作者: 陳郁安, 王宗道 (中國醫藥大學 醫學系, 台大醫院 心臟內科)
前言
急性心肌梗塞是十分常見且須緊急處理的心血管急症，其死亡率與急救時間有密切關係，因此如何快速確診處置是搶救的關鍵。美國心臟學會在2012年提出的最新急性心肌梗塞診斷標準中，除了心肌缺血的臨床症狀、心電圖變化或影像學證據外，還包含了須偵測到先上升和/或後下降的心臟生物標記血中濃度(以心肌鈣蛋白cardiac troponin為佳)，且至少有一數值在第99百分位的生物參考區間之上(1)。近年發展的新一代高敏感心肌鈣蛋白(hs-cTnT和hs-cTnI)分析技術，將可偵測到的血液心肌鈣蛋白濃度下限提升至傳統分析方法的十分之一，也因此有專家建議將其列為急性心肌梗塞的診斷準則(2)。然而，有些高血壓危象(hypertensive crisis)或腎衰竭、心衰竭病患，特別是年長者，其高敏感心肌鈣蛋白數值可能呈陽性，造成臨床上誤診為急性心肌梗塞，即所謂「偽陽性」狀況(3)，故仍有其不足之處。最近有研究顯示，特定的微小RNAs (microRNAs, miRs)會在心肌損傷後被釋放至循環血液中。這些細胞內miRs的釋放可能是細胞缺血引發的反應，而非單純只是細胞死亡後細胞膜破裂造成的結果(4)。因此，循環miRs (circulating miRs)具備作為心肌壞死早期生物標記(biomarkers)的潛力，未來在急性心肌梗塞的早期診斷上應有其應用價值。
MicroRNAs的生化功能與角色
miRs是非編碼核醣核酸(non-coding RNA)，這類RNA並不轉譯蛋白質，而是藉由促進mRNA降解或減弱蛋白質轉譯的方式來調節mRNA或蛋白質層次，進而控制基因表現、訊息傳遞以及蛋白質活性。雖然大多數miRs位於細胞內，仍有不少miRs在細胞外被發現(5)。這些穩定的miRs在不同細胞外液中表現其獨特的群組序列，異於大部分RNA分子在細胞外液中迅即被其中之核醣核酸分解酶(RNase)分解的不穩定狀態。這意味著分泌至細胞外的miRs可能以存於exosome或脂肪小泡(lipid vesicles)中或與核醣核酸結合蛋白(RNA-binding proteins)結合等方式存在，而免於被核醣核酸分解酶消化分解。因為上述的特性，細胞外miRs被認為具有媒介細胞間訊息傳遞的功能(6)。
最近亦有研究顯示，高密度脂蛋白(HDL)具有運輸內因性miRs的功能，其組成包含磷脂膽鹼(phosphatidylcholine)，可和核酸共同形成穩定的三級複合體。另外，比較罹患家族性高膽固醇血症(familial hypercholesterolemia)病患和健康受試者發現，前者之高密度脂蛋白含有較高濃度的miRs，而且高密度脂蛋白可將miRs釋出至細胞並改變基因表現(7)。
由於miRs和細胞間訊息傳遞有關，近年已有不少針對心血管疾病和其他可利用這些血液循環中的攜帶分子來調節系統恆定或促進癌症病理機制形成的研究被提出討論。腫瘤細胞可藉由促血管增生(proangiogenic)之miRs的轉移作用連接內皮細胞，導致細胞遷移以及血管增生。而在exosomes這類經細胞外吐作用所產生之囊泡裡面的miRs，則被發現可以活化類鐸受體(toll-like receptor, TLR)，使受體細胞產生致癌基因表現型(8)。
MicroRNAs具有作為生物標記的潛力
血液中以蛋白質為基礎(protein-based)的生物標記，在低濃度下無法由較敏感的聚合酶鏈鎖反應(PCR)偵測。另外，因其有不同的後轉譯變化(post-translational modifications)，使得測量的準確性降低。相反的，circulating miRs在低量即可由聚合酶鏈鎖反應快速偵測，且相對上同質性高，較不致干擾測量(9)。除了上述優點，circulating miRs不僅能存在於人體細胞外液且不被核醣核酸分解酶分解，還可抵擋細胞外惡劣的生理環境，例如極端pH值或溫度變化。miRs的穩定性讓它們容易被標的而分離出來。由於circulating miRs具備多項理想生物標記的特性(表一)，也因此被期待作為新一代疾病診斷上的生物標記。在臨床應用上，可以由聚合酶鏈鎖反應技術偵測circulating miRs在人體體液中的表現量，而在血漿、血清、尿液以及唾液等體液中，這些表現量的改變分別和不同疾病有關，包括許多癌症和心血管系統疾病(表二)(10)。
特異在心臟表現的miRs於心肌組織損傷後會被釋放至血液循環中，因此可作為急性心肌梗塞的血液生物標記。目前有miR-208a、miR-208b、miR-1、miR-133和miR-499等五種miRs被發現在心肌梗塞發作後數小時內其血漿或血清濃度會上升(11)(表三)。其中miR-208a是唯一具心臟專一性(heart-specific)的miR。miR-208b、miR-1、miR-133和miR-499則是在心肌組織高度表現，但也會表現於骨骼肌。
miR-1和miR-133於心肌梗塞初期即可於循環血液中檢出
miR-499應用於診斷較久以前發生的心肌梗塞
miR-499是由肌節肌凝蛋白基因(sarcomeric
myosin gene, Myh7b)的內含子(intron)編碼，於心肌和骨骼肌都會表現。雖然miR-499會在正常的心臟中大量表現，不過當心肌發生缺血時表現量會下降，意指其被損傷的心肌組織釋放至週邊血液循環中(15)。在ST節段上升之心肌梗塞病人的血漿樣本中，與miR-1和miR-133相比，miR-1和miR-133在症狀發生後約2.5小時即達到尖峰濃度，miR-499則在症狀發生後約12小時才達到尖峰濃度(12)。雖然miR-499比起miR-1和miR-133在動力學上表現較慢，但仍然會在心肌組織損傷後被釋放至血液循環中，且其較緩慢變化的特質使其可用於診斷較久以前發生的心肌梗塞。
miR-208a可作為心肌梗塞早期指標，miR-208b在長期心臟功能評估上具發展潛力
miR-208a和miR-208b分別由甲型心肌凝蛋白重鏈(alpha-cardiac muscle myosin
heavy chain, α-MHC/Myh6)以及乙型心肌凝蛋白重鏈(β-MHC/Myh7)基因的內含子編碼。有研究發現，miR-208a可經由即時聚合酶鏈鎖反應(real-time PCR)在高達90%的急性心肌梗塞病人之血漿樣本偵測到，而健康受試者和非急性心肌梗塞之胸痛患者的血漿樣本則無法偵測到，具高度專一性。另外，在急性心肌梗塞病人症狀發生後4小時內，miR-208a可在全部血漿樣本中測得，TnI則只在85%的樣本中測到，似乎較TnI更適於作為心肌梗塞的早期診斷指標(16)。在動物實驗中，miR-208a在心肌梗塞發生後1小時便可於血液中檢出，3小時達到頂峰。miR-208b也在不同研究中被證實，在發生心肌梗塞之後其血液循環中的濃度會升高。除此之外，miR-208b在血液中的含量與左心室射出分率(left ventricular
ejection fraction, LVEF)呈現負相關性。因此這也暗示著miRs不僅可當作診斷心肌梗塞的生物標記，還可能做為長期心臟功能評估和是否發展成心衰竭的預後因子(15)。
結語
現階段用於診斷急性心肌梗塞的生物標記，常見者如TnI，都是以特定蛋白質結構為基礎的標記。這些血液中的生物標記由於蛋白質組成複雜，加上具有多樣的後轉譯變化，使其在偵測上增添不少困難度。而且用於測量這些血液中生物標記的原理常是利用抗原抗體反應，所以生物標記中的蛋白質成分可能與其他蛋白質發生交叉反應(cross-reactivity)而干擾測量結果。miR-208a、miR-208b、miR-1、miR-133和miR-499等在心肌組織高度表現的miRs因具備多項理想生物標記的特性而被高度期待其作為新一代急性心肌梗塞診斷生物標記的潛力。未來心臟醫學界還需要更多研究來證實這些miRs在臨床應用上的診斷意義。
推薦讀物
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3. Olivieri F et al: Aged-related increase of high sensitive troponin T and its implication in acute myocardial infarction diagnosis of elderly patients. Mech Ageing Dev. 133:300, 2012.
4. Olivieri F et al: Circulating microRNAs (miRs) for diagnosing acute myocardial infarction: An exciting challenge. Int J Cardiol In Press, corrected proof, 2012.
5. Weber JA et al: The microRNA spectrum in 12 body fluids. Clin Chem. 56:1733, 2010.
6. Iguchi H et al: Secretory microRNAs as a versatile communication tool. Commun Integr Biol. 3:478, 2010.
7. Vickers KC et al: MicroRNAs are transported in plasma and delivered to recipient cells by high-density lipoproteins. Nat Cell Biol. 13:423, 2011.
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12. D’Alessandra Y et al: Circulating microRNAs are new and sensitive biomarkers of myocardial infarction. Eur Heart J. 31:2765, 2010.
13. Corsten MF et al: Circulating microRNA-208b and microRNA-499 reflect myocardial damage in cardiovascular disease. Circ Cardiovasc Genet. 3:499, 2010.
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