基于血浆小RNA测序的急性心肌梗死诊断和预后评估的循环microRNA全局监测研究

学术背景

急性心肌梗死（Acute Myocardial Infarction, AMI）是全球范围内导致人类死亡和发病的最严重心血管疾病之一。AMI的病理机制主要是由于冠状动脉粥样硬化斑块的破裂或内皮侵蚀，导致心肌缺血和坏死。AMI通常分为ST段抬高型心肌梗死（ST-segment Elevated Myocardial Infarction, STEMI）和非ST段抬高型心肌梗死（Non-ST-segment Elevated Myocardial Infarction, NSTEMI）。早期准确诊断AMI对于及时启动再灌注治疗、减少心脏死亡和心力衰竭等不良事件至关重要。

传统的AMI诊断依赖于生物标志物，如肌酸激酶同工酶（CK-MB）、血清肌红蛋白（Myo）和心肌肌钙蛋白（cTnI, cTnT）。然而，这些标志物存在特异性不足或从症状出现到血液中达到诊断水平所需时间较长的问题。因此，探索具有更好时间效应、诊断敏感性和特异性的新型生物标志物一直是研究的热点。

近年来，循环microRNA（miRNA）作为非侵入性生物标志物在心血管疾病诊断和预后中的应用引起了广泛关注。miRNA是一类长度约为22个核苷酸的小RNA分子，具有在血浆中异常稳定的特点，这归因于它们与微颗粒（如外泌体、微囊泡和凋亡小体）或RNA结合蛋白（如Argonaute2）或脂蛋白复合物（如高密度脂蛋白）的结合，从而防止被血浆中的RNase降解。此外，miRNA在AMI患者血浆中的升高速度比cTnI更快，这使得它们成为潜在的早期诊断标志物。

尽管已有研究表明某些miRNA（如miR-208a、miR-499、miR-1和miR-133）在AMI患者血浆中显著升高，但这些研究结果在不同独立研究之间存在争议和不一致性。因此，迫切需要从转录组水平对健康人群、AMI患者和再灌注治疗患者的循环miRNA进行全局监测，以揭示这些人群之间的miRNA差异及其在心肌梗死和再灌注过程中的动态变化。

研究来源

本研究由Xiaomin Wang、Yaojun Lu、Ruiping Zhao、Bing Zhu和Jian Liu等作者共同完成，他们分别来自包头市中心医院和温州医科大学第一附属医院。该研究于2024年发表在《Biomarker Research》期刊上，题为“Global surveillance of circulating microRNA for diagnostic and prognostic assessment of acute myocardial infarction based on the plasma small RNA sequencing”。

研究流程与结果

研究流程

1. 研究对象与样本收集
   研究纳入了2018年11月至2019年4月期间因“胸痛不适”就诊于包头市中心医院心内科的患者。研究对象分为三组：健康对照组（27人）、AMI患者组（64人，包括37名STEMI和27名NSTEMI患者）以及接受再灌注治疗的AMI患者组（20人）。所有AMI患者在症状出现后48小时内入院，并排除了曾接受静脉溶栓或抗凝治疗的患者。健康对照组则排除了有严重或未控制的疾病、恶性肿瘤和感染性疾病的个体。

2. RNA提取与测序
   从每个血浆样本中提取总RNA，使用miRNeasy Micro Kit（Qiagen）进行RNA提取，并通过Agilent 2100 Bioanalyzer评估RNA质量和浓度。随后，使用TruSeq Small RNA Sample Prep Kit（Illumina）构建小RNA文库，并在Illumina HiSeq2500平台上进行单端测序，每个样本的测序深度为20M reads。

3. miRNA定量与差异分析
   使用miRDeep2软件将测序数据比对到人类基因组（hg19），并通过DESeq2软件进行miRNA水平的归一化和差异分析。差异表达的miRNA通过调整p值小于0.05且表达水平变化至少两倍（|log2FoldChange|>1）的标准进行筛选。

4. 诊断miRNA的筛选与功能分析
   通过ROC曲线分析评估所有检测到的miRNA的诊断性能，并使用LASSO（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator）进行降维，筛选出最优的诊断miRNA组合。此外，还对miRNA与cTnI水平的相关性进行了分析，并通过KEGG通路富集分析探讨了这些miRNA的功能。

5. 预后miRNA的筛选
   对AMI和再灌注患者进行了为期五年的随访，使用Cox回归模型、ROC曲线和Kaplan-Meier曲线评估循环miRNA的预后价值。

主要结果

1. miRNA转录组差异
   研究共检测到1659个已知的成熟miRNA，其中288个miRNA在AMI患者和健康对照组之间存在显著差异，包括58个上调miRNA和230个下调miRNA。此外，再灌注治疗后的miRNA表达模式与AMI患者相比也发生了显著变化。

2. 诊断miRNA的筛选
   通过ROC曲线分析，筛选出40个具有高诊断性能的miRNA（AUC>0.85），其中32个在AMI患者中上调，8个下调。这些miRNA中，miR-296-5p的诊断性能最佳，AUC达到0.983。通过LASSO降维，最终筛选出由miR-296-5p和miR-660-3p组成的诊断模型，其AUC在发现队列中达到0.998，在验证队列中为0.90。

3. miRNA与cTnI的相关性
   29个miRNA与血浆cTnI水平显著相关，其中20个与高诊断性能miRNA重叠。这些miRNA在HIF-1信号通路、AMPK信号通路和流体剪切应力与动脉粥样硬化等通路中显著富集。

4. 预后miRNA的筛选
   通过Cox回归分析，筛选出18个与生存相关的miRNA，其中miR-548ap-5p和miR-4716-3p在Kaplan-Meier曲线中显示出显著的预后价值。

结论与意义

本研究首次从转录组水平对AMI的诊断和预后生物标志物进行了全局监测，发现了一组具有潜在诊断和预后价值的miRNA。这些miRNA不仅能够有效区分AMI患者和健康个体，还能够反映心肌梗死的病理机制和细胞对缺氧的转录与能量代谢反应。研究结果为AMI的早期诊断和预后评估提供了新的生物标志物，具有重要的科学和应用价值。

研究亮点

1. 全局监测：首次从转录组水平对AMI患者、再灌注治疗患者和健康个体的循环miRNA进行了全局监测，揭示了miRNA在AMI诊断和预后中的潜在价值。
2. 高诊断性能miRNA：筛选出40个具有高诊断性能的miRNA，其中miR-296-5p和miR-660-3p组成的诊断模型在发现和验证队列中均表现出优异的诊断性能。
3. 预后miRNA：通过长期随访，筛选出miR-548ap-5p和miR-4716-3p作为AMI的潜在预后标志物。
4. 通路富集分析：发现这些miRNA在HIF-1信号通路、AMPK信号通路和流体剪切应力与动脉粥样硬化等通路中显著富集，进一步揭示了其在AMI病理机制中的作用。

其他有价值的信息

本研究还探讨了年龄和心律状态对miRNA诊断性能的影响，发现这些因素对诊断模型的预测性能没有显著影响。此外，研究还提供了所有高质量测序数据的NCBI序列读取档案（SRA）访问号，便于后续研究的验证和扩展。

总结

本研究通过全局监测循环miRNA，发现了一组具有潜在诊断和预后价值的miRNA，为AMI的早期诊断和预后评估提供了新的生物标志物。这些发现不仅具有重要的科学意义，还为临床实践提供了新的工具和思路。