Arq Bras CardiolabcArquivos Brasileiros de CardiologiaArq. Bras. Cardiol.0066-782X1678-4170Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBCxm7z5nQgmMjDjwhzMZNCLdtS0066-782X201800170073810.5935/abc.20180215Review ArticleRole of miRNAs on the Pathophysiology of Cardiovascular DiseasesSilvaDebora Cristina Pereira da1CarneiroFelipe Demani1AlmeidaKelly Costa de2Fernandes-SantosCaroline1Universidade Federal FluminensePrograma de Pós-graduação em Ciências CardiovascularesNiteróiRJBrazilPrograma de Pós-graduação em Ciências Cardiovasculares da Universidade Federal Fluminense (UFF), Niterói, RJ - BrazilUniversidade Federal FluminenseNova FriburgoRJBrazilUniversidade Federal Fluminense (UFF), Nova Friburgo, RJ - BrazilMailing Address: Caroline Fernandes dos Santos Bottino, Rua Dr Silvio Henrique Braune, 22. Postal Code 28625-650, Centro, Nova Friburgo, RJ - Brazil. E-mail: cf_santos@id.uff.br
Author contributions
Conception and design of the research: Fernandes-Santos C; acquisition of data, analysis and interpretation of the data, writing of the manuscript and critical revision of the manuscript for intellectual contente: Silva DCP, Carneiro FD, Almeida KC, Fernandes-Santos, C.
Potential Conflict of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
1120181115738746This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly citedAbstract
MiRNA (or microRNA) is a subclass of non-coding RNAs that is responsible for post-transcriptional gene regulation. It has approximately 22 nucleotides and regulates gene expression in plants and animals at the post-transcriptional level, by the cleavage of a target mRNA or by suppression of its translation. Although many of the processes and mechanisms have not yet been fully elucidated, there is a strong association between miRNA expression and several diseases. It is known that miRNAs are expressed in the cardiovascular system, but their role in cardiovascular diseases (CVDs) has not been clearly established. In this non-systematic review of the literature, we first present the definition of miRNAs and their action at the cellular level. Afterward, we discuss the role of miRNAs as circulating biomarkers of CVDs, and then their role in cardiac remodeling and atherosclerosis. Despite the complexity and challenges, it is crucial to identify deregulated miRNAs in CVDs, as it allows a better understanding of underlying cellular and molecular mechanisms and helps in the development of more accurate diagnostic and prognostic circulating biomarkers, and new therapeutic strategies for different stages of CVDs.
Scientific research has been done in attempts to explain the pathophysiology of several diseases for the development of new therapies. In this regard, miRNA (or microRNA) has drawn attention of scientific community as a potential therapeutic target. Since their discovery in 1993,1 several miRNAs related to biologic processes for their gene-regulatory roles have been cataloged. However, many miRNAs remain to be discovered, which makes them one of the largest classes of gene regulators. To give an idea of the importance of miRNAs, these molecules regulate approximately one third of all gene expression in mammals.2
Although many studies have successfully established an association between miRNA expression patterns and several diseases, many mechanisms and processes involved have not been fully elucidated. In diabetes mellitus, for example, results of experimental studies have indicated that specific miRNAs present in pancreatic islets may play a regulatory role in insulin secretion.3 MiRNA expression may also be visualized in different types of tumors, acting either as tumor suppressors or exerting an opposite role with deleterious effects.4 Although it is currently known that miRNAs are expressed in the cardiovascular system, their role on the development of cardiovascular diseases (CVDs) still need to be better understood.
In light of this, we conducted a systematic review aimed at summarizing and discussing the findings of the main studies investigating the relationship between miRNAs and CVD. We searched for articles published in the PubMed database (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed). Original articles written in English, involving humans or animals, were selected using the following MeSH terms - microRNA AND Cardiovascular Diseases, miRNA AND Cardiovascular Diseases.
In this review, we first describe the definition of miRNAs and their actions at the cellular level. Subsequently, we discuss the role of miRNAs as circulating biomarkers, and their role in cardiac remodeling and atherosclerosis.
MiRNA biology
For many years, it was believed that non-coding regions of the genome were “junk”, as they did not carry information for protein synthesis. Currently, it is known that most of the eukaryotic transcriptome is composed by noncoding RNAs, which are classified as functional and regulators. Among functional RNAs, there are transfer RNA (tRNA), small nuclear RNA (snRNA) and small nucleolar RNA (snoRNA); major classes of RNAs regulators are miRNAs, small interfering RNAs (siRNAs), piwiRNAs (piRNAs) and long noncoding RNAs (lncRNAs).5
Among this wide variety of noncoding RNA classes, much attention has been drawn to miRNAs because of the association between dysregulation of these molecules and development of phenotypic and pathological changes.6 MiRNAs are defined as single-stranded, small noncoding RNA molecules containing about 22 nucleotides (nt). They function in post-transcriptional regulation of gene expression in plants and animals by means of cleavage of the target messenger RNA (mRNA) or by suppression of mRNA translation.7 The first miRNA, lin-4, was described in 1993 by the group of Rosalind Lee as a miRNA involved in the larval development of Caenorhabditiselegans (C. elegans). Lin-4 negatively regulates the level of LIN-14 protein in the first larval stage, decreasing its expression over time.1
MiRNA biogenesis starts with the synthesis of a long primary transcript, known as pri-miRNA (~110pb) (Figure 1). Pri-miRNAs are transcribed by RNA polymerase II or III;8 they contain a hairpin structure, essential for its recognition by miRNA processing enzymes. Pri-miRNA is processed into pre-miRNA (~70pb) by the nuclear RNaseIII enzyme Drosha9 which recognizes and cleaves the ends of the hairpin-shaped small RNA structures.10
Synthesis of miRNA and its action on messenger RNA (mRNA). Hairpin primary-microRNAs are synthesized in the nucleus, converted into pre-miRNA by Drosha enzyme, and exported from the nucleus into the cytoplasm by the Exportin-5 protein. In the cytoplasm, pre-miRNA is recognized by the enzyme Dicer; RNA-induced silencing complex (RISC) binds to a double-stranded RNA (dsRNA), generating mature miRNA. Mature miRNA interacts with the target mRNA, leading to either its degradation or its translation.
Following the nuclear processing, each pre-RNA is exported into the cytoplasm by the Exportin-5 protein.11 Pre-miRNA is recognized by the enzyme Dicer, which cleaves the loop region into a double-stranded RNA (dsRNA:~22pb). This process recruits proteins of the Argonaute protein family to form the RNA-induced silencing complex (RISC).12 RISC binds to one of the strands of the dsRNA and generates mature miRNA (canonical miR or miR-5p) which is involved in the regulation of a target mRNA.13 The other strand (miR* or miR-3p) is either degraded or involved in the generation of another RISC, acting in the regulation of another target mRNA.14
The perfect matching between miRNA and the three prime untranslated region (3'-UTR) of the target mRNA leads to the cleavage of the mRNA and its transfer to mRNA processing bodies (p-bodies) and subsequent degradation.15 On the other hand, a partial matching between miRNA and 3’-UTR inhibits translation, which is the main mechanism of action of the miRNAs in mammals.16 Thus, by translation inhibition, miRNA has a direct effect on translation factors and on poly(A) tail functioning.17 Although the primary location of miRNAs is cell cytoplasm,8 some studies have confirmed the entry of these molecules into the circulatory system, possibly resulting from cell lysis.18
Therefore, MiRNAs are also found in the circulatory system and several studies have shown its high stability in the extracellular environment. MiRNA degradation in the extracellular milieu could be prevented by its binding to proteins (e.g. lipoproteins) or its encapsulation into microvesicles and exosomes. Thereby, miRNAs can be reliably detected in plasma samples, and suggested as potential biomarkers of CVDs.19 Since miRNAs are small sequences and do not require perfect matching, a unique miRNA can have tens of target mRNA, and a unique mRNA can be the target of multiple miRNAs, producing a broad regulatory power of genetic expression.20
MiRNAs as circulating biomarkers
Circulating levels of miRNAs have been shown to be altered in some CVDs. This fact has aroused interest in using it as a diagnostic and prognostic tool, since circulating miRNAs have high stability and are easily detected. MiRNAs could be used, for example, as biomarkers of heart failure (HF), atrial fibrillation, acute myocardial infarction (AMI) and atherosclerosis, by its detection in blood plasma (Figure 2).
Circulating biomarkers. Some of the serum and plasma miRNAs that could be used as diagnostic or prognostic biomarkers in cardiovascular diseases are here illustrated.
It has been well established that the presence of miR-1 in the blood may be helpful in the detection of AMI. However, its long-term use as a biomarker has not been recommended, since it remains circulating in the blood only for a short period. The short half-life of MiR-1 is probably explained by its direct release from cardiac necrotic tissue into the circulation, not encapsulated in exosomes.21 In case of heart injury, miRNAs would be released into the blood through exosomes or by cell rupture, associated or not with other molecules. These molecules could protect miRNAs from degradation, prolonging its time in circulation. Besides, the increase in blood flow, changes in pH and release of cytokines can also affect the half-life of circulating miRNAs. For example, it was shown that exogenously added mature miR-1 is rapidly degraded both in vitro and in vivo.22 One limitation of the use of circulating miRNA is the lack of normalization of its quantification as compared with tissue miRNA.23 Despite these limitations, miR-1 is highly sensitive in early identifying AMI.
Several studies have suggested a higher diagnostic accuracy of miR-499 compared with troponin T for AMI.24,25 MiR-499 has the advantage of being detectable in the blood within the next four hours after the AMI, whereas troponin can be detected only later.26 Therefore, miR-499 could enhance the accuracy of troponin T in the early diagnosis of AMI. The HUNT study investigated 179 miRNAs in 212 healthy subjects aiming to predict AMI in these individuals. Several circulating miRNAs were significantly different between individuals who suffered from fatal AMI and those who remained healthy during the follow-up period. Logistic regression analysis revealed that five miRNAs (miR-106a-5p, miR-424-5p, let-7g-5p, miR-144-3p and miR-660-5p) composed the best model for predicting AMI, providing 77% correct classification for both genders.27 Jia et al.28 showed that miR-30d-5p and -125b-5p also have diagnostic value for AMI, in a study on acute coronary syndrome patients.28 In an animal model of AMI, serum miR-208a was increased at 4 hours and 24 hours after AMI.25
Several studies have been conducted aiming at evaluating prognostic and/or diagnostic value of miRNAs in heart failure (HF), as well as in HF treatment. There is evidence that miRNAs have an important role in both the initiation and progression of HF. Although brain natriuretic peptide (BNP) and N-terminal pro-B-type natriuretic peptide (NT-proBNP) are considered the gold standard for HF diagnosis, miRNAs have been exhaustively studied as potential biomarkers. For example, a recent systematic review with meta-analysis showed that miR-423-5p, as associated with atrial natriuretic peptide (ANP) would have a potential diagnostic value for HF detection.29 In chronic HF, Cakmak et al.30 showed that miR-182 has a higher prognostic value for cardiovascular mortality, characterized by unexplained sudden death, decompensated HF or hemodynamically significant arrhythmia, as compared with NT-proBNP and high-sensitivity C-reactive protein (CRP) by ROC curve analysis in patients with compensated HF (NYHA II, n = 20) and decompensated HF (NYHA III, n = 22) compared with healthy controls (n = 15).30 A more comprehensive overview of miRNAs involved in acute and chronic HF can be found in a recent review by Vegter et al.31
Studies on atrial fibrillation (AF) patients have shown that patients with stable chronic HF, AF and ejection fraction < 40% show a significant reduction in plasma miR-150 compared with healthy controls.32 Harling et al.33 analyzed the plasma obtained at 24 h before myocardial revascularization to evaluate diagnostic accuracy of miRNA in post-operative AF. The authors showed a predictive accuracy of 78%,33 indicating that miR483-5 is a potential biomarker of post-operative AF. There is evidence that miR-23a and miR-26a could also predict post-operative AF, since their levels are reduced in the postoperative period of patients undergoing coronary bypass artery grafting surgery.34 Reduced circulating levels of miR-126 is a potential biomarker of the development, progression and severity of AF and HF, according to a study conducted with patients with AF, HF or both.35 Also, Gorem et al.36 showed reduced expression of miR-150 in both platelets and serum of patients with chronic systolic HF associated with AF, compared with individuals without AF.36
A study37 reported the synthesis of endothelial cell-derived apoptotic bodies containing high levels of miR-126 in atherosclerotic vascular disease. These molecules triggered the production of the chemokine CXCL12 in recipient vascular cells.37 Circulating miR-212 has been suggested by Jeong et al.38 as a biomarker of atherosclerosis, as it improves the prediction of atherosclerosis when combined with hemoglobin A1c, HDL and lipoprotein(a). Elevated plasma miR-29a levels were associated with increased carotid intima-media thickness in atherosclerosis patients.39
Cardiac remodeling
Ventricular remodeling is one of the mechanisms involved in the progression of HF and involves cardiomyocyte apoptosis and hypertrophy, interstitial fibrosis caused by collagen deposition, and vascular rarefaction (Figure 3). Despite evidence of an important role of miRNAs on pathologic remodeling, many miRNAs involved in this process remain to be identified. Also, there have been conflicting results on the association of miRNAs with diseases.
Cardiac remodeling and miRNAs. Main miRNAs that modulate cardiac hypertrophy and tissue fibrosis during adverse cardiac remodeling in many diseases are here illustrated.
MiR-1, -133a, -208a/b and -499 are believed to be specific for cardiac tissue, as they are more abundant in this tissue than in others. These miRNAs are involved in mesodermal precursor differentiation, in transdifferentiation/reprogramming of adult fibroblasts/myofibroblasts into mature cardiomyocytes, and preservation of normal function and survival of cardiomyocytes.40 In pathologic conditions, dysregulation of cardiac miRNAs may lead to HF progression, combined with arrhythmia, ischemia, ventricular dilatation, fibrosis and tissue necrosis.
Cardiomyocytes
MiR-1 is one of the most abundant miRNAs, responsible for the control of different aspects of differentiation and proliferation of cardiomyocytes. In animals, miR-1 would be involved in the proliferation and differentiation of cardiac cells during cardiogenesis.41 However, increased expression of miR-1 can cause arrythmia, as it controls cardiac conductance and automaticity by modulating the expression of proteins involved in intracellular calcium regulation.42 MiR-21 is predominantly expressed in cardiac fibroblasts. Its increased expression was shown to indirectly promote cardiac hypertrophy by stimulating Mitogen Activated Protein (MAP) kinases in an animal model of HF,43 although there is evidence that increased expression of miR-1 has an anti-hypertrophic role in isolated cardiomyocytes.44
Silencing of miR-208 in an animal model of AMI attenuated apoptosis, hypertrophy and fibrosis, promoting improvement in cardiac function.45 There is evidence that miR-133 protects cardiomyocytes from hypertrophy in neonatal rats. Mechanisms involved in this process include modulation of intracellular calcium concentrations and reduction of mRNA expression into ANP and myosin heavy chain beta MHC-β.46,47 MiR-223 could suppress hypertrophy by decreasing calcium intracellular concentrations, cardiomyocyte contractility, and phosphorylation of cardiac troponin I (cTNI).4
MiR-124 would be involved in cardiac hypertrophy, since its expression is increased in a model of angiotensin II-induced hypertrophy in primary cultured rat neonatal cardiomyocytes, and inhibition of its expression would suppress angiotensin II-induced hypertrophy.49 In mice, induction of miR-499 expression in the heart caused cellular hypertrophy and cardiac dysfunction due to altered expression of contractile proteins - MYH7B and skeletal muscle actin alpha 1 (ACTA1).50
Fibrosis
Connective tissue growth factor (CTGF) is considered a key molecule in the fibrotic process, as it induces the synthesis of extracellular matrix (ECM). Duisters et al.51 demonstrated that miR-133 and miR-30 regulate CTGF expression.51 CTGF expression is inversely proportional to the expression of these miRNAs in models of cardiac diseases in rodents (genetic model with hyperactivation of the renin-angiotensin-aldosterone system, cardiac hypertrophy and HF) and in disease-related left ventricular remodeling in biopsy samples of patients with aortic stenosis undergoing valve replacement surgery. Besides, increased expression of miR-133 and miR-30 reduces CTGF expression, resulting in decreased collagen deposition.51 On the other hand, miR-203 may play a pro-fibrogenic role, since induction of its expression in cultured mouse cardiomyocytes increases the synthesis of CTGF, transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) and fibronectin.52
Mir-29 also seems to play an important role in ECM remodeling in patients with HF. Mir-29 is preferentially expressed in fibroblasts, in areas surrounding infarcted areas. It would be involved in apoptosis, specially at final stages of HF, reducing collagen expression.53 In an animal model of infarction, miR-24 expression is reduced, which is correlated with EMC remodeling. MiR-24 expression induced by synthetic precursors inhibits fibrosis, and differentiation and migration of cardiac fibroblasts.21 MiR-98 seems to have a similar mechanism, since induction of its expression in human cardiac fibroblasts inhibits TGF-β1-induced fibrosis.54
Tissue expression profile based on diseases
Ikeda et al.55 performed a broad analysis of miRNA expression in 67 samples of left ventricular myocardium in ischemic cardiomyopathy, dilated cardiomyopathy and aortic stenosis patients. They found distinct microRNA expression profiles according to different diseases; expression of 13 miRNAs was specific to aortic stenosis, and 8 miRNAs specific to both cardiomyopathies, with no overlapping between both groups.55 In dilated cardiomyopathy and aortic stenosis, expression of miR-1, -19a and -19b was reduced and miR-214 expression was increased; this was related to cardiac hypertrophy, with no changes in miRNA-133 and -208 expression.55 Nevertheless, Care et al.56 showed reduced expression of miRNA-133 in hypertrophic cardiomyopathy and atrial dilation, whereas Yang et al.57 reported increased expression of miR-1 in ischemic cardiomyopathy.
In the study by Lai et al.,53 the association of several miRNAs with HF was investigated in biopsy specimens taken from left ventricular apex during cardiac surgery. Increased expression of miR-1, -21, -23, -29, -130, -195 and -199 was found in myocardium of these patients, whereas miR-30, -133 and -208 expression was unchanged. This was associated with higher mRNA expression for caspase-3, type I and type III collagen and TGF.53
Atherosclerosis
Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the artery walls in response to endothelial injury, especially in medium and large sized elastic vessels, muscular arteries and regions with disturbed laminar blood flow. It is considered the main cause of coronary artery disease, carotid artery disease, stroke and peripheral vascular disease.58 Several evidences have shown the involvement of miRNAs in the development of atherosclerosis, in both human and animal models. MiRNAs can be categorized into miRNAs involved in endothelial dysfunction, cholesterol homeostasis, development of atherosclerotic plaque, neoangionesis and plaque instability and rupture, as described in Figure 4.
Atherosclerosis and miRNAs. Dysregulation of the expression of several miRNAs has been found in different stages of atherosclerosis formation. Some of the miRNAs involved in endothelial dysfunction and inflammation, cholesterol homeostasis, plaque development, neoangiogenesis and plaque instability and rupture are here illustrated.
Endothelium
In pigs, endothelial cells from regions susceptible to atherosclerosis (aortic arch and abdominal aortic-renal artery bifurcation) showed reduced expression of miR-10a and -10b. MiR-10a inhibits some pro-inflammatory genes in endothelial cells, including vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) and E-selectin, as well as the NF-kB pathway.59 In rats, miR-181b regulates endothelial cell activation and vascular inflammatory response to NF-kB in the presence of pro-inflammatory stimuli.60 In human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), miR-126, miR-31 and miR-1703p also regulate vascular inflammation by controlling the expression of cell adhesion molecules - VCAM-1, intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) and E-selectin.61
Cholesterol homeostasis
MiR-33a and miR-33b regulate SREBP2 and SREPB1 genes, responsible for cholesterol regulation and fatty acid metabolism, in human and mice cells.62 Inhibition of miR-33a inhibited atherosclerosis in mice.63 Inhibition of miR-122 expression, which accounts for 80% of miRNAs expressed in the liver, significantly decreased cholesterol serum levels in mice and non-human primates.64
Plaque development
MiR-155 is an important regulator of the immune system and seems to be involved in acute inflammatory response. MiR-155 modulates the development of atherosclerotic plaque, lipid uptake and the inflammatory response of monocytes and macrophages that leads to foam cell formation. Among its mechanism of action, this miRNA acts as a regulator of the negative feedback in oxidized LDL-induced inflammatory response in macrophages and inhibits the release of inflammatory cytokines from macrophages, such as interleukin 6 (IL-6) and IL-8 and tumoral necrosis factor alpha (TNF-α).65
In peripheral blood monocytes in humans, miR-125a-5p showed an important role in mediating lipid absorption and reducing the secretion of some inflammatory cytokines (IL-2, IL-6, TNF-α and TGF-β) in macrophages.66 Oxidized LDL increased the levels of miR-125a-5p, which regulates oxysterol-binding protein-related protein (ORP)-9, hence decreasing the expression of scavenger receptors (CD68) and LOX-1.66 Similarly, miR-155 reduced oxidized LDL uptake, decreasing the expression of CD36 and LOX-1.65
Progression of fatty streaks to fibrous cap of an atheroma is mainly caused by proliferation and migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs) to the intima. Proliferation and apoptosis of these cells are regulated by TGF-β, which, in turn, is negatively regulated by miR-26a (i.e., miR-26 inhibition promotes VSMC differentiation) in human serum.67 In addition, both miR-21 and miR-221 also modulate the proliferation of VSMC; miR-221 acts in response to platelet derived growth factor (PDGF). Also, miR-221 negatively regulates p2Kip1, which is critical for induction of cell proliferation mediated by PDGF, whereas c-Kit may be associated with inhibition of VSMC-specific contractile gene transcription by reducing the expression of myocardin, a potent VSMC-specific nuclear coactivator.68
Neoangionesis
During the development of atherosclerotic plaque, activated, cholesterol-containing macrophages are responsible for the release of several cytokines, including those involved in neoangiogenesis. MiRNAs involved in this process include miR-221, -222, -155, -27a, -27b and -210. In HUVEC cells, miR-222/221 affect the expression of c-Kit,69 and miR-222 is involved in vascular remodeling mediated by inflammation.70 MiR-155 seems to regulate the expression of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and endothelium-dependent vascular relaxation.71 In a three-dimensional spheroid model, increased expression of miR-27a/b stimulates endothelial cell sprouting, indicating its pro-angiogenic effect, since they target semaphorin 6A, an angiogenesis inhibitor.72 Finally, miR-210 expression in HUVEC progressively increases in hypoxia and its increased expression in normoxia leads to formation of capillary-like structures by VEGF on Matrigel.73
Plaque instability and rupture
Instability and rupture of the fibrous capsule of an atherosclerotic plaque depend on the balance between synthesis and degradation of the ECM by fibroblasts. Plaque rupture is the main mechanism involved in the development of stroke and AMI, and sudden death. Matrix metalloproteinases (MMPs) act in collagen degradation, especially MMP-1, MMP-2, MMP-3 and MMP-9 released by activated macrophages.74
MMP-9 is regulated by miR-133a/b, which can also modulate VSMC apoptosis and proliferation in animal models.75 Cipollone et al.76 investigated miRNA expression and its correlation with plaque instability in internal carotid artery in humans. Two independent cohorts of atherosclerotic plaques of patients who underwent carotid endarterectomy for extracranial high-grade (>70%) internal carotid artery were collected in two Italian hospitals (n = 15 and n = 38). The plaques were subdivided into 2 groups (symptomatic and asymptomatic plaques) according to the presence or absence of stroke. The authors observed that, among the 41 miRNAs examined, there was increased expression of 5 miRNAs (miNA-100, miRNA-127, miRNA-145, miRNA-133a, and miRNA-133b) in symptomatic compared with asymptomatic plaques.76 It is worth mentioning that differences in the expression of miRNAs between stable and unstable plaques were not related to differences in conventional risk factors or concomitant therapies, since these variables were well balanced between the two groups. Incubation of HUVECs with miR-133 downregulated the expression of plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1).76
Conclusion
Despite all difficulties and challenges, it is crucial to identify dysregulated miRNAs, as it allows a better understanding of cellular and molecular mechanisms involved in CVDs. Studies on tissue and circulating miRNAs could help in the development of more accurate diagnostic and prognostic circulating markers, as well as new therapeutic strategies for different stages of CVDs.
Despite advances in this field, there are still some limitations, for example, in using circulating miRNAs as biomarkers. Molecular processes that control the packing and release of extracellular miRNAs have not been fully elucidated, including mechanisms mediated or not by vesicles. Besides, detection of circulating miRNAs requires high technical skills, which could limit their use in routine laboratory use. Another limiting factor is the omnipresence of miRNAs in the circulation, requiring further investigations to identify its tissue origin.
Sources of Funding
This study was funded by FAPERJ.
Study Association
This article is part of the thesis of Doctoral submitted by Debora Cristina Pereira da Silva, from Programa de Pós-graduação em Ciências Cardiovasculares da Universidade Federal Fluminense.
References1 Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 1993;75(5):843-54.LeeRCFeinbaumRLAmbrosVThe C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14Cell19937558438542 Mattick JS, Makunin IV. Non-coding RNA. Hum Mol Genet. 2006;15(spec1):R17-29.MattickJSMakuninIVNon-coding RNAHum Mol Genet200615spec1R17R293 Poy MN, Eliasson L, Krutzfeldt J, Kuwajima S, Ma X, Macdonald PE, et al. A pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretion. Nature. 2004;432(7014):226-30.PoyMNEliassonLKrutzfeldtJKuwajimaSMaXMacdonaldPEA pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretionNature200443270142262304 Calin GA, Sevignani C, Dumitru CD, Hyslop T, Noch E, Yendamuri S, et al. Human microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancers. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(9):2999-3004.CalinGASevignaniCDumitruCDHyslopTNochEYendamuriSHuman microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancersProc Natl Acad Sci U S A20041019299930045 Zhou X, Zuo Z, Zhou F, Zhao W, Sakaguchi Y, Suzuki T, et al. Profiling sex-specific piRNAs in zebrafish. Genetics. 2010;186(4):1175-85.ZhouXZuoZZhouFZhaoWSakaguchiYSuzukiTProfiling sex-specific piRNAs in zebrafishGenetics20101864117511856 Chang TC, Mendell JT. MicroRNAs in vertebrate physiology and human disease. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2007;8:215-39.ChangTCMendellJTMicroRNAs in vertebrate physiology and human diseaseAnnu Rev Genomics Hum Genet200782152397 Bartel DP, Chen CZ. Micromanagers of gene expression: the potentially widespread influence of metazoan microRNAs. Nat Rev Genet. 2004;5(5):396-400.BartelDPChenCZMicromanagers of gene expression: the potentially widespread influence of metazoan microRNAsNat Rev Genet2004553964008 Kim VN. MicroRNA biogenesis: coordinated cropping and dicing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2005;6(5):376-85.KimVNMicroRNA biogenesis: coordinated cropping and dicingNat Rev Mol Cell Biol2005653763859 Han J, Lee Y, Yeom KH, Nam JW, Heo I, Rhee JK, et al. Molecular basis for the recognition of primary microRNAs by the Drosha-DGCR8 complex. Cell. 2006;125(5):887-901.HanJLeeYYeomKHNamJWHeoIRheeJKMolecular basis for the recognition of primary microRNAs by the Drosha-DGCR8 complexCell2006125588790110 Lee Y, Han J, Yeom KH, Jin H, Kim VN. Drosha in primary microRNA processing. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 2006;71:51-7.LeeYHanJYeomKHJinHKimVNDrosha in primary microRNA processingCold Spring Harb Symp Quant Biol200671515711 Yi R, Qin Y, Macara IG, Cullen BR. Exportin-5 mediates the nuclear export of pre-microRNAs and short hairpin RNAs. Genes Dev. 2003;17(24):3011-6.YiRQinYMacaraIGCullenBRExportin-5 mediates the nuclear export of pre-microRNAs and short hairpin RNAsGenes Dev200317243011301612 Kim VN, Han J, Siomi MC. Biogenesis of small RNAs in animals. Nat Rev Mol Cell Biol. 2009;10(2):126-39.KimVNHanJSiomiMCBiogenesis of small RNAs in animalsNat Rev Mol Cell Biol200910212613913 Krützfeldt J, Poy MN, Stoffel M. Strategies to determine the biological function of microRNAs. Nat Genet. 2006;38 (Suppl):S14-9.KrützfeldtJPoyMNStoffelMStrategies to determine the biological function of microRNAsNat Genet200638SupplS14S1914 Rand TA, Petersen S, Du F, Wang X. Argonaute2 cleaves the anti-guide strand of siRNA during RISC activation. Cell. 2005;123(4):621-9.RandTAPetersenSDuFWangXArgonaute2 cleaves the anti-guide strand of siRNA during RISC activationCell2005123462162915 Tang G, Reinhart BJ, Bartel DP, Zamore PD. A biochemical framework for RNA silencing in plants. Genes Dev. 2003;17(1):49-63.TangGReinhartBJBartelDPZamorePDA biochemical framework for RNA silencing in plantsGenes Dev2003171496316 Zeng Y, Wagner EJ, Cullen BR. Both natural and designed micro RNAs can inhibit the expression of cognate mRNAs when expressed in human cells. Mol Cell. 2002;9(6):1327-33.ZengYWagnerEJCullenBRBoth natural and designed micro RNAs can inhibit the expression of cognate mRNAs when expressed in human cellsMol Cell2002961327133317 Gebauer F, Hentze MW. Molecular mechanisms of translational control. Nat Rev Mol Cell Biol. 2004;5(10):827-35.GebauerFHentzeMWMolecular mechanisms of translational controlNat Rev Mol Cell Biol200451082783518 Zhang J, Zhao H, Gao Y, Zhang W. Secretory miRNAs as novel cancer biomarkers. Biochim Biophys Acta. 2012;1826(1):32-43.ZhangJZhaoHGaoYZhangWSecretory miRNAs as novel cancer biomarkersBiochim Biophys Acta201218261324319 Muoio DM, Newgard CB. Mechanisms of disease: molecular and metabolic mechanisms of insulin resistance and beta-cell failure in type 2 diabetes. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9(3):193-205.MuoioDMNewgardCBMechanisms of disease: molecular and metabolic mechanisms of insulin resistance and beta-cell failure in type 2 diabetesNat Rev Mol Cell Biol20089319320520 van Rooij E, Liu N, Olson EN. MicroRNAs flex their muscles. Trends Genet. 2008;24(4):159-66.van RooijELiuNOlsonENMicroRNAs flex their musclesTrends Genet200824415916621 Wang J, Huang W, Xu R, Nie Y, Cao X, Meng J, et al. MicroRNA-24 regulates cardiac fibrosis after myocardial infarction. J Cell Mol Med. 2012;16(9):2150-60.WangJHuangWXuRNieYCaoXMengJMicroRNA-24 regulates cardiac fibrosis after myocardial infarctionJ Cell Mol Med20121692150216022 Cheng Y, Tan N, Yang J, Liu X, Cao X, He P, et al. A translational study of circulating cell-free microRNA-1 in acute myocardial infarction. Clin Sci (Lond). 2010;119(2):87-95.ChengYTanNYangJLiuXCaoXHePA translational study of circulating cell-free microRNA-1 in acute myocardial infarctionClin Sci (Lond)20101192879523 Rao PK, Toyama Y, Chiang HR, Gupta S, Bauer M, Medvid R, et al. Loss of cardiac microRNA-mediated regulation leads to dilated cardiomyopathy and heart failure. Circ Res. 2009;105(6):585-94.RaoPKToyamaYChiangHRGuptaSBauerMMedvidRLoss of cardiac microRNA-mediated regulation leads to dilated cardiomyopathy and heart failureCirc Res2009105658559424 Xin Y,Yang C, Han Z. Circulating miR-499 as a potential biomarker for acute myocardial infarction. Ann Transl Med. 2016;v.4.XinYYangCHanZCirculating miR-499 as a potential biomarker for acute myocardial infarctionAnn Transl Med2016425 Xiao J, Shen B, Li J, Lv D, Zhao Y, Wang F, et al. Serum microRNA-499 and microRNA-208a as biomarkers of acute myocardial infarction. Int J Clin Exp Med. 2014;7(1):136-41XiaoJShenBLiJLvDZhaoYWangFSerum microRNA-499 and microRNA-208a as biomarkers of acute myocardial infarctionInt J Clin Exp Med20147113614126 Chen X, Zhang L, Su T, Li H, Huang Q, Wu D, et al. Kinetics of plasma microRNA-499 expression in acute myocardial infarction. J Thorac Dis. 2015;7(5):890-6.ChenXZhangLSuTLiHHuangQWuDKinetics of plasma microRNA-499 expression in acute myocardial infarctionJ Thorac Dis20157589089627 Bye A, Røsjø H, Nauman J, Silva GJ, Follestad T, Omland T, et al. Circulating microRNAs predict future fatal myocardial infarction in healthy individuals - The HUNT study. J Mol Cell Cardiol. 2016 Aug;97:162-8.ByeARøsjøHNaumanJSilvaGJFollestadTOmlandTCirculating microRNAs predict future fatal myocardial infarction in healthy individuals - The HUNT studyJ Mol Cell Cardiol2016089716216828 Jia K, Shi P, Han X, Chen T, Tang H, Wang J. Diagnostic value of miR-30d-5p and miR-125b-5p in acute myocardial infarction. Mol Med Rep. 2016;14(1):184-94.JiaKShiPHanXChenTTangHWangJDiagnostic value of miR-30d-5p and miR-125b-5p in acute myocardial infarctionMol Med Rep201614118419429 Yan H, Ma F, Zhang Y, Wang C, Qiu D, Zhou K, et al. miRNAs as biomarkers for diagnosis of heart failure: A systematic review and meta-analysis. Medicine (Baltimore). 2017;96(22):e6825.YanHMaFZhangYWangCQiuDZhouKmiRNAs as biomarkers for diagnosis of heart failure: A systematic review and meta-analysisMedicine (Baltimore)20179622e682530 Cakmak HA, Coskunpinar E, Ikitimur B, Barman HA, Karadag B, Tiryakioglu NO. The prognostic value of circulating microRNAs in heart failure: preliminary results from a genome-wide expression study. J Cardiovasc Med (Hagerstown). 2015;16(6):431-7.CakmakHACoskunpinarEIkitimurBBarmanHAKaradagBTiryakiogluNOThe prognostic value of circulating microRNAs in heart failure: preliminary results from a genome-wide expression studyJ Cardiovasc Med (Hagerstown)201516643143731 Vegter EL, van der Meer P, de Windt LJ, Pinto YM, Voors AA. MicroRNAs in heart failure: from biomarker to target for therapy. Eur J Heart Fail. 2016;18(5):457-68.VegterELvan der MeerPde WindtLJPintoYMVoorsAAMicroRNAs in heart failure: from biomarker to target for therapyEur J Heart Fail201618545746832 Lakschevitz F, Aboodi G, Tenenbaum H, Glogauer M. Diabetes and periodontal diseases: interplay and links. Curr Diabetes Rev. 2011;7(6):433-9.LakschevitzFAboodiGTenenbaumHGlogauerMDiabetes and periodontal diseases: interplay and linksCurr Diabetes Rev20117643343933 Harling L, Lambert J, Ashrafian H, Darzi A, Gooderham NJ, Athanasiou T. Elevated serum microRNA 483-5p levels may predict patients at risk of post-operative atrial fibrillation. Eur J Cardiothorac Surg. 2017;51(1):73-8.HarlingLLambertJAshrafianHDarziAGooderhamNJAthanasiouTElevated serum microRNA 483-5p levels may predict patients at risk of post-operative atrial fibrillationEur J Cardiothorac Surg2017511737834 Feldman A, Moreira DA, Gun C, Wang HL, Hirata MH, de Freitas Germano J, et al. Analysis of circulating miR-1, miR-23a, and miR-26a in atrial fibrillation patients undergoing coronary bypass artery grafting surgery. Ann Hum Genet. 2017;81(3):99-105.FeldmanAMoreiraDAGunCWangHLHirataMHde Freitas GermanoJAnalysis of circulating miR-1, miR-23a, and miR-26a in atrial fibrillation patients undergoing coronary bypass artery grafting surgeryAnn Hum Genet20178139910535 Wei XJ, Han M, Yang FY, Wei GC, Liang ZG, Yao H, et al. Biological significance of miR-126 expression in atrial fibrillation and heart failure. Braz J Med Biol Res. 2015;48(11):983-9.WeiXJHanMYangFYWeiGCLiangZGYaoHBiological significance of miR-126 expression in atrial fibrillation and heart failureBraz J Med Biol Res2015481198398936 Goren Y, Meiri E, Hogan C, Mitchell H, Lebanony D, Salman N, et al. Relation of reduced expression of MiR-150 in platelets to atrial fibrillation in patients with chronic systolic heart failure. Am J Cardiol. 2014;113(6):976-81.GorenYMeiriEHoganCMitchellHLebanonyDSalmanNRelation of reduced expression of MiR-150 in platelets to atrial fibrillation in patients with chronic systolic heart failureAm J Cardiol2014113697698137 Zernecke A, Bidzhekov K, Noels H, Shagdarsuren E, Gan L, Denecke B, et al. Delivery of microRNA-126 by apoptotic bodies induces CXCL12-dependent vascular protection. Sci Signal. 2009;2(100): 81.ZerneckeABidzhekovKNoelsHShagdarsurenEGanLDeneckeBDelivery of microRNA-126 by apoptotic bodies induces CXCL12-dependent vascular protectionSci Signal20092100818138 Jeong HS, Kim JY, Lee SH, Hwang J, Shin JW, Song KS, et al. Synergy of circulating miR-212 with markers for cardiovascular risks to enhance estimation of atherosclerosis presence. PLoS One. 2017;12(5):e0177809.JeongHSKimJYLeeSHHwangJShinJWSongKSSynergy of circulating miR-212 with markers for cardiovascular risks to enhance estimation of atherosclerosis presencePLoS One2017125e017780939 Liu CZ, Zhong Q, Huang YQ. Elevated plasma MiR-29a levels are associated with increased carotid intima-media thickness in atherosclerosis patients. Tohoku J Exp Med. 2017;241(3):183-8.LiuCZZhongQHuangYQElevated plasma MiR-29a levels are associated with increased carotid intima-media thickness in atherosclerosis patientsTohoku J Exp Med2017241318318840 Piubelli C, Meraviglia V, Pompilio G, D'Alessandra Y, Colombo GI, Rossini A. microRNAs and Cardiac Cell Fate. Cells. 2014;3(3):802-23PiubelliCMeravigliaVPompilioGD'AlessandraYColomboGIRossiniAmicroRNAs and Cardiac Cell FateCells20143380282341 Zhao Y, Samal E, Srivastava D. Serum response factor regulates a muscle-specific microRNA that targets Hand2 during cardiogenesis. Nature. 2005;436(7048):214-20.ZhaoYSamalESrivastavaDSerum response factor regulates a muscle-specific microRNA that targets Hand2 during cardiogenesisNature2005436704821422042 Carmean CM, Bobe AM, Yu JC, Volden PA, Brady MJ. Refeeding-induced brown adipose tissue glycogen hyper-accumulation in mice is mediated by insulin and catecholamines. PLoS One. 2013;8(7):e67807.CarmeanCMBobeAMYuJCVoldenPABradyMJRefeeding-induced brown adipose tissue glycogen hyper-accumulation in mice is mediated by insulin and catecholaminesPLoS One201387e6780743 Thum T, Gross C, Fiedler J, Fischer T, Kissler S, Bussen M, et al. MicroRNA-21 contributes to myocardial disease by stimulating MAP kinase signalling in fibroblasts. Nature. 2008;456(7224):980-4ThumTGrossCFiedlerJFischerTKisslerSBussenMMicroRNA-21 contributes to myocardial disease by stimulating MAP kinase signalling in fibroblastsNature2008456722498098444 Tatsuguchi M, Seok HY, Callis TE, Thomson JM, Chen JF, Newman M, et al. Expression of microRNAs is dynamically regulated during cardiomyocyte hypertrophy. J Mol Cell Cardiol. 2007;42(6):1137-41.TatsuguchiMSeokHYCallisTEThomsonJMChenJFNewmanMExpression of microRNAs is dynamically regulated during cardiomyocyte hypertrophyJ Mol Cell Cardiol20074261137114145 Tony H, Meng K, Wu B, Yu A, Zeng Q, Yu K, et al. MicroRNA-208a Dysregulates Apoptosis Genes Expression and Promotes Cardiomyocyte Apoptosis during Ischemia and Its Silencing Improves Cardiac Function after Myocardial Infarction. Mediators Inflamm. 2015;2015 Nov 25:479123.TonyHMengKWuBYuAZengQYuKMicroRNA-208a Dysregulates Apoptosis Genes Expression and Promotes Cardiomyocyte Apoptosis during Ischemia and Its Silencing Improves Cardiac Function after Myocardial InfarctionMediators Inflamm2511201547912347912346 Lee SY, Lee CY, Ham O, Moon JY, Lee J, Seo HH, et al. microRNA-133a attenuates cardiomyocyte hypertrophy by targeting PKCdelta and Gq. Mol Cell Biochem. 2018;439(1-2):105-15LeeSYLeeCYHamOMoonJYLeeJSeoHHmicroRNA-133a attenuates cardiomyocyte hypertrophy by targeting PKCdelta and GqMol Cell Biochem20184391-210511547 Wu Y, Wang YQ, Wang BX. [MicroRNA-133a attenuates isoproterenol-induced neonatal rat cardiomyocyte hypertrophy by downregulating L-type calcium channel alpha1C subunit gene expression.] Zhonghua Xin Xue Guan Bing Za Zhi. 2013;41(6):507-13.WuYWangYQWangBX[MicroRNA-133a attenuates isoproterenol-induced neonatal rat cardiomyocyte hypertrophy by downregulating L-type calcium channel alpha1C subunit gene expression.]Zhonghua Xin Xue Guan Bing Za Zhi201341650751348 Wang YS, Zhou J, Hong K, Cheng XS, Li YG. MicroRNA-223 displays a protective role against cardiomyocyte hypertrophy by targeting cardiac troponin I-interacting kinase. Cell Physiol Biochem. 2015;35(4):1546-56.WangYSZhouJHongKChengXSLiYGMicroRNA-223 displays a protective role against cardiomyocyte hypertrophy by targeting cardiac troponin I-interacting kinaseCell Physiol Biochem20153541546155649 Bao Q, Chen L, Li J, Zhao M, Wu S, Wu W, et al. Role of microRNA-124 in cardiomyocyte hypertrophy inducedby angiotensin II. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2017;63(4):23-27.BaoQChenLLiJZhaoMWuSWuWRole of microRNA-124 in cardiomyocyte hypertrophy inducedby angiotensin IICell Mol Biol (Noisy-le-grand)2017634232750 Shieh JT, Huang Y, Gilmore J, Srivastava D. Elevated miR-499 levels blunt the cardiac stress response. PLoS One. 2011;6(5):e19481ShiehJTHuangYGilmoreJSrivastavaDElevated miR-499 levels blunt the cardiac stress responsePLoS One201165e1948151 Duisters RF, Tijsen AJ, Schroen B, Leenders JJ, Lentink V, van der Made I, et al. miR-133 and miR-30 regulate connective tissue growth factor: implications for a role of microRNAs in myocardial matrix remodeling. Circ Res. 2009;104(2):170-8,DuistersRFTijsenAJSchroenBLeendersJJLentinkVvan der MadeImiR-133 and miR-30 regulate connective tissue growth factor: implications for a role of microRNAs in myocardial matrix remodelingCirc Res2009104217017852 He Q, Wang CM, Qin JY, Zhang YJ, Xia DS, Chen X, et al. Effect of miR-203 expression on myocardial fibrosis. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2017;21(4):837-42.HeQWangCMQinJYZhangYJXiaDSChenXEffect of miR-203 expression on myocardial fibrosisEur Rev Med Pharmacol Sci201721483784253 Lai KB, Sanderson JE, Izzat MB, Yu CM. Micro-RNA and mRNA myocardial tissue expression in biopsy specimen from patients with heart failure. Int J Cardiol. 2015 Nov 15;199:79-83.LaiKBSandersonJEIzzatMBYuCMMicro-RNA and mRNA myocardial tissue expression in biopsy specimen from patients with heart failureInt J Cardiol15112015199798354 Cheng R, Dang R, Zhou Y, Ding M, Hua H. MicroRNA-98 inhibits TGF-beta1-induced differentiation and collagen production of cardiac fibroblasts by targeting TGFBR1. Hum Cell. 2017;30(3):192-200.ChengRDangRZhouYDingMHuaHMicroRNA-98 inhibits TGF-beta1-induced differentiation and collagen production of cardiac fibroblasts by targeting TGFBR1Hum Cell201730319220055 Ikeda S, Kong SW, Lu J, Bisping E, Zhang H, Allen PD, et al. Altered microRNA expression in human heart disease. Physiol Genomics. 2007;31(3):367-73.IkedaSKongSWLuJBispingEZhangHAllenPDAltered microRNA expression in human heart diseasePhysiol Genomics200731336737356 Carè A, Catalucci D, Felicetti F, Bonci D, Addario A, Gallo P, et al. MicroRNA-133 controls cardiac hypertrophy. Nat Med. 2007;13(5):613-8.CarèACatalucciDFelicettiFBonciDAddarioAGalloPMicroRNA-133 controls cardiac hypertrophyNat Med200713561361857 Yang B, Lin H, Xiao J, Lu Y, Luo X, Li B, et al. The muscle-specific microRNA miR-1 regulates cardiac arrhythmogenic potential by targeting GJA1 and KCNJ2. Nat Med. 2007;13(4):486-91.YangBLinHXiaoJLuYLuoXLiBThe muscle-specific microRNA miR-1 regulates cardiac arrhythmogenic potential by targeting GJA1 and KCNJ2Nat Med200713448649158 Galkina E, Ley K. Immune and inflammatory mechanisms of atherosclerosis (*). Annu Rev Immunol. 2009;27:165-97.GalkinaELeyKImmune and inflammatory mechanisms of atherosclerosis (*)Annu Rev Immunol20092716519759 Fang Y, Shi C, Manduchi E, Civelek M, Davies PF. MicroRNA-10a regulation of proinflammatory phenotype in athero-susceptible endothelium in vivo and in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(30):13450-5.FangYShiCManduchiECivelekMDaviesPFMicroRNA-10a regulation of proinflammatory phenotype in athero-susceptible endothelium in vivo and in vitroProc Natl Acad Sci U S A201010730134501345560 Sun X, Icli B, Wara AK, Belkin N, He S, Kobzik L, et al. MicroRNA-181b regulates NF-?B-mediated vascular inflammation. J Clin Invest. 2012;122(6):1973-90.SunXIcliBWaraAKBelkinNHeSKobzikLMicroRNA-181b regulates NF-?B-mediated vascular inflammationJ Clin Invest201212261973199061 Suárez Y, Wang C, Manes TD, Pober JS. Cutting edge: TNF-induced microRNAs regulate TNF-induced expression of E-selectin and intercellular adhesion molecule-1 on human endothelial cells: feedback control of inflammation. J Immunol. 2010;184(1):21-5.SuárezYWangCManesTDPoberJSCutting edge: TNF-induced microRNAs regulate TNF-induced expression of E-selectin and intercellular adhesion molecule-1 on human endothelial cells: feedback control of inflammationJ Immunol20101841212562 Rayner KJ, Suárez Y, Dávalos A, Parathath S, Fitzgerald ML, Tamehiro N, et al. MiR-33 contributes to the regulation of cholesterol homeostasis. Science. 2010;328(5985):1570-3.RaynerKJSuárezYDávalosAParathathSFitzgeraldMLTamehiroNMiR-33 contributes to the regulation of cholesterol homeostasisScience201032859851570157363 Rayner KJ, Sheedy FJ, Esau CC, Hussain FN, Temel RE, Parathath S, et al. Antagonism of miR-33 in mice promotes reverse cholesterol transport and regression of atherosclerosis. J Clin Invest. 2011;121(7):2921-31.RaynerKJSheedyFJEsauCCHussainFNTemelREParathathSAntagonism of miR-33 in mice promotes reverse cholesterol transport and regression of atherosclerosisJ Clin Invest201112172921293164 Elmén J, Lindow M, Schütz S, Lawrence M, Petri A, Obad S, et al. LNA-mediated microRNA silencing in non-human primates. Nature. 2008;452(7189):896-9.ElménJLindowMSchützSLawrenceMPetriAObadSLNA-mediated microRNA silencing in non-human primatesNature2008452718989689965 Huang RS, Hu GQ, Lin B, Lin ZY, Sun CC. MicroRNA-155 silencing enhances inflammatory response and lipid uptake in oxidized low-density lipoprotein-stimulated human THP-1 macrophages. J Investig Med. 2010;58(8):961-7.HuangRSHuGQLinBLinZYSunCCMicroRNA-155 silencing enhances inflammatory response and lipid uptake in oxidized low-density lipoprotein-stimulated human THP-1 macrophagesJ Investig Med201058896196766 Chen T, Huang Z, Wang L, Wang Y, Wu F, Meng S, et al. MicroRNA-125a-5p partly regulates the inflammatory response, lipid uptake, and ORP9 expression in oxLDL-stimulated monocyte/macrophages. Cardiovasc Res. 2009;83(1):131-9.ChenTHuangZWangLWangYWuFMengSMicroRNA-125a-5p partly regulates the inflammatory response, lipid uptake, and ORP9 expression in oxLDL-stimulated monocyte/macrophagesCardiovasc Res200983113113967 Leeper NJ, Raiesdana A, Kojima Y, Chun HJ, Azuma J, Maegdefessel L, et al. MicroRNA-26a is a novel regulator of vascular smooth muscle cell function. J Cell Physiol. 2011;226(4):1035-43.LeeperNJRaiesdanaAKojimaYChunHJAzumaJMaegdefesselLMicroRNA-26a is a novel regulator of vascular smooth muscle cell functionJ Cell Physiol201122641035104368 Davis BN, Hilyard AC, Nguyen PH, Lagna G, Hata A.. Induction of microRNA-221 by platelet-derived growth factor signaling is critical for modulation of vascular smooth muscle phenotype. J Biol Chem. 2009;284(6):3728-38.DavisBNHilyardACNguyenPHLagnaGHataAInduction of microRNA-221 by platelet-derived growth factor signaling is critical for modulation of vascular smooth muscle phenotypeJ Biol Chem200928463728373869 Poliseno L, Tuccoli A, Mariani L, Evangelista M, Citti L, Woods K, et al. MicroRNAs modulate the angiogenic properties of HUVECs. Blood. 2006;108(9):3068-71PolisenoLTuccoliAMarianiLEvangelistaMCittiLWoodsKMicroRNAs modulate the angiogenic properties of HUVECsBlood200610893068307170 Dentelli P, Rosso A, Orso F, Olgasi C, Taverna D, Brizzi MF. microRNA-222 controls neovascularization by regulating signal transducer and activator of transcription 5A expression. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2010;30(8):1562-8.DentelliPRossoAOrsoFOlgasiCTavernaDBrizziMFmicroRNA-222 controls neovascularization by regulating signal transducer and activator of transcription 5A expressionArterioscler Thromb Vasc Biol20103081562156871 Sun HX, Zeng DY, Li RT, Pang RP, Yang H, Hu YL, et al. Essential role of microRNA-155 in regulating endothelium-dependent vasorelaxation by targeting endothelial nitric oxide synthase. Hypertension. 2012;60(6):1407-14.SunHXZengDYLiRTPangRPYangHHuYLEssential role of microRNA-155 in regulating endothelium-dependent vasorelaxation by targeting endothelial nitric oxide synthaseHypertension20126061407141472 Urbich C, Kaluza D, Frömel T, Knau A, Bennewitz K, Boon RA, et al. MicroRNA-27a/b controls endothelial cell repulsion and angiogenesis by targeting semaphorin 6A. Blood. 2012;119(6):1607-16.UrbichCKaluzaDFrömelTKnauABennewitzKBoonRAMicroRNA-27a/b controls endothelial cell repulsion and angiogenesis by targeting semaphorin 6ABlood201211961607161673 Bonauer A, Carmona G, Iwasaki M, Mione M, Koyanagi M, Fischer A, et al. MicroRNA-92a controls angiogenesis and functional recovery of ischemic tissues in mice. Science. 2009;324(5935):1710-3.BonauerACarmonaGIwasakiMMioneMKoyanagiMFischerAMicroRNA-92a controls angiogenesis and functional recovery of ischemic tissues in miceScience200932459351710171374 Cipollone F, Fazia M, Mezzetti A. Novel determinants of plaque instability. J Thromb Haemost. 2005;3(9):1962-75.CipolloneFFaziaMMezzettiANovel determinants of plaque instabilityJ Thromb Haemost2005391962197575 Torella D, Iaconetti C, Catalucci D, Ellison GM, Leone A, Waring CD, et al. MicroRNA-133 controls vascular smooth muscle cell phenotypic switch in vitro and vascular remodeling in vivo. Circ Res. 2011;109(8):880-93.TorellaDIaconettiCCatalucciDEllisonGMLeoneAWaringCDMicroRNA-133 controls vascular smooth muscle cell phenotypic switch in vitro and vascular remodeling in vivoCirc Res2011109888089376 Cipollone F, Felicioni L, Sarzani R, Ucchino S, Spigonardo F, Mandolini C, et al. A unique microRNA signature associated with plaque instability in humans. Stroke. 2011;42(9):2556-63.CipolloneFFelicioniLSarzaniRUcchinoSSpigonardoFMandoliniCA unique microRNA signature associated with plaque instability in humansStroke201142925562563Artigo de RevisãoPapel dos miRNAs na Fisiopatologia das Doenças CardiovascularesSilvaDebora Cristina Pereira da1CarneiroFelipe Demani1AlmeidaKelly Costa de2Fernandes-SantosCaroline1Programa de Pós-graduação em Ciências Cardiovasculares da Universidade Federal Fluminense (UFF), Niterói, RJ - BrasilUniversidade Federal Fluminense (UFF), Nova Friburgo, RJ - BrasilCorrespondência: Caroline Fernandes dos Santos Bottino, Rua Dr Silvio Henrique Braune, 22. CEP 28625-650, Centro, Nova Friburgo, RJ - Brasil. E-mail: cf_santos@id.uff.br
Contribuição dos autores
Concepção e desenho da pesquisa: Fernandes-Santos C; obtenção de dados, análise e interpretação dos dados, redação do manuscrito e revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Silva DCP, Carneiro FD, Almeida KC, Fernandes-Santos, C.
Potencial conflito de interesses
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
Resumo
O miRNA (ou microRNA) constitui uma subclasse de RNAs não codificantes responsáveis pela regulação gênica pós-transcricional. Ele possui aproximadamente 22 nucleotídeos e regula a expressão gênica em plantas e animais ao nível pós-transcricional, pela clivagem de um mRNA alvo ou da repressão de sua tradução. Embora muitos processos e mecanismos ainda não estejam completamente elucidados, existe uma forte associação entre a expressão de miRNAs e diversas doenças que acometem o organismo. Os miRNAs são expressos no sistema cardiovascular, contudo o seu papel no desenvolvimento das doenças cardiovasculares (DCVs) ainda não está totalmente elucidado. Diante disso, realizou-se uma revisão não sistemática da literatura a fim de se discutir a relação entre os miRNAs e as DCVs. Nesta revisão, primeiramente é discutido o que são os miRNAs e a sua ação a nível celular. Após, é discutido o papel dos miRNAs como biomarcadores circulantes de DCVs e então o seu papel no remodelamento cardíaco e na aterosclerose. Apesar da complexidade e dos desafios, a identificação dos miRNAs desregulados nas DCVs é crucial, uma vez que possibilita uma melhor compressão dos mecanismos celulares e moleculares envolvidos, assim como auxilia o desenvolvimento de marcadores circulantes de diagnóstico e prognóstico mais acurados e de novas estratégias terapêuticas para os diferentes estágios da DCV.
A pesquisa científica tem buscado desvendar a fisiopatologia de diversas doenças para o desenvolvimento de novos caminhos terapêuticos. Nesse âmbito, o miRNA (ou microRNA) vem ganhando a atenção da comunidade científica como um possível alvo terapêutico. Desde que foram descobertos em 1993,1 diversos miRNAs relacionados a processos biológicos como reguladores gênicos já foram catalogados. Estima-se que ainda haja diversos miRNAs desconhecidos, o que os torna uma das maiores classes de reguladores gênicos. Para dimensionar sua importância, estima-se que os miRNAs regulem cerca de 1/3 da expressão gênica em mamíferos.2
Diversas pesquisas têm estabelecido uma relação do padrão de expressão de miRNAs com algumas doenças, embora muitos dos processos e mecanismos ainda não estejam completamente elucidados. No diabetes, por exemplo, estudos experimentais apontam a presença de miRNAs específicos nas ilhotas pancreáticas e sugerem que esses exerçam papel importante no controle da secreção da insulina.3 A expressão de miRNAs também pode ser observada em diferentes tipos de tumores; em alguns casos eles atuam como supressores e em outros exercem papel oposto e com efeitos deletérios.4 Já se sabe hoje que os miRNAs são expressos no sistema cardiovascular; entretanto, este conhecimento ainda é insuficiente para um melhor entendimento sobre o seu papel no desenvolvimento das doenças cardiovasculares (DCVs).
Diante do exposto, realizou-se uma revisão não sistemática da literatura a fim de se organizar e discutir os principais estudos que investigam a relação dos miRNAs com a doença cardiovascular. A base de dados consultada foi o PubMed (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed). Foram selecionados artigos originais realizados com humanos ou animais, redigidos na língua inglesa e utilizou-se como palavras-chave os descritores MeSH: microRNA AND Cardiovascular Diseases, miRNA AND Cardiovascular Diseases. Na presente revisão da literatura, primeiro apresentamos o que são os miRNAs e a sua ação a nível celular. Após, é discutido o papel dos miRNAs como biomarcadores circulantes e então o seu papel no remodelamento cardíaco e na aterosclerose.
Biologia dos miRNAs
Durante anos acreditava-se que as regiões não-codificantes do genoma eram “lixo genético”, pois não possuíam informação para a síntese de proteínas. Atualmente, sabe-se que a maior porção do transcriptoma produzido pelo genoma de eucariotos é composta por RNAs não-codificantes, que podem ser classificados em funcionais e reguladores. Entre os RNAs funcionais destacam-se o RNA transportador (tRNA), o RNA ribossomal (rRNA), o pequeno RNA nuclear (snRNA) e o pequeno RNA nucleolar (snoRNA). Dentre os RNAs reguladores destacam-se o miRNA, o pequeno RNA de interferência (siRNA), o piwiRNA (piRNA) e o longo RNA não-codificador (lncRNA).5
Dessa ampla variedade de classes de RNAs não-codificantes, os miRNAs se tornaram alvo de grande interesse devido à associação observada entre a sua desregulação e o surgimento de alterações fenotípicas e patológicas.6 Os miRNAs são definidos como pequenas moléculas endógenas de ácido ribonucleico (RNA) em cadeia simples, não codificantes, com aproximadamente 22 nucleotídeos (nt). Atuam como reguladores da expressão gênica em plantas e animais ao nível pós-transcricional, pela clivagem de um RNA mensageiro (RNAm) alvo ou da repressão de sua tradução.7
O primeiro miRNA (lin-4) foi descrito em 1993 pelo grupo de Rosalind Lee, estando ele associado à regulação do desenvolvimento larval de Caenorhabditis elegans (C. elegans). Lin-4 regulava negativamente o nível da proteína LIN-14 (da primeira fase larvar), diminuindo sua expressão ao longo do tempo.1
A biogênese de um miRNA começa com a síntese de um longo transcrito primário conhecido como pri-miRNA (~110pb) (Figura 1). Os pri-miRNAs são transcritos pelas RNAs polimerase II ou III8 e possuem uma estrutura de hairpin (“grampo de cabelo”), que é essencial para o reconhecimento das enzimas de processamento de miRNAs. No núcleo, o pri-miRNA é processado em pré-miRNA (~70pb) pela ação da enzima Drosha9 que reconhece e cliva as extremidades de pequenas estruturas de RNA em forma de hairpin.10
Síntese do miRNA e sua ação sobre o RNA mensageiro. O pri-miRNA em forma de grampo é sintetizado no núcleo e convertido a pre-miRNA pela ação da enzima Drosha, sendo então exportado do núcleo pela Exportina 5. No citoplasma, o pre-miRNA sofre ação da enzima DICER e a união do complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC) à dupla fita de RNA (dsRNA) gera o miRNA maduro. O miRNA maduro se anela ao RNAm alvo, promovendo a sua degradação ou inibindo a sua tradução.
Após o processamento nuclear, cada pré-miRNA é exportado para o citoplasma através da proteína Exportina 5.11 O pré-miRNA é reconhecido pela enzima Dicer que cliva a região do loop, resultando em uma molécula de dupla fita de RNA (dsRNA; ~22pb). Esse processo recruta proteínas da família argonauta (Ago) para formar o complexo de silenciamento induzido por RNA (RISC).12 O RISC se liga a uma das duas fitas do dsRNA para gerar o miRNA maduro (miR canônico ou miR-5p) que atua na regulação de um RNAm alvo.13 A outra fita (miR* ou miR-3p) é degradada ou capaz de formar outro RISC e realizar a regulação de outro RNAm alvo.14
O pareamento perfeito entre o miRNA e a região 3' UTR do RNAm alvo promove a clivagem do RNAm e o seu posterior encaminhamento para os p-bodies (do inglês, mRNA processing bodies) para a sua consequente degradação.15 Por outro lado, o pareamento parcial entre o miRNA e a região 3’ UTR do mRNA promove inibição da tradução, o principal mecanismo de atuação dos miRNAs em mamíferos.16 Por meio desse pareamento, o miRNA tem a capacidade de inibir a tradução, interferindo diretamente com os fatores de iniciação da tradução ou perturbando a função da cauda poli-A.17 A localização primária dos miRNAs é o citoplasma celular,8 embora alguns estudos confirmem o ingresso dessas moléculas no sistema circulatório, possivelmente devido ao processo de lise celular.18
Assim, os miRNAs também estão presentes na circulação sanguínea e diversos estudos mostram sua alta estabilidade no meio extracelular. A proteção dos miRNAs à degradação no meio extracelular seria devido à sua ligação a proteínas (p. ex., lipoproteínas) ou pelo seu encapsulamento em microvesículas e exossomas. Assim, os miRNAs podem ser detectados de forma confiável em amostras plasmáticas, sendo apontados como potenciais biomarcadores no diagnóstico das DCVs.19 O fato dos miRNAs serem sequências pequenas e agirem sem a necessidade de pareamento completo faz com que um único miRNA possa ter como alvo dezenas de RNAm, assim como um único RNAm pode ser alvo de múltiplos miRNAs, gerando assim um grande poder regulatório da expressão genética.20
miRNAs como biomarcadores circulantes
Estudos apontam que o nível circulante de miRNAs está alterado em algumas DCVs, despertando assim o interesse em seu uso como ferramenta de diagnóstico clínico e prognóstico, uma vez que os miRNAs possuem alta estabilidade na corrente sanguínea e são de fácil detecção. Os miRNAs poderiam ser utilizados, por exemplo, como biomarcadores da insuficiência cardíaca (IC), fibrilação atrial, infarto agudo do miocárdio (IAM) e aterosclerose, por meio de sua detecção no plasma sanguíneo (Figura 2).
Biomarcadores circulantes. Aqui são ilustrados alguns dos miRNAs encontrados no soro ou plasma sanguíneo que poderiam ser utilizados como biomarcadores de diagnóstico ou prognóstico de doenças cardiovasculares.
Já está bem estabelecido que a presença do miR-1 no sangue auxilia a identificação do IAM, mas sua utilização como biomarcador a longo-prazo não é recomendada, devido ao curto tempo no qual ele permanece na circulação sanguínea. Sua curta meia-vida resulta provavelmente de sua liberação direta no sangue a partir do tecido cardíaco necrótico de forma não encapsulada pelo exossoma.21 Quando há lesão cardíaca, miRNAs seriam liberados no sangue por meio de exossomos ou pela ruptura celular, podendo estar associados ou não a outras moléculas. Estas moléculas poderiam proteger os miRNAs contra a degradação, prolongando o seu tempo de permanência na circulação. Além disso, o aumento do fluxo sanguíneo, alteração do pH e a liberação de citocinas são fatores que também influenciam a meia-vida dos miRNAs circulantes. Por exemplo, foi verificado que o miR-1 maduro exogenamente adicionado ao soro é rapidamente degradado tantoin vitro quantoin vivo.22 Uma limitação ao uso de miRNA circulantes é a falta de normalização de sua quantificação, quando comparado ao miRNA tecidual.23 Contudo, apesar dessas limitações, o miR-1 apresenta alta sensibilidade na identificação do IAM no momento inicial desse evento adverso.
Diversos estudos relatam que o miR-499 possui acurácia diagnóstica superior a troponina T para o IAM.24,25 A vantagem do miR-499 é que ele pode ser detectado no sangue em menos de quatro horas após o IAM, enquanto a troponina só pode ser detectada mais tardiamente.26 Assim, miR-499 poderia aumentar a acurácia da troponina T no diagnóstico precoce do IAM. O estudo HUNT investigou 179 miRNAs em 212 indivíduos sadios com o objetivo de predizer IAM. Diversos miRNAs circulantes diferiram significativamente durante o período de acompanhamento entre indivíduos que posteriormente sofreram IAM e aqueles que permaneceram saudáveis. Após análise de regressão logística, foi observado que um conjunto de 5 miRNAs (miR-106a-5p, -424-5p, miR-144-3p, miR-660-5p e let-7g-5p) melhor prediziam o IAM, com 77% de acerto para ambos os gêneros.27 Jia et al.,28 mostraram que os miR-30d-5p e -125b-5p também possuem valor diagnóstico para o IAM, quando avaliados em pacientes com síndrome coronariana aguda.28 Em modelo animal de IAM cirúrgico, o miR-208a apresentou níveis circulantes elevados 4 horas e 24 horas após a indução do infarto.25
Diversos estudos já foram realizados com o foco em se avaliar o valor prognóstico e/ou diagnóstico dos miRNAs na IC, assim como no tratamento da IC. Existem evidências de que os miRNAs desempenham um papel tanto no surgimento quanto na progressão da IC. Apesar do peptídeo natriurético cerebral (BNP) e do pró-peptídeo natriurético cerebral N-terminal (NT-proBNP) serem utilizados atualmente como padrão ouro no diagnóstico da IC, os miRNAs têm sido estudados exaustivamente como potenciais biomarcadores. Como exemplo, uma recente revisão sistemática com meta-análise mostrou que o miR-423-5p, associado ao peptídeo natriurético atrial (ANP), teria um potencial valor diagnóstico para a detecção da IC.29 Na IC crônica, Cakmak et al.,30 mostraram que o miR-182 teria maior valor prognóstico para mortalidade cardiovascular, caracterizada pela morte súbita inexplicável, IC descompensada ou arritmia hemodinamicamente significativa, comparado ao NT-proBNP e a proteína C reativa (PCR) de alta sensibilidade pela análise da curva ROC em pacientes com IC compensado (NYHA II, n = 20) e descompensados (NYHA III, n = 22), comparado a controles saudáveis (n = 15).30 Um panorama mais completo dos miRNAs envolvidos na IC aguda e crônica pode ser visto na revisão recentemente publicada de Vegter e colaboradores.31
Considerando os estudos em pacientes com fibrilação atrial (FA), já foi observado que pacientes com IC crônica estável com FA e fração de ejeção < 40% apresentam uma redução significativa dos níveis plasmáticos de miR-150 comparados aos seus controles saudáveis.32 Harling et al.,33 estudaram o plasma coletado no pré-operatório 24 horas antes de cirurgia de revascularização miocárdica, para avaliar a precisão diagnóstica do miRNA na fibrilação atrial pós-operatória. Nesta análise, os autores mostraram o miR483-5p como um potencial biomarcador da FA pós-operatória, com precisão preditiva global de 78%.33 Os miR-23a e -26a também teriam a capacidade de prever a FA pós-operatória, uma vez que seus níveis estão reduzidos no período pós-operatório de pacientes submetidos à intervenção coronária arterial de by-pass.34 O nível circulante reduzido do miR-126 serviria como candidato a biomarcador do desenvolvimento, progressão e severidade da FA e da IC, de acordo com estudo realizado em pacientes com FA, IC ou associação de ambos.35 Por fim, Gorem et al.,36 mostraram expressão reduzida do miR-150 nas plaquetas de pacientes com IC sistólica crônica associada à FA, comparado aos indivíduos sem FA, perfil também encontrado no soro desses pacientes.36
Na doença vascular aterosclerótica, já foi observada a produção de corpos apoptóticos derivados de células endoteliais, os quais continham grande quantidade de miR-126 em seu interior e que eram, por sua vez, capazes de desencadear a produção de quimiocina CXCL12 nas células vasculares receptoras.37 O miR-212 circulante é sugerido por Jeong et al.,38 como um biomarcador da aterosclerose, visto que ele aumenta a predição da aterosclerose quando combinado a hemoglobina A1c, HDL e lipoproteína (a). Em pacientes com aterosclerose, foi visto uma associação entre o espessamento das túnicas intima-média da artéria carótida com níveis elevados do miR-29a circulante.39
Remodelamento cardíaco
O remodelamento ventricular é um dos mecanismos envolvidos na progressão da IC e envolve a apoptose e hipertrofia de cardiomiócitos, fibrose intersticial decorrente da deposição de colágeno, e a rarefação vascular (Figura 3). Existem evidências de que os miRNAs desempenham um papel importante nesse remodelamento patológico, contudo ainda não se conhece todos os miRNAs envolvidos e alguns estudos apresentam divergências em seus resultados dependendo da doença em foco.
Remodelamento cardíaco e miRNAs. Principais miRNAs que modulam a hipertrofia cardíaca e a fibrose tecidual durante o remodelamento cardíaco adverso em diversas condições patológicas.
Uma vez que os miR-1, -133a, -208a/b e -499 são mais abundantes no coração em comparação a outros tecidos, acredita-se que eles sejam específicos desse tecido. Eles estão envolvidos na diferenciação dos precursores mesodérmicos e na transdiferenciação/reprogramação dos fibroblastos/miofibroblastos adultos em cardiomiócitos maduros, assim como mantêm a funcionalidade e a sobrevivência dos cardiomiócitos.40 Em condições patológicas, a desregulação dos miRNAs cardíacos pode levar à progressão da IC, associada a arritmia, hipóxia, isquemia, dilatação ventricular, fibrose e necrose tecidual.
Cardiomiócitos
O miR-1 é um dos mais abundantes miRNAs no tecido miocárdico, responsável pelo controle de diferentes aspectos do processo de diferenciação e proliferação dos cardiomiócitos. Em animais, o miR-1 estaria envolvido na proliferação e diferenciação das células cardíacas durante a cardiogênese.41 Por outro lado, o aumento da expressão do miR-1 leva à arritmia, visto que ele controla a condutância cardíaca e automaticidade pela modulação da expressão de proteínas envolvidas no manuseio do cálcio intracelular.42 O miR-21 é expresso predominantemente em fibroblastos cardíacos; o aumento de sua expressão promoveu indiretamente a hipertrofia cardíaca pela estimulação da MAP (Mitogen Activated Protein) quinase dos fibroblastos em modelo animal de IC,43 embora haja evidências de que o aumento de sua expressão possui papel anti-hipertrófico em cardiomiócitos isolados.44
O silenciamento do miR-208 em modelo animal de IAM reduz a apoptose e atenua a hipertrofia e a fibrose cardíaca, refletindo em melhora da função cardíaca.45 Existem evidências de que o miR-133a protege os cardiomiócitos neonatais de rato da hipertrofia. Entre os mecanismos envolvidos estão a modulação da concentração de cálcio intracelular e redução da expressão do RNA para o ANP e para a miosina de cadeia pesada do tipo beta (β-MHC).46,47 O miR-223 também é capaz de reduzir a concentração intracelular de cálcio, a contratilidade dos cardiomiócitos, e a fosforilação da troponina I (cTNI), mecanismos pelos quais este miRNA suprimiria a hipertrofia.48
O miR-124 estaria envolvido com a hipertrofia cardíaca, uma vez que sua expressão está aumentada em modelo de hipertrofia induzida pela angiotensina II em cardiomiócitos de ratos neonatais em cultura e a inibição de sua expressão suprime a hipertrofia induzida por angiotensina II.49 Em camundongos, a indução da expressão do miR-499 especificamente no coração leva à hipertrofia celular e disfunção cardíaca devido à alteração da expressão de proteínas contráteis - MYH7B e actina alfa 1 do músculo esquelético (ACTA1).50
Fibrose
O fator de crescimento do tecido conjuntivo (CTGF) é uma molécula considerada chave no processo fibrótico uma vez que ele induz a síntese da matriz extracelular (MEC). Duisters et al.,51 mostraram que os miR-133 e miR-30 regulam a expressão do CTGF.51 A expressão de CTGF é inversamente proporcional à expressão desses miRNAs em modelos de doença cardíaca em roedores (modelo genético com hiperativação do sistema renina-angiotensina-aldosterona, hipertrofia cardíaca e IC) e no remodelamento patológico do ventrículo esquerdo em humanos com estenose aórtica isolada submetidos à cirurgia de substituição valvar, cujas amostras foram coletadas por biópsia. Além disso, o aumento da expressão dos miR-133 e miR-30 reduz a expressão de CTGF, o que resulta em menor deposição de colágeno.51 Por outro lado, o miR-203 pode atuar com um fator fibrogênico, visto que a indução de sua expressão em cardiomiócitos de camundongo em cultura aumenta a produção de CTGF, fator de transformação do crescimento beta 1 (TGF-β1) e fibronectina.52
O miR-29 também parece desempenhar um papel importante no remodelamento da MEC em humanos com IC. Ele é expresso preferencialmente em fibroblastos, sendo encontrado no entorno de áreas infartadas. Ele estaria envolvido no processo de apoptose, principalmente no estágio final da IC, levando a redução da expressão de colágeno.53 Em modelo animal de infarto, há redução da expressão do miR-24 e esse se correlaciona com o remodelamento da MEC. Quando a expressão do miR-24 é induzida por precursores sintéticos, há redução da fibrose, bem como da diferenciação e migração de fibroblastos cardíacos.21 O miR-98 atua de forma semelhante, visto que a indução de sua expressão em fibroblastos cardíacos humanos em cultura inibe a fibrose induzida pelo TGF-β1.54
Perfil de expressão tecidual com base na doença
Ikeda et al.,55 realizaram uma análise ampla da expressão de miRNAs de 67 amostras de miocárdio do ventrículo esquerdo de pacientes com cardiomiopatia isquêmica, cardiomiopatia dilatada e estenose aórtica. Eles detectaram expressão diferencial dependendo da condição, onde 13 miRNAs foram específicos para a estenose aórtica e 8 para as cardiomiopatias, sem sobreposição entre estes dois grupos.55 Houve redução da expressão dos miR-1, -19a e -19b na cardiomiopatia dilatada e na estenose aórtica e aumento da expressão do miR-214, o qual está relacionado à hipertrofia cardíaca, mas sem alteração na expressão dos miRNAs-133 e -208.55 Entretanto, Care et al.,56 mostraram expressão reduzida do miR-133 na cardiomiopatia hipertrófica e na dilatação atrial, e Yang et al.,57 encontraram aumento da expressão do miR-1 na cardiomiopatia isquêmica.
Em estudo conduzido por Lai et al.,53 a associação de diversos miRNAs com a IC foi investigada em amostras do ápice do ventrículo esquerdo obtidas por biópsia durante cirurgia cardíaca. O miocárdio desses pacientes apresentou aumento da expressão dos miR-1, -21, -23, -29, -130, -195 e -199, enquanto a expressão dos miR-30, -133 e -208 manteve-se inalterada. Esse perfil estava associado a maior expressão do mRNA para a caspase 3, colágenos tipo I e tipo III e TGF.53
Aterosclerose
A aterosclerose é uma doença inflamatória crônica da parede arterial, que ocorre em resposta à lesão endotelial, principalmente em artérias elásticas de médio e grande calibre, artérias musculares e regiões onde há um distúrbio do fluxo sanguíneo laminar. Ela é considerada a principal responsável pela doença arterial coronariana, doença arterial carotídea, acidente vascular encefálico e doença vascular periférica.58 Existem diversas evidências de que os miRNAs estão envolvidos no desenvolvimento da aterosclerose, tanto em modelos experimentais quanto em humanos. Podemos separá-los em miRNAs envolvidos na disfunção endotelial, homeostase do colesterol, desenvolvimento da placa aterosclerótica, neoangiogênese e instabilidade e ruptura da placa, conforme ilustrado na Figura 4.
Aterosclerose e miRNAs. Desregulação da expressão de diversos miRNAs já foi encontrada nas diferentes etapas do desenvolvimento da aterosclerose. Aqui são ilustrados alguns miRNAs envolvidos na disfunção endotelial e inflamação, homeostase do colesterol, desenvolvimento da placa, neoangiogênese e instabilidade e ruptura da placa.
Endotélio
Em suínos, células endoteliais obtidas de regiões arteriais susceptíveis a aterosclerose (arco da aorta e bifurcação aorta abdominal-artéria renal) apresentaram expressão reduzida dos miR-10a e -10b. O miR-10a inibe alguns genes pró-inflamatório nas células endoteliais, incluindo a molécula de adesão celular vascular 1 (VCAM-1) e a E-selectina, assim como a via do NF-kB.59 Em ratos, o miR-181b regula a ativação das células endoteliais e a resposta inflamatória vascular ao NF-kB diante de estímulos pró-inflamatórios.60 Em células endoteliais obtidas da veia umbilical humana (HUVEC), os miR-126, miR-31 e miR-17-3p também regulam a inflamação vascular pelo controle da expressão de moléculas de adesão celular (VCAM-1, molécula de adesão intercelular 1 [ICAM-1] e E-selectina).61
Homeostase do colesterol
Os miR-33a e miR-33b regulam os genes SREBP2 e SREPB1, os quais são responsáveis pela regulação do colesterol e do metabolismo de ácidos graxo, tanto em células humanas quanto em camundongos.62 A inibição do miR-33a resultou na regressão da aterosclerose em camundongos.63 A inibição do miR-122, que representa 80% dos miRNAs expressos pelo fígado, resultou em diminuição significativa dos níveis séricos de colesterol em camundongos e primatas não-humanos.64
Desenvolvimento da placa
O miR-155 é um importante regulador do sistema imunológico e demonstra estar envolvido na resposta inflamatória aguda. Ele modula o desenvolvimento da placa aterosclerótica, a captação de lipídeos e a resposta inflamatória de monócitos e macrófagos que leva à formação das células espumosas. Entre seus mecanismos de ação, ele atua como um regulador de feedback negativo na resposta inflamatória de macrófagos induzida pela LDL oxidada e inibe a liberação de citocinas inflamatórias pelos macrófagos como, por exemplo, as interleucina 6 (IL-6) e IL-8 e o fator de necrose tumoral alfa (TNF-α).65
Em monócitos de sangue periférico humano, o miR-125a-5p demonstrou papel importante na mediação da absorção de lipídios e diminuição da secreção de algumas citocinas inflamatórias (IL-2, IL-6, TNF-α e TGF-β) em macrófagos.66 O LDL oxidado aumentou os níveis do miR-125a-5p, o qual regula a ORP-9 (um membro da família de proteínas ligantes de oxiesterol), reduzindo, assim, a expressão dos receptores scavengers SR (CD68) e LOX-1.66 De forma semelhante, o miR-155 reduziu a captação de LDL oxidado diminuindo a expressão de CD36 e LOX-1.65
A evolução das estrias gordurosas para o ateroma fibroso (capsula fibrosa) é promovida, sobretudo, pela proliferação e migração das células musculares lisas vasculares (CMLV) para a camada intima do vaso. A proliferação e apoptose dessas células é regulada pelo TGF-β, que por sua vez é modulado negativamente pelo miR-26a (ou seja, a inibição do miR-26a promove a diferenciação das CMLVs) em soro humano.67 Os miR-21 e miR-221 também modulam a proliferação das CMLVs, onde o miR-221 atua em resposta à sinalização do fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF). Além disso, a regulação negativa de p27Kip1 pelo miR-221 é crítica para a indução de proliferação celular mediada pelo PDGF, enquanto o c-Kit pode estar relacionado com a inibição da transcrição do gene contrátil específico de CMLVs, reduzindo a expressão de miocardina, um potente coativador nuclear específico das CMLVs.68
Neoangiogênese
Durante o desenvolvimento da placa aterosclerótica, os macrófagos ativados repletos de colesterol são responsáveis pela liberação de diversas citocinas, entre elas, citocinas que promovem a neoangiogênese. Entre os miRNAs envolvidos nesse processo estão o miR-221, -222, -155, -27a, -27b e -210. Em HUVEC, o miR-222/221 afeta a expressão do c-Kit,69 e o miR-222 está envolvido no remodelamento vascular mediado pela inflamação.70 O miR-155 parece regular a expressão da óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) e o relaxamento vascular dependente de endotélio.71 Em modelo esferoide tridimensional, a expressão aumentada dos miR-27a/b estimula o brotamento vascular, mostrando, assim, sua ação pró-angiogênica, uma vez que esses miRNAs têm como alvo a semaforina 6A, um inibidor da angiogênese.72 Por fim, a expressão do miR-210 em HUVEC aumenta progressivamente em condições de hipóxia e a indução da sua expressão em condições de normóxia leva à formação de estruturas semelhantes a capilares em Matrigel guiada pelo VEGF.73
Instabilidade e ruptura da placa
A instabilidade e ruptura da cápsula fibrosa da placa aterosclerótica depende do desequilíbrio entre a síntese e a degradação da MEC pelos fibroblastos. A ruptura da placa é o mecanismo mais importante para o surgimento do acidente vascular encefálico, IAM e morte súbita. A lise do colágeno ocorre por intermédio das enzimas metaloproteinases (MMPs), em especial as MMP-1, MMP-2, MMP-3 e MMP-9, que são liberadas principalmente por macrófagos ativados.74
A MMP-9 é regulada pelos miR-133a/b, o qual também é capaz de modular a apoptose e a proliferação das CMLVs em modelos animais.75 Cipollone et al.76 investigaram, em humanos, a expressão de miRNAs e sua correlação com a instabilidade da placa aterosclerótica na artéria carótida interna. Foram avaliadas duas coortes independentes de placas ateroscleróticas coletadas em dois hospitais italianos (n = 15 e n = 38), de pacientes submetidos à endarterectomia carotídea para extracraniano de alto grau (> 70%) de estenose da artéria carótida interna. As placas foram subdivididas em grupos sintomático e assintomático de acordo com a presença ou ausência de AVE. Os autores observaram que, entre 41 miRNAs investigados, 5 miRNAs (miR-100, -127, -145, -133a e -133b) apresentaram expressão aumentada em placas sintomáticas (onde houve AVE) em comparação à placas assintomáticas.76 É importante ressaltar que a discrepância na expressão de miRNAs entre placas instáveis e estáveis não estava relacionada a diferenças em fatores de risco convencionais ou terapias concomitantes, pois essas variáveis estavam bem equilibradas entre os dois grupos. Ao incubar HUVEC com o miR-133a, houve redução da expressão da proteína alvo MMP-9, enquanto as células incubadas com miR-133a ou miR-145 apresentaram menor expressão de inibidor do ativador de plasminogênio 1 (PAI-1).76
Conclusão
Apesar da complexidade e dos desafios, a identificação dos miRNAs desregulados é crucial, uma vez que possibilita uma melhor compressão dos mecanismos celulares e moleculares envolvidos nas DCVs. A pesquisa sobre miRNAs teciduais e circulantes poderá auxiliar no desenvolvimento de marcadores circulantes de diagnóstico e prognóstico mais acurados em comparação aos já utilizados, assim como novas estratégias terapêuticas para os diferentes estágios da DCV.
Apesar do avanço neste campo, ainda existem algumas limitações, por exemplo, no uso dos miRNAs circulantes como biomarcadores. Ainda não são conhecidos completamente os processos moleculares que regulam o empacotamento e a liberação de miRNAs extracelulares, quer por meio de mecanismos mediados por vesículas ou não. Além disso, a detecção dos miRNAs circulantes demanda alto custo técnico, o que limitaria, a princípio, o seu uso na rotina clínica laboratorial. Outro fator limitante é a onipresença dos miRNAs na circulação sanguínea, demandando, assim, investigações adicionais para determinar a sua origem tecidual.
Fontes de financiamento
O presente estudo foi financiado pela FAPERJ.
Vinculação acadêmica
Este artigo é parte de tese de Doutorado de Debora Cristina Pereira da Silva pelo Programa de Pós-graduação em Ciências Cardiovasculares da Universidade Federal Fluminense.