作者与发表信息
本综述由Dan Wang、Zhenchao Niu和Xiaolong Wang（通讯作者）共同撰写，三位作者均来自上海中医药大学附属曙光医院的心血管病研究所、心血管内科及国家中医临床研究基地心血管分中心。该文于2022年3月17日发表在*Frontiers in Pharmacology*期刊上，题为“The regulatory role of non-coding RNA in autophagy in myocardial ischemia-reperfusion injury”。
研究背景与目的
急性心肌梗死（acute myocardial infarction, AMI）是全球范围内死亡率较高的心血管疾病之一。目前临床上最有效的干预手段是通过溶栓、冠状动脉旁路移植术或直接经皮冠状动脉介入治疗（primary percutaneous coronary intervention, PPCI）及时恢复冠状动脉血流。然而，血流再灌注本身会进一步加重心肌细胞损伤，这一现象称为心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia-reperfusion injury, MIRI），在很大程度上抵消了血运重建的获益。大量研究表明，自噬（autophagy）是介导MIRI发生的重要机制之一。一般来说，缺血阶段适度的自噬对心肌细胞具有保护作用，而再灌注阶段过度的自噬则有害甚至导致细胞死亡。非编码RNA（non-coding RNAs, ncRNAs）是自噬的主要调控因子，包括微小RNA（microRNA, miRNA）、长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）和环状RNA（circular RNA, circRNA），它们通过调控自噬相关的mTOR信号通路及自噬体形成过程，在MIRI的发生发展中发挥关键作用。本综述的目的在于系统梳理非编码RNA如何通过调节自噬的各个阶段来影响MIRI的结局，并总结所有已报道的MIRI中可作为潜在药物靶点的非编码RNA，为MIRI的预测和治疗提供新思路。
非编码RNA对mTOR信号通路的调控
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）是调控自噬启动阶段的关键蛋白激酶，对自噬过程起负向调控作用。非编码RNA通过靶向mTOR通路的多个分子来调节自噬。在PI3K/AKT/mTOR信号通路方面，抑制miR-208a和miR-30a可以抑制mTOR分子的激活，从而促进mTOR介导的自噬增强，并通过抑制PI3K/AKT通路保护心肌细胞；而过表达miR-494和miR-384则通过激活该通路减少自噬和凋亡。此外，miR-29c通过靶向PTEN激活PTEN/AKT/mTOR通路，部分阻断心脏自噬，从而保护心肌免受缺血再灌注损伤。在AMPK/mTOR信号通路方面，miR-429通过直接靶向MO25拮抗MO25/LKB1/AMPK通路的激活，增强自噬并改善心肌细胞的缺氧复氧损伤；而miR-139-5p则通过负向调控AMPK/mTOR/ULK1通路抑制自噬，减少MIRI。miR-206的减少通过激活AMPK/NAMPT信号通路抑制心肌凋亡和自噬，从而减轻MIRI。此外，miR-99a可直接靶向mTOR，通过mTOR/p70S6K信号通路增加自噬并抑制凋亡，改善心肌梗死小鼠模型的心功能。miR-142-3p通过靶向HMGB1间接调控mTOR信号通路，抑制自噬并改善MIRI。miR-221则通过靶向DDIT4释放对mTORC1通路的抑制，并通过抑制TP53INP1/p62复合物的形成来保护心肌免受缺血再灌注损伤。
非编码RNA对自噬不同阶段的调控
自噬的诱导阶段需要ULK1复合物的参与。ULK1作为自噬诱导的核心枢纽，受到多种非编码RNA的调控。例如，miR-20b-5p可以靶向ULK1并阻断ULK1复合物的磷酸化以抑制自噬，保护人脐静脉内皮细胞免受缺氧复氧损伤。抑制miR-30a可降低MIRI大鼠心肌组织中ULK1和beclin-1的蛋白水平，减少自噬并抑制凋亡，从而保护大鼠心肌细胞。
在自噬体成核阶段，III类磷脂酰肌醇3-激酶（PtdIns3K）复合物发挥关键作用，该复合物由ATG14、beclin-1、VPS34和p150组成。miR-130a靶向ATG14，抑制miR-130a可提高缺氧复氧诱导的原代心肌细胞中ATG14的表达水平和beclin-1的磷酸化水平，从而增加自噬并抑制心肌细胞凋亡。beclin-1在再灌注期间高表达，其介导的自噬在再灌注阶段尤为重要。beclin-1受Bcl-2抗凋亡家族蛋白的负调控，且beclin-1介导的自噬与凋亡之间存在复杂的交叉对话，可协同加重心肌细胞死亡。miR-384和miR-30a通过靶向beclin-1抑制过度自噬来保护心肌细胞。lncRNA MALAT1、PVT1和AK088388分别通过竞争性结合miR-20b、miR-186和miR-30a来促进beclin-1表达，上调自噬并增加心肌细胞损伤。lncRNA CAIF则直接靶向转录因子p53，阻断p53与心肌蛋白启动子区域的结合，通过p53-myocardin轴减轻自噬性细胞死亡。然而，beclin-1在促进自噬体形成和阻断自噬流方面的双重作用使其角色更为复杂，其对自噬的影响仍需进一步研究。
在自噬体延伸阶段，两个类泛素化结合系统——ATG12-ATG5-ATG16L1系统和ATG8/LC3-PE系统发挥核心作用。在ATG12-ATG5-ATG16L1系统中，miR-103a-3p、lncRNA GALONT和lncRNA FOXD3-AS1通过直接靶向ATG5或作为miRNA的内源性海绵间接调控ATG5表达来促进自噬，加重MIRI。在糖尿病背景下，lncRNA AK139328和lncRNA NEAT1通过调节ATG5和ATG7水平增强自噬，增加心肌梗死面积并加重MIRI。ATG7作为自噬系统中唯一的E1样酶，在自噬膜延伸中发挥核心作用。lncRNA APF和circHIPK3分别作为miR-188-3p和miR-20b-5p的功能性海绵，特异性调控ATG7的表达，抑制自噬和凋亡，减轻MIRI。与之相反，lncRNA H19的上调通过吸附miR-143增强ATG7表达，促进自噬并减轻心肌缺血再灌注损伤。let-7b则通过调节ATG12-ATG5-ATG16L1系统抑制自噬活性，减轻MIRI。
在ATG8/LC3-PE系统中，LC3-I在ATG7和ATG3的作用下与磷脂酰乙醇胺共价连接形成LC3-II。通常以LC3-II与LC3-I的比值来评估自噬激活程度。miR-204的下调增加了LC3-II的表达并增强自噬，加重MIRI；miR-214通过调节LC3II/I比值抑制自噬，减少细胞坏死和MIRI。ATG3是参与LC3脂化的E2酶，miR-431通过靶向ATG3调控自噬，过表达miR-431至少部分通过调节ATG3的表达减轻缺氧复氧诱导的心肌损伤。lncRNA RMRP通过海绵吸附miR-206靶向ATG3促进自噬，加重MIRI。然而，也有研究表明促进自噬可减轻MIRI，如抑制miR-204可通过抑制LC3-I向LC3-II的转化和SIRT1的表达来抑制自噬但对MIRI具有保护作用；抑制miR-130a可增加LC3II/LC3I比值并降低p62表达，从而促进自噬并增强细胞活力；抑制miR-490-3p通过上调ATG4B促进自噬，减少梗死面积并改善MIRI。这些矛盾结果可能源于缺血缺氧的严重程度和持续时间、不同的诱发因素、不同的细胞和动物模型以及实验方案的差异。
在自噬体与溶酶体融合阶段，LAMP1/2、SNARE蛋白、Rab蛋白和UVRAG等参与其中。虽然目前尚未发现直接参与自噬体-溶酶体融合的非编码RNA，但miR-320a、miR-33、miR-100-3p和miR-16b以及linc00511可能通过抑制LAMP1/2、v-SNARE蛋白和VAMP7对自噬产生负向调控作用。此外，circ_0000034通过抑制miR-361-3p上调STX17水平，lncRNA XIST通过抑制miR-23b-3p/miR-29a-3p上调STX17表达，miR-520a-3p、miR-216b和miR-125a通过靶向UVRAG调控自噬，推测这些非编码RNA可能促进自噬体与溶酶体的融合。
非编码RNA对线粒体自噬的调控
心肌细胞富含线粒体，线粒体自噬（mitophagy）通过清除受损线粒体维持细胞氧化还原稳定，在MIRI发病机制中至关重要。miR-410通过直接靶向HMGB1调控HSPB1活性，抑制线粒体自噬并加重MIRI。转录因子FOXO3诱导包括BNIP3、ATG12、LC3B、ATG4B、beclin-1、VPS34和ULK2在内的多种自噬基因的转录，抑制miR-302a-3p可通过靶向FOXO3促进线粒体自噬，减少线粒体功能障碍和MIRI。PINK1在线粒体自噬中发挥关键作用。circRNA ACR通过直接结合DNA甲基转移酶3B（DNMT3B）调控PINK1的表达，抑制心肌细胞和线粒体自噬，减少细胞死亡；该研究首次证实circRNA通过影响DNA甲基化调控基因表达，揭示了PINK1作用的新机制。circPAN3/miR-421信号通路通过调控PINK1抑制自噬并改善MIRI。miR-421在E2F1转录因子激活下通过抑制PINK1的翻译促进线粒体碎片化、凋亡和心肌梗死。与自噬类似，线粒体自噬在MIRI中也扮演双重角色，这可能与线粒体自噬所处的阶段（缺血或再灌注）、线粒体自噬的程度、细胞环境以及不同的刺激有关。
总结与展望
非编码RNA通过调控mTOR相关信号通路、自噬的各个环节以及线粒体自噬来影响MIRI。靶向非编码RNA可能成为MIRI的新型治疗策略。临床上，多种非编码RNA在MIRI和其他冠心病患者的外周血中异常表达，如lncRNA NEAT1、miR-130a、miR-30a、lncRNA MALAT1和线粒体lncRNA LIPCAR在AMI和MIRI患者外周血中升高，而miR-497、miRNA-30e和lncRNA-ANRIL则在缺血性心肌病和MIRI患者的血清中显著降低。多种药物包括瑞舒伐他汀、柠檬酸盐、葛根素、吗啡和红景天苷等通过调控非编码RNA的表达及自噬等生物过程改善MIRI。间充质干细胞具有修复心肌损伤的治疗潜力，而经microRNA修饰的MSCs通过延长移植细胞的存活和促进心肌细胞分化，更有利于修复梗死相关损伤和改善心功能。外泌体和腺病毒作为miRNA递送载体的研究也为辅助miRNA治疗MIRI取得了进一步进展。
然而，非编码RNA作为生物标志物和疗法的发展仍面临诸多挑战，包括外周血中非编码RNA的数量和质量、是否优于常规临床蛋白标志物、多中心大样本的临床验证、药物的特异性递送、免疫原性障碍的降低、靶向特异性的提高、安全性问题等。此外，在MIRI研究中，大多数自噬体丰度检测仅关注自噬上调而非自噬降解的阻断，难以确定自噬流增加的原因。自噬在细胞保护和细胞死亡中的二元角色使自噬在缺血再灌注模型中颇具争议。更重要的是，来自动物模型的实验数据具有很大局限性，上述非编码RNA在物种间是否保守、这些结论能否外推到人类，都需要进一步研究。总体而言，自噬在缺血阶段具有保护作用，而再灌注阶段过度自噬则有害，非编码RNA通过调控自噬和其他过程介导MIRI。随着非编码RNA研究的不断创新和发展，其在MIRI中的调控机制有望得到进一步阐明。尽管当前在非编码RNA、自噬和MIRI的研究中面临巨大挑战，但识别非编码RNA作为AMI或MIRI的生物标志物以及将其发展为靶向疗法，在不久的将来必将引起极大的关注。