先天性心臟病是全球發病率和死亡率居首位的出生缺陷，是5歲以下兒童死亡的首要原因。法洛氏四聯症（TOF）是重症先天性心臟病之一並常伴有紫紺表型，由於發病機製不明，TOF的防、診、治面臨重大的挑戰，尤其是隨著“二孩”和“三孩”政策全面實施後，預計因高齡、高危孕婦比例增加等原因，TOF在很長一個時期內可能維持高發甚至上升趨勢。
TOF的表型復雜，其發生過程中涉及多種心臟發育信號的失調。MicroRNA作為一種參與表觀調控的非編碼單鏈RNA分子，成熟miRNA協調著胚胎發育中眾多關鍵過程，包括許多心臟發育相關基因的表達，在心臟發育中扮演重要角色。盡管國內外研究者在TOF病人中發現了許多差異表達的microRNA，但這些microRNA的生理功能以及在TOF復雜表型形成中的作用仍然未知。近日，MK体育平台附屬婦產科醫院王紅艷教授團隊和MK体育平台生命科學學院趙健元研究員合作研究發現，在人胚胎發育早期，miR-222通過表觀抑製microRNA成熟中負責第二步的關鍵酶DICER1和AGO2表達，阻滯心臟microRNA的成熟加工並誘發TOF。
圖1. miR-222誘發法洛氏四聯症的分子機製
圖2. 促進miRNA成熟的依諾沙星（enoxacin）或鐵死亡抑製劑鐵抑素（Fer-1）能顯著降低miR-222誘導的法洛氏四聯症發生風險
研究人員在臨床樣本中發現，人胚胎發育早期心臟中miR-222表達的異常升高與TOF的發生相關；進一步利用基因編輯構建胚胎心臟專一性miR-222過表達小鼠模型後，發現miR-222的高表達可導致小鼠心臟出現TOF中的各類表型，包括室間隔缺損、主動脈騎跨、肺動脈狹窄和右心室心肌肥大，該結果不僅證實了臨床發現中miR-222與TOF的因果關系，也是國際上首個通過編輯microRNA獲得的TOF動物模型。在分子機製探索中，研究人員結合高通量篩查和分子細胞生物學分析發現，miR-222特異性抑製microRNA合成中關鍵酶DICER1和AGO2的表達，進而控製著全細胞水平成熟microRNA生成量。在具體致病通路的解析中，研究人員揭示了水平升高的miR-222通過DICER1-AGO2軸向下調miR-133a致心肌肥厚；miR-222增加細胞的氧化壓力誘發鐵死亡進而導致TOF形成。心肌肥厚和鐵死亡增強等表型能夠被miR-122抑製劑、增加DICER1或者AGO2所逆轉（圖1）。特別有趣的是，在模型小鼠中使用促進miRNA成熟的依諾沙星（enoxacin）或者鐵死亡抑製劑鐵抑素（ferrostatin-1）能夠極為顯著地降低各類TOF表型和阻止TOF發生，展現出精準高效的防控作用（圖2）。
該研究提示在microRNA網絡中也存在著中樞或主控microRNA（master microRNA），它調節了心臟發育過程中諸多microRNA的時空表達差異性及彼此之間的相互作用，有助於我們理解和解釋TOF復雜表型的原因。MicroRNA成熟涉及由pri-miRNA到pre-miRNA的第一步以及由pre-miRNA到成熟miRNA的第二步。既往研究表明決定miRNA成熟中第一步的關鍵酶DRASHA和DGCR8的遺傳性表達失衡直接影響幹細胞向三個胚層的分化（Nature，2021），而在胚胎期心臟發育中高表達的miR-222，通過協同抑製miRNA成熟中順次的第二步關鍵酶DICER1和AGO2最終導致了嚴重的心臟畸形TOF表型，這也是在已知miR-222與心衰或者心梗相關聯的報道基礎上，首次確認miR-222在心臟發育中的主控作用。2022年5月30日，研究成果以“Master MicroRNA-222 Regulates Cardiac MicroRNA Maturation and Triggers Tetralogy of Fallot”（https://doi.org/10.1038/s41392-022-00993-1）為題在線發表於Signal Transduction and Targeted Therapy。MK体育平台李超和李紅豆博士為本文共同第一作者，MK体育平台王紅艷教授和趙健元研究員為共同通訊作者，該研究得到了MK体育平台發育生物學研究所陶無凡教授、MK体育平台附屬婦產科醫院姚曉瑛主任、南京大學醫學院楊中州教授和黃心怡博士、南通大學劉東教授、MK体育平台生命科學學院王永明教授、上海實驗動物中心趙瑩博士的大力支持。
