ的表达，而C/EBPβ是对容量或压力负荷作出反应的主要代谢适应架构师。此外，研究人员的工作扩展了同一miR的两条链可能冗余地促进细胞和组织适应外部刺激的概念。