Regulation of Myocardial MicroRNAs by Molecular Hydrogen Contributes to the Prevention of Radiation-Induced Injury

Environmental Factors in the Pathogenesis of Cardiovascular Diseases

Branislav Kura & Jan Slezak

Part of the book series: Advances in Biochemistry in Health and Disease ((ABHD,volume 30))

辐射代表了一种可能对心脏和血管系统产生负面影响的环境因素。根据剂量和时间，辐射引起的心脏损伤可能会发展，如在先前接受过放疗的长期癌症幸存者中已有详细记录。辐射诱导的氧化应激损伤内皮细胞和心肌细胞。由功能失调的内皮和受损的辐射细胞释放的细胞因子引发的炎症反应激活了防御机制。在后期阶段，心脏通过促进心脏肥大和重塑来响应辐射损伤，以补偿受损的心脏功能，最终导致心力衰竭。微小RNA（miRNAs）是参与调节不同细胞过程的小非编码RNA分子。miRNAs的失调与各种疾病状态有关，包括不良的心脏重塑和毒性。越来越多的研究展示了分子氢在各种疾病中的潜在应用。这种小的非毒性分子是一种有效的抗氧化剂，具有抗炎、抗凋亡和抗纤维化的特性。然而，氢气作用的确切机制仍未完全阐明。现有文献指出miRNAs可能在分子氢的预防效应中起作用，包括辐射引起的心脏损伤。为了证实这些假设，需要进一步的研究，因为这一领域的研究仍处于初期阶段。

引言

人们暴露于自然辐射源以及人造源，例如，诊断成像、癌症治疗的放疗、宇宙射线、核事故等。辐射被认为是一种可能影响生物体健康状态的环境因素，包括心血管系统。辐射引起的心脏损伤（RIHI）在先前接受过放疗的长期癌症幸存者中有详细记录。

RIHI的发病机制主要与活性氧（ROS）和氮物种（RNS）的产生导致的氧化应激、由内皮损伤引起的不同细胞因子的产生以及随后的炎症反应有关。在辐射损伤的后期阶段，发生心脏重塑，主要包括纤维化和肥大的发展，最终导致心力衰竭。在1-4 Gy的辐射剂量下就已出现心血管疾病和炎症的发展，5-8 Gy的剂量可能出现心肌梗死、心绞痛、心包炎和左心室直径减小的情况，而高于8 Gy的剂量会导致心肌纤维化。

最近的研究方向集中在微小RNA（miRNAs），一种小的内源性RNA分子，在各种生理和病理过程中的作用。miRNAs由大约22个核苷酸组成，参与约30%人类蛋白编码基因表达的转录后调控。每个miRNA可以影响几个不同的目标基因的表达，从而调节许多细胞过程，如分化、生长、增殖和凋亡。许多研究证实，miRNAs与心脏辐射损伤相关的病理过程有关，例如，氧化应激、炎症、内皮功能障碍、肥大和纤维化。

氢分子（H2）代表了一个小型且非毒性的分子。H2分子的小型尺寸促进了其通过生物膜到作用位点的传输。越来越多的证据表明，由于H2能够通过选择性消除有毒的ROS和RNS而不影响到具有信号作用的ROS和RNS，因此H2可能成为各种疾病的有效治疗方法。此外，H2还具有抗炎、细胞保护和信号调节作用。已经显示，每天摄入富含氢的水（HRW）6周可以提高接受放疗的肿瘤患者的生活质量，而不影响放疗的抗肿瘤效果。体外和体内实验展示了H2在各种病理条件下的潜在益处，包括辐射引起的损伤。当前的知识指出miRNAs可能参与了H2有益效应的机制，例如，在RIHI、炎症条件、肠道缺血-再灌注（I/R）损伤、脑I/R损伤或哮喘中。

这篇综述旨在总结有关H2辐射防护机制的可用文献，特别强调miRNAs的可能参与，主要关注心血管损伤。

辐射诱导心脏损伤（RIHI）的机制

电离辐射与生物系统的相互作用及其导致RIHI发展的确切机制非常复杂，但仍不完全清楚。RIHI的发病机制主要包括氧化应激和炎症、内皮损伤、线粒体损伤和纤维化（图26.1）[23]。

图26.1一个块状流程图。辐射引起的热损伤引发氧化应激，导致炎症、纤维化和线粒体功能障碍。这导致细胞死亡增加和组织弹性降低，进而导致肥大、缺氧和缺血，最终以心力衰竭告终。