近日,我国著名药理学家、哈尔滨医科大学校长杨宝峰教授因在抗心律失常及离子通道等医学领域取得重大、创造性的科研成果当选为中国工程院院士。在杨宝峰诸多的硕果中,有关微小核苷酸(miRNA)与心源性猝死之间关系的研究,曾被国际著名学术杂志《自然-医学》、《心血管研究》所刊用,并被《自然-医学》评为“2007年世界十大生命科技进展”之一,同时入选当年“离子通道领域100篇最具影响力文章”。近日,笔者专程采访了杨宝峰,请他就miRNA这一神奇的物质进行科学揭秘。
问:什么是miRNA?破译其中的信息会给人类健康带来什么样的前景?
杨宝峰:miRNA是RNA的一种,广泛分布在我们的人体内,与我们熟知的信使RNA(mRNA)相比,它的体积要小许多,只由18~26个核苷酸组成,被视为微小核苷酸。而它不会被翻译成蛋白质,因此是非编码小分子RNA。虽然miRNA体积很小,却在人体内发挥着强大的调节作用。它通过某种特殊的翻译过程,直接或间接地干预靶蛋白的表达,影响机体的功能活动。
众所周知,心律失常、心力衰竭、肿瘤等疾病严重危害人类健康,虽然人们对其发生奥秘进行了艰苦探索,但迄今为止仍未明了其确切机制,且药物治疗效果亦不理想。miRNA的发现则为攻克这些恶性疾病带来了希望。研究发现,miRNA在心律失常、肿瘤、心力衰竭、艾滋病感染中均扮演着重要“角色”。阐明微小RNA的奥秘,将会极大地加快生命科学前进的脚步,同时有助于为疾病的治疗选准新的靶点。比如,我们发现:miR-1、miR-133、miR-590、miR-328等多种miRNA在室性恶性心律失常或房颤发生、发展中起关键调节作用。此外,在艾滋病病毒(HIV)的复制过程中,也发现了miRNA的身影,为艾滋病的治疗带来了新希望。
问:目前,国际上围绕miRNA开展了哪些著名的研究?
杨宝峰:现在围绕miRNA的研究非常多,涵盖多个领域,如心血管、肿瘤等学科,不少已在国际重要学术期刊发表了相关的研究文章。
比如,Chen JF等人观察miR-1和miR-133在肌细胞增殖和分化过程中发挥的作用,结果发现,miR-1可促进肌原细胞分化,miR-133可刺激肌原细胞增殖,说明两者在骨骼肌和心肌表达的时向性和数量对于骨骼肌、心肌的不同时期发育过程具有重要意义。
Van Rooij E等人发现,在应激状态或受甲状腺激素T刺激时,心肌α-肌球蛋白重链表达下降,β-MHC表达量增高,心肌发生纤维化和肥大反应。但将miR-208敲除后,小鼠心肌在应激状态下却不发生肥大和纤维化,β-MHC表达量也不增加,表明miR-208在心肌肥厚、纤维化和βMHC的表达等方面具有重要价值。
Johnson等人提出let-7家族调节人类重要的致癌基因RAS基因,在肺癌患者中let-7家族通过调节致癌基因RAS的活性,可起到抑制肿瘤的效果。
问:您对miRNA的研究有什么突破?为什么引起国际学术界的高度关注?
杨宝峰:心力衰竭与恶性心律失常是导致心脏病患者死亡的主要原因。深入探讨国人心力衰竭和恶性心律失常的发病机制,寻找抗心律失常药物的新靶点,建立重大心脏疾病早期预警体系并提出有效防治策略,具有重大意义。
由于致病机理不清,防治恶性心律失常以及由此导致的心源性猝死,一直是世界性的医学难题。我们经过多年研究,首次发现了导致恶性心律失常的新靶点——miRNA,并从分子生物学角度成功揭示了其致病机理。这一原创性的成果刊登在《自然-医学》杂志上。这无疑为今后抗心律失常治疗方法及新药研发提供了新的思路。
近期我们课题组还发现,临床上对于缺血性心律失常具有较好疗效的β-肾上腺素受体拮抗剂普萘洛尔的抗心律失常作用与下调miR-1有关。普萘洛尔可降低心肌梗死大鼠死亡率,并能逆转心肌缺血后miR-1的上调,从而增高内向整流钾通道亚基Kir2.1和间隙连接蛋白43的表达,改善由心肌缺血损伤导致的细胞膜去极化和电传导减慢,防治缺血性心律失常。丹参酮IIA是传统丹参的有效成分,长期使用具有抗缺血性心律失常和抑制心脏猝死的作用,并能够恢复由缺血引起的IK1电流下降及其蛋白表达下调,这与丹参酮IIA通过抑制血清反应因子预防miR-1上调有关。而Ⅰ类抗心律失常药物奎尼丁则不能下调miR-1的表达,而是进一步抑制IK1/Kir2.1。这说明miRNA是一个潜在的防治缺血性心律失常的新靶点。
此外,我们还发现,miRNA与房颤的发生发展关系密切。烟草中的尼古丁可下调miR-133和miR-590的表达,进而导致TGF-β1和TGF-βRII两个靶蛋白的表达增加,从而使心房成纤维细胞的胶原含量增加,诱发心房结构重构。这说明,miRNA在尼古丁导致的心房纤维化过程中,扮演了一个必要的“调节者”。
问:您的课题组今后还将围绕miRNA开展哪些探索性的工作?
杨宝峰:接下来,我们将就已发现的致病miRNA为靶点,研发新的治疗药物。当然在此过程中,我们将遇到很多的问题。例如,如果将人工合成的miR-1抑制剂输入人体,如何让其选择性地“瞄准”心脏,如何使其进入心肌细胞内拮抗内源性升高的miR-1。
近期我们还发现,循环中的miR-1有望成为一种新的急性心肌梗死诊断标志物。急性心肌梗死患者血浆中的miR-1水平显著高于非急性心肌梗死者,出院后其miR-1水平又下降到正常范围内。循环中miR-1的增加,与患者年龄、性别、高血压、糖尿病等急性心肌梗死的既定生物标志物没有关联,但与患者的QRS波有关。这一发现极大地鼓舞了我们,对此我们将进行更深入的探索。