MicroRNA在膿毒癥心肌損傷中的研究進展*

宋楊一嫣綜述 楊 芰 李 文審校

膿毒癥作為一種高致死疾病，是導致重癥監(jiān)護患者死亡的主要原因之一[1]。膿毒癥會誘發(fā)一系列并發(fā)癥，其中心肌損傷是膿毒癥最易導致的并發(fā)癥之一。膿毒癥引起心肌損傷約占膿毒癥患者總數(shù)的25%[1]。膿毒癥心肌損傷并非由于心肌灌注不足或慢性心肌勞累而導致的心臟功能惡化，其在患病之前并不存在，隨著膿毒癥的發(fā)生而出現(xiàn)，同時隨著膿毒癥的治愈而恢復的一種可逆性病變。膿毒癥心肌損傷缺乏典型的臨床表現(xiàn)，主要表現(xiàn)為心室擴張，舒張和收縮功能障礙，抗感染治療不能改善心功能。一直以來，膿毒癥心肌損傷的具體發(fā)病機制分為線粒體相關機制和以氧化應激和炎癥反應為主的非線粒體機制?，F(xiàn)今缺乏對膿毒血癥心肌損傷機制的深入理解，同時臨床上尚無針對膿毒癥心肌損傷的有效治療手段。因此，探究膿毒癥心肌損傷的發(fā)病機制可為預防和治療膿毒癥心肌損傷的提供理論基礎。

MicroRNA (miRNA)是一類19-24個核苷酸大小的以“發(fā)夾環(huán)”結構為特征的非編碼miRNA，主要通過特異性與靶基因3’-UTR配對結合，參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。有報道[2]表明，miRNA在維持機體生理穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)生長發(fā)育，以及疾病進展中發(fā)揮了關鍵作用。miRNA種類眾多，其參與機體各類病理生理過程的調(diào)節(jié)，部分miRNAs在維持正常心臟功能中發(fā)揮了極其重要的作用，特別是與炎癥相關的心血管疾病。同時，miRNA對于疾病的早期診斷及治療具有極高的應用前景。目前膿毒癥心肌損傷缺乏有效的診斷與治療手段，本文就miRNA在膿毒癥心肌損傷中作用機制的研究進展進行綜述，為miRNA應用于膿毒癥心肌損傷的診斷與治療開拓新的方向。

1 miRNA在膿毒癥心肌損傷中的作用

目前關于膿毒癥心肌損傷的發(fā)病機制，主要認為是在膿毒癥發(fā)生后，機體炎癥反應和氧化應激水平升高，心肌細胞凋亡增多，進而影響心臟正常功能，導致膿毒癥心肌損傷的發(fā)生。在這一過程中，miRNA通過多種途徑參與了膿毒癥心肌損傷的發(fā)生發(fā)展過程。

1.1 miRNA通過調(diào)控炎癥反應參與膿毒癥心肌損傷

目前的證據(jù)表明，高遷移率族蛋白B1(High Mobility Group Protein B1，HMGB1)和細胞核因子/k基因結合核因子(Nuclear Factor of Kappa Light Polypeptide Gene Enhancer in B cells，NF-κB)是介導機體炎癥發(fā)生的兩種重要蛋白，HMGB-1是一種重要的炎癥介質(zhì)，其在重癥炎癥及炎癥的慢性化病理進程中極為重要。NF-κB作為一類細胞中關鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，其激活后誘導多種細胞炎癥因子的表達，加速炎癥反應的發(fā)生。因此，結合miRNA對機體多種病理生理過程的調(diào)控機制，探討miRNA通過調(diào)控HMGB1以及NF-κB的功能參與膿毒癥心肌損傷過程成為當前研究的重點。

HMGB1作為一類重要的機體炎癥調(diào)節(jié)蛋白，尋求可調(diào)控HMGB1功能的上游miRNA對于調(diào)控膿毒癥心肌損傷具有極其重要的意義。通過盲腸結扎或穿刺構建大鼠膿毒癥心肌損傷模型，發(fā)現(xiàn)miRNA-181b表達顯著升高，且通過雙熒光素酶實驗驗證miRNA-181b通過下調(diào)HMGB1的表達抑制炎性因子的產(chǎn)生進而減輕患者全身炎癥反應，降低心肌細胞凋亡率，減輕膿毒癥心肌損傷程度[1]。更有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-193-3p通過調(diào)控信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3(Signal Transducer and Activator of Transcription 3，STAT3)/HMGB1軸減輕膿毒癥引起的心肌損傷[2]。LncRNA GAS5也被證實在膿毒癥心肌損傷小鼠心肌組織中高表達，且通過抑制miRNA-449b激活HMGB1/NF-κB通路加重膿毒癥誘導的心肌損傷[3]。

NF-κB作為機體炎癥水平調(diào)控的主要通路，其對于膿毒癥心肌損傷的調(diào)控極為重要。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-101-3p通過上調(diào)絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1(Mitogen Activated Protein Kinase Phosphatase 1，MAKP1)，抑制MAPK/NF-κB信號通路的激活，進而減輕膿毒癥誘導的心肌損傷[4]。在心肌組織過表達miRNA-365a-3p后，通過靶向抑制髓樣分化蛋白(Myeloid Differential Protein-88，MyD88)/NF-κB通路抑制膿毒癥誘導的心肌損傷[5]。miRNA-98被發(fā)現(xiàn)在膿毒癥心肌損傷中通過負調(diào)控高遷移率族蛋白A2( High Mobility Group Protein 2，HMGA2)抑制NF-κB的激活，降低全身炎癥反應，進而減輕膿毒癥心肌損傷[6]。在膿毒癥心肌損傷中，miR-208a-5p表達下調(diào)，其下游靶蛋白細胞因子信號傳導抑制蛋白2(Suppressor of Cytokine Signaling 2，SOCS2)表達升高，激活NF-κB/缺氧誘導因子1α(Hypoxia Inducible Factor 1 alpha，HIF-1α)通路，誘導心肌細胞凋亡，參與膿毒癥心肌病的發(fā)生[7]。綜上可知，miRNA通過調(diào)控NF-κB功能，調(diào)控炎癥反應過程，參與膿毒癥心肌損傷的發(fā)生發(fā)展，且不同miRNA調(diào)控NF-κB的機制均不相同。

1.2 miRNA通過調(diào)控心肌細胞凋亡參與膿毒癥心肌損傷

研究表明，在大鼠膿毒癥心肌損傷模型中，于心肌組織過表達miRNA-214后，與膿毒癥組比較，miRNA-214過表達組大鼠血清心肌肌鈣蛋白I(cTnI)含量明顯降低，心肌凋亡率降低，進一步研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-214可能通過激活磷酸酶和張力蛋白同系物(Phosphatase and Tensin Homolog，PTEN)/蛋白激酶B(Protein Kinase B，AKT)信號通路的活化，抑制心肌細胞凋亡而發(fā)揮心肌保護作用[8]。在膿毒癥小鼠心肌損傷模型中，研究者發(fā)現(xiàn)，褪黑素可以減輕膿毒癥誘導的心肌損傷，并發(fā)現(xiàn)其可能通過上調(diào)心肌組織中miRNA-223的表達抑制白細胞介素-1β(IL-1β)與白細胞介素-6(IL-6)等炎性因子的釋放，減輕全身炎癥反應水平，減少心肌細胞凋亡，維持心臟正常功能[9]。為進一步探討miRNA在膿毒癥心肌中的作用，通過轉(zhuǎn)錄組測序分析LPS誘導膿毒癥心肌損傷小鼠心肌組織與對照組小鼠心肌組織，進行測序發(fā)現(xiàn)：miRNA-155-5p、miRNA-21-3p、miRNA-222-3p、miRNA-135a-1-3p、miRNA-3091-5p、miRNA-5620-3p、miRNA-324-3p、miRNA-450-5p的表達在小鼠膿毒癥心肌損傷后，其表達水平均發(fā)生顯著改變。深入研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-21-3p可能通過抑制SH3結構域連接蛋白2(SH3 Domain-containing Protein 2，SORBS2)加重LPS誘導的心肌損傷[10]。

1.3 miRNA通過調(diào)控心肌細胞氧化應激水平參與膿毒癥心肌損傷

線粒體作為機體細胞內(nèi)唯一提供ATP的細胞器，維持其正常功能狀態(tài)對于維持細胞的病理生理功能以及組織器官的正常運轉(zhuǎn)極為重要。在機體正常過程中，心臟需要大量的ATP維持其正常的收縮活動，因此需要心肌細胞內(nèi)線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP提供能量。此外，線粒體對于調(diào)控心肌細胞鈣穩(wěn)態(tài)、活性氧以及相關信號轉(zhuǎn)導均具有重要作用。線粒體功能紊亂導致細胞內(nèi)氧化應激穩(wěn)態(tài)失衡也被認為是諸多心血管疾病發(fā)病的主要機制。

有研究表明，LncRNA MIAT 通過靶向miR-330-5p/腫瘤壞死因子受體相關因子6(TNF Receptor-associated Factor 6，TRAF6)/NF-κB 軸調(diào)控線粒體膜電位，活性氧水平促進膿毒癥誘導的心臟損傷的炎癥和氧化應激損傷[11]。miR-484 通過靶向抑制原癌基因Yes相關蛋白1(Yes Associated Protein 1，Yap1)，促進線粒體分裂進而加重LPS誘導的心肌細胞凋亡與炎癥反應[12]。miRNA-210-3p可通過靶向作用于NADH氧化還原酶輔酶4，損傷線粒體功能，促進ROS產(chǎn)生，損傷細胞色素C氧化酶IV亞型1(Cytochrome C Oxidase Subunit IV，COXⅣ)活性，促進線粒體細胞色素C的釋放，進而誘導心肌細胞凋亡，加重心肌細胞損傷[13]。同時，通過分離膿毒癥心肌損傷患者血清中外泌體，發(fā)現(xiàn)外泌體中miRNA-1262含量顯著升高，雙熒光素酶實驗證明miRNA-1262靶向干預SLC2A1的轉(zhuǎn)錄，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(Solute Carrier Family 2 Member 1，SLC2A1)是線粒體能量代謝的重要蛋白，在人心肌細胞中敲低SLC2A1抑制糖酵解速率，促進心肌細胞凋亡，并通過進一步實驗發(fā)現(xiàn)，膿毒癥心肌損傷患者血清中外泌體可能通過miRNA-1262靶向干預心肌細胞SLC2A1的轉(zhuǎn)錄，抑制線粒體糖酵解速率，促進心肌細胞凋亡，加重膿毒癥心肌損傷[14]。

2 miRNA作為重要中間節(jié)點參與膿毒癥心肌損傷

2.1 LncRNA通過調(diào)控miRNA參與膿毒癥心肌損傷

miRNA的表達以及功能調(diào)控可以通過LncRNA對miRNA的海綿吸附效應實現(xiàn)。體內(nèi)、體外實驗發(fā)現(xiàn)，膿毒癥心肌損傷發(fā)生后，LncRNA CYTOR表達下調(diào)，miRNA-24表達上調(diào)，通過生物信息學分析發(fā)現(xiàn)，LncRNA可與miRNA-24相互作用，并負調(diào)控其表達水平，而miRNA-24可以通過靶向抑制XIAP加重膿毒癥心肌損傷，因此，LncRNA通過調(diào)控miRNA水平參與到膿毒癥心肌損傷過程[15]。更有研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA KCNQ1OT1通過調(diào)控miRNA-192-5p/XIAP軸減輕膿毒癥誘導的心肌損傷[16]。同時LncRNA NEAT1通過抑制miRNA-144-3p促進膿毒癥心肌損傷[17]。

LncRNA XIST通過調(diào)控miRNA150-5p/c-Fos/TXNIP軸促進心肌細胞焦亡，參與膿毒癥誘導的心肌損傷過程[18]。更有研究發(fā)現(xiàn)，以LPS刺激H9C2心肌細胞后，LncRNA ZFAS1表達下調(diào)，通過雙熒光素酶實驗發(fā)現(xiàn)LncRNA ZFAS1通過解除miRNA-34b-5p對SIRT1的抑制作用，減輕心肌細胞凋亡，緩解膿毒血癥誘導的心肌損傷[19]。與此同時，LncRNA H19作為心血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中極為重要的一類LncRNA，也被發(fā)現(xiàn)可以通過誘導miRNA-93-5p/精氨酸結合蛋白2(Sorbin and SH3 Domain Containing 2，SORBS2)軸減輕膿毒癥心肌損傷程度[20]。同時，LncRNA H19還被發(fā)現(xiàn)可以通過抑制miRNA-874促進水通道蛋白1(Aquaporin1，AQP1)的表達，減輕心肌組織炎癥水平，緩解膿毒癥誘導的心肌損傷[21]。在膿毒癥心肌損傷過程中，LncRNA PVT1通過靶向抑制miRNA-29a，導致miRNA-29a對HMGB1表達的靶向干擾過程被阻斷，HMGB1表達上調(diào)，促進巨噬細胞向M1型轉(zhuǎn)化，加重膿毒癥心肌損傷[22]。更有研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA MALAT1在膿毒癥心肌損傷動物和細胞模型中表達上升，且通過抑制miRNA-26a-5p對鈣加壓素2(Calcipressin-2，RCAN2)的抑制作用加速膿毒癥心肌損傷[23]?？梢?，LncRNA對膿毒癥心肌損傷的發(fā)生發(fā)展具有重要作用，而miRNA是LncRNA調(diào)控膿毒癥心肌損傷的關鍵中間節(jié)點。

2.2 中藥單體及復方通過調(diào)控miRNA表達參與膿毒癥心肌損傷

中藥單體以及相關中藥復方在抗炎，抗氧化應激等方面具有較明顯的效果。研究發(fā)現(xiàn)，金絲桃柑是一類黃酮類化合物，具有較強的抗炎作用，其可通過抑制miRNA-21在心肌組織中的表達，減輕炎癥水平，調(diào)節(jié)心肌細胞活力，減輕膿毒癥誘導的心肌損傷[24]。同時，苦參堿通過抑制LncRNA PTENP1上調(diào)miRNA-106b-5p的表達，緩解心肌細胞凋亡，保護心臟正常功能，緩解由膿毒癥所致心肌功能不全[25]。也有研究發(fā)現(xiàn)，中藥復方升降散可通過上調(diào)miRNA146a的表達靶向抑制TLR-4/NF-κB信號通路的激活，通過降低機體炎癥反應，減輕膿毒癥誘導的大鼠心肌損傷[26]?？梢?，miRNA在中藥單體及中藥復方對治療膿毒癥心肌損傷的治療上，可能發(fā)揮核心調(diào)控作用。

2.3 miRNA作為細胞間相互作用的關鍵節(jié)點參與膿毒癥心肌損傷

細胞的交互作用在膿毒癥心肌損傷中也發(fā)揮了多重影響。有研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠膿毒癥心肌損傷模型中，M2型巨噬細胞來源的外泌體中miRNA-24-3p含量降低，而miRNA-24-3p在進入心肌細胞后可通過抑制腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(TNF Related Apoptosis Inducing Ligand，Tnfsf10)表達，減輕膿毒癥誘導的心肌損傷[27]。骨髓間充質(zhì)干細胞衍生的外泌體，在到達心肌組織后，主要通過誘導心肌組織內(nèi)miRNA-141表達上調(diào)，抑制PTEN表達，增強β-Catenin的活性進而減輕心肌組織在膿毒血癥過程中的損傷程度[28]。內(nèi)皮細胞在維持心臟的供血與營養(yǎng)之中必不可少，研究發(fā)現(xiàn)，大鼠內(nèi)皮細胞以LPS處理后，通過超高速離心從細胞培養(yǎng)基中分離出外泌體，測序分析發(fā)現(xiàn)，miR-221-3p、miR-222-3p、miR-221-5p、miR-155-5p、miR-1247-3p、mir-129- 5p、miR-148a-5p 和 miR-222-5p表達發(fā)生顯著變化，并可能通過影響 Bcl-2同源拮抗蛋白(Bcl 2 Homologous Antagonist Killer，BAK1)、P53 和 PTEN 的表達變化，減輕膿毒癥心肌損傷[29]。內(nèi)皮祖細胞衍生的細胞外囊泡中miRNA-375-3p表達含量顯著上升，miRNA-375-3p通過抑制Bromodomain結構域結合蛋白4(Bromodomain Containing Protein 4，BRD4)激活PI3K/AKT通路，抑制心肌組織氧化應激水平，炎癥反應水平以及心肌細胞凋亡，改善膿毒癥誘導的心肌損傷[30]。

3 miRNA在膿毒癥心肌損傷臨床診斷中的應用

膿毒性心肌損傷缺乏與其它心肌損傷有效鑒別的臨床指標，miRNA也可在機體循環(huán)系統(tǒng)中穩(wěn)定存在并發(fā)揮作用，因此，部分研究者嘗試尋求膿毒癥心肌損傷患者血清中篩選出特異性變化的miRNA。有研究者發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥心肌損傷患者血清中miRNA-155-5p及miRNA-133a-3p較對照組顯著升高，且通過ROC曲線分析可見，miRNA-155-5p及miRNA-133a-3p對膿毒癥心肌損傷靈敏度高，特異性強，對膿毒癥心肌損傷有著較高的診斷價值[31]。小兒膿毒癥心肌損傷是導致患兒死亡的重要因素之一，但是部分患兒膿毒癥心肌損傷的臨床癥狀表現(xiàn)并不明確，而cTnI、NT-proBNP、CK-MB對小兒膿毒癥心肌損傷的診斷存在一定的局限性。通過將患兒血清內(nèi)miRNA-497含量與心肌損傷相關血清學指標比較發(fā)現(xiàn)，miRNA-497含量與cTnI在心肌損傷后血漿含量相關性強，對于診斷膿毒癥心肌損傷的靈敏度及特異度與cTnI類似，其可能作為小兒膿毒癥心肌損傷的血清學特異性診斷標志物，cTnI與miRNA-497聯(lián)合檢測可進一步提高膿毒癥心肌損傷的準確性[32]。同時，研究也表明，miRNA-328可能是膿毒癥心肌損傷的診斷標志物，其ROC曲線的AUC為0.926，敏感性為87.6%，特異性為86.36%[33]。可見，探索miRNA在膿毒癥心肌損傷患者血漿中的表達變化，并將其應用于膿毒癥心肌損傷的早期診斷，有著較強的臨床應用潛力。

4 總結與展望

自1993年miRNA被發(fā)現(xiàn)以來，關于miRNA的研究一直是當前的熱點與難點問題。對這些單鏈RNA的研究有助于提升人們對細胞病理生理和分子機制的理解。越來越多的研究表明，miRNA在膿毒癥心肌損傷中發(fā)揮了重要作用，包括對炎癥、凋亡、氧化應激等多方面的調(diào)控作用，參與了膿毒癥心肌損傷疾病的進展。雖然目前關于miRNA在膿毒癥心肌損傷中的作用還存在爭議，但有多項動物實驗結果表明部分miRNA能夠作用于膿毒癥心肌損傷的治療靶點，研發(fā)針對特定miRNA的替代或者抑制藥物可能對治療膿毒癥心肌損傷，改善膿毒癥患者預后有重要意義。

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