miRNA作為膿毒癥及其并發(fā)癥生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

秦曉夢，任國慶

(1.江蘇大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212001； 2.江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院急診科，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

膿毒癥3.0是指嚴(yán)重感染因素引起的機體過度反應(yīng)，導(dǎo)致(危及生命的)器官功能障礙和(或)循環(huán)衰竭，是嚴(yán)重創(chuàng)傷、燒傷、休克、感染、大手術(shù)等常見的并發(fā)癥。在充足的液體復(fù)蘇基礎(chǔ)上仍伴有無法糾正的持續(xù)性低血壓即為膿毒性休克[1-2]。在發(fā)達(dá)國家，膿毒癥導(dǎo)致的死亡率高達(dá)27%～36%[3]。目前認(rèn)為，膿毒癥導(dǎo)致器官功能障礙的主要作用機制是血流動力學(xué)持續(xù)異常改變所致的組織灌注障礙與細(xì)胞能量代謝異常[4-5]。目前臨床上膿毒癥有診斷延誤和預(yù)后差的特點，因此仍是一種致死性疾病。許多生物標(biāo)志物(如C反應(yīng)蛋白、降鈣素原)在膿毒癥患者中的臨床應(yīng)用已被報道，并能提高膿毒癥的診治水平[6]。但由于膿毒癥的臨床特征復(fù)雜，同時一些生物標(biāo)志物的敏感性和特異性不高，其早期診治仍較困難。微RNA(microRNA，miRNA)在炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，近年來已被證明是膿毒癥的一個潛在生物標(biāo)志物[7]。現(xiàn)就miRNA在膿毒癥及其并發(fā)癥中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以探討miRNA作為膿毒癥臨床診療標(biāo)志物的可能性。

1 miRNA的特性

miRNA是一類由內(nèi)源基因編碼的單鏈小RNA分子，長度約22個核苷酸，不被翻譯成蛋白質(zhì)，但參與蛋白質(zhì)翻譯過程。從第一個miRNA被發(fā)現(xiàn)距今已有近30年[8]。目前人類基因組中有近3 000個miRNA。膿毒癥時，機體內(nèi)的miRNA水平發(fā)生變化，既可以促進(jìn)炎癥因子釋放引起炎癥反應(yīng)，又可以抑制炎癥因子表達(dá)，同時可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡進(jìn)而抑制免疫系統(tǒng)。miRNA和信使RNA(messenger RNA，mRNA)(miRNA:mRNA)在靶mRNA的3′非翻譯區(qū)相互作用[9]。但miRNA也可以結(jié)合到其他的mRNA結(jié)構(gòu)域。每個miRNA可以調(diào)控多個基因靶點，多個miRNA可能針對同一蛋白編碼mRNA，因此，miRNA也可以在靶向mRNA翻譯的抑制和激活之間切換[10]。

miRNA具有3個主要特征：時間與空間的特異性、高選擇性、結(jié)構(gòu)與序列的保守性，使其成為醫(yī)學(xué)臨床診斷的理想生物標(biāo)志物。與其他生物標(biāo)志物相比，miRNA在循環(huán)中保持穩(wěn)定，具有高度保守性。miRNA與不同RNA結(jié)合蛋白和脂蛋白復(fù)合物的聯(lián)系使其能夠抵抗RNA酶、溫度的劇烈變化、反復(fù)凍結(jié)和融化以及pH值的變化。體液中miRNA的存在是多種機制作用的結(jié)果：細(xì)胞凋亡或壞死后從細(xì)胞碎片中釋放miRNA[11]，微囊(包括外泌體)的主動脫落，蛋白結(jié)合物的分泌[12]。由于miRNA分子量相對較小和缺乏轉(zhuǎn)錄后處理，推測miRNA可能是膿毒癥中可靠的預(yù)后和靶向生物標(biāo)志物。miRNA存在于細(xì)胞內(nèi)外，細(xì)胞外的miRNA被稱為循環(huán)miRNA。而這些細(xì)胞外miRNA具有高度保守性和特異性，普遍存在于一些體液中，成為容易獲取的生物樣本[13]。miRNA最早被用于腫瘤的診斷，近年來有研究發(fā)現(xiàn)miRNA可用于其他疾病的診治，如心腦血管疾病等[14]。Lin等[15]發(fā)現(xiàn)了5個miRNA(miR-199b-3p、miR-1975、miR-15b、miR-199b-3p和miR-421)可以作為肝癌診斷的生物標(biāo)志物。Alieva等[16]報道了5個 miRNA(miR-7、miR-9-5p、miR-9-3p、miR-129和miR-132)可以作為非侵入手段來診斷帕金森病。Jansen等[17]在冠心病患者中發(fā)現(xiàn)了一些異常表達(dá)的miRNA，如miR-126、miR-222、miR-21、miR-20a、miR-27a、miR-92a、miR-130、miR-199a、miR-217、miR-9na-2a、miR-21、miR-2a。其中miR-126、miR-199a的表達(dá)水平較高。上述研究為miRNA作為膿毒癥生物標(biāo)志物奠定了一定的基礎(chǔ)。

2 miRNA作為膿毒癥的生物標(biāo)志物

miRNA的表達(dá)與膿毒癥的診斷和預(yù)后密切相關(guān)。膿毒癥的臨床表現(xiàn)主要是免疫系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，包括促炎級聯(lián)的激活和代償性抗炎反應(yīng)，最終導(dǎo)致器官衰竭和死亡。炎癥期的主要特征是白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、IL-8和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等促炎因子的增加；而相比之下，代償性抗炎反應(yīng)綜合征是免疫癱瘓的特征，包括IL-4、IL-10、IL-13、轉(zhuǎn)化生長因子、粒細(xì)胞集落刺激因子和粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子、可溶性TNF受體和IL-1受體拮抗劑的產(chǎn)生。TNF是炎癥過程中的中心因子，也是公認(rèn)的炎癥性疾病的藥物靶點，Puimège等[18]在動物實驗中證實,miR-511抑制內(nèi)毒素血癥，糖皮質(zhì)激素的抗炎作用部分通過誘導(dǎo)miRNA介導(dǎo)，導(dǎo)致TNF受體1蛋白表達(dá)減少。miR-30a在脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥中通過靶向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1抑制人單核細(xì)胞MD-2的表達(dá)[19]。

在膿毒癥的診斷中，miR-25的準(zhǔn)確性高于C反應(yīng)蛋白和降鈣素原[20]，miR-25水平可能與膿毒癥患者的氧化應(yīng)激有關(guān)，有望成為抗氧化治療的靶點。同時有研究發(fā)現(xiàn)miR-223與膿毒癥的嚴(yán)重程度和炎癥標(biāo)志物水平相關(guān)，可能成為膿毒癥診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物之一[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-146表達(dá)水平與膿毒癥患者28 d轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)[22]。Huang等[23]推測了一些新的、可靠的miRNA(如miR-7b、miR-15b、miR-16、miR-210、miR-324-3p、miR-484、miR-486-5p、miR-340、miR-324-3p)可作為膿毒癥診療的生物標(biāo)志物。Wang等[24]發(fā)現(xiàn)，miR-122、miR-193b、miR-483-5p、miR-574-5p與膿毒癥相關(guān)，且miR-122與28 d死亡率相關(guān)。以上研究表明，miRNA不僅可作為膿毒癥診斷的新型生物標(biāo)志物，還可參與膿毒癥的治療。

3 miRNA作為膿毒癥導(dǎo)致器官功能障礙的生物標(biāo)志物

3.1心功能障礙 膿毒癥引起的心功能障礙反映在射血分?jǐn)?shù)降低和舒張末期容積升高，其機制尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥與免疫調(diào)節(jié)機制的相互作用可加劇膿毒癥相關(guān)心功能障礙的進(jìn)程，但目前尚無特效藥物能預(yù)防膿毒癥引起的心功能障礙[25]。膿毒癥及膿毒癥休克患者中大約有一半存在循環(huán)衰竭。miRNA通過調(diào)控線粒體功能參與心肌缺血再灌注損傷。近年來miR-200家族在心血管疾病中的作用引起廣泛關(guān)注，其成員包括miR-200c、miR-141、miR-200a、miR-200b、miR-429。某些miRNA在健康心臟組織中高表達(dá)，如miR-1、miR-16、miR-27b、miR-30d、miR-126、miR-133、miR-143，因此可能發(fā)揮維持正常心臟功能的作用[26]，而其他miRNA則與炎癥和心血管疾病相關(guān)[27]。有研究表明，miRNA在膿毒癥引起的心功能不全中發(fā)揮重要作用，如Wang等[28]證明miR-233抑制可導(dǎo)致膿毒癥引起的炎癥、心肌功能障礙加重，死亡率升高。同時有研究證明了抑制miR-155對膿毒癥導(dǎo)致的心功能障礙具有保護(hù)作用[29]。He等[30]建立了異丙腎上腺素誘導(dǎo)的小鼠心力衰竭模型，發(fā)現(xiàn)miR-1a-3p通過增強線粒體編碼的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸脫氫酶1和線粒體編碼的細(xì)胞色素C氧化酶Ⅰ，可以緩解小鼠的心力衰竭。蔡華忠等[31]發(fā)現(xiàn)血清miR-155-5p和miR-133a-3p在膿毒癥心肌損傷中的表達(dá)增高，且其特異性與敏感性均高于血清腦鈉肽和肌鈣蛋白。Gao等[32]報道了miR-146a通過靶向IL-1受體關(guān)聯(lián)激酶和TNF受體相關(guān)因子6抑制心肌細(xì)胞和炎性單核細(xì)胞中核因子κB的激活、炎癥細(xì)胞浸潤和炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，進(jìn)而減輕膿毒癥導(dǎo)致的心力衰竭癥狀。Jia等[33]證明抑癌基因性別決定區(qū)域Y框6和程序性細(xì)胞死亡因子4是miR-499的靶基因，它們通過激活Bcl-2家族途徑促進(jìn)脂多糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡。而心肌保護(hù)劑miR-499可抑制過表達(dá)抑癌基因性別決定區(qū)域Y框6和程序性細(xì)胞死亡因子4促進(jìn)細(xì)胞凋亡的過程。因此，上述miRNA可能成為膿毒癥新的生物標(biāo)志物。但之前的研究中入組標(biāo)準(zhǔn)仍是按照膿毒癥1.0或2.0診斷標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在需要依據(jù)膿毒癥3.0診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大量的研究[34]。

3.2肝功能障礙 肝功能障礙在膿毒癥患者中較常見。肝臟具有儲藏糖原、調(diào)節(jié)代謝、解毒、造血和凝血等作用。急性肝損傷可發(fā)生在膿毒癥的各個階段，而其診斷標(biāo)準(zhǔn)目前尚不明確，臨床上膿毒性休克急性肝損傷死亡率居高不下。膿毒癥時動脈壓降低與靜脈壓升高，導(dǎo)致肝血流量減少，微血栓的形成進(jìn)一步加重肝損傷[35]。miR-125參與炎癥、免疫反應(yīng)、肝臟損傷等病理生理過程[36]。急性肝損傷嚴(yán)重影響膿毒癥的預(yù)后，被認(rèn)為是膿毒癥死亡率的獨立危險因素[37]，而改善肝損傷或肝衰竭可以明顯降低膿毒癥的死亡率。Roderburg等[38]對小鼠肝缺血再灌注損傷后血清miR-122水平及肝臟miR-122表達(dá)進(jìn)行分析，將這些數(shù)據(jù)與小鼠盲腸結(jié)扎穿刺術(shù)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同時分析了223例危重病患者和57例肝硬化患者的血清miR-122水平。結(jié)果顯示，在小鼠和人中miR-122是一個獨立、有效的肝損傷和肝細(xì)胞死亡的標(biāo)志物，而與潛在的疾病無關(guān)。Yang等[39]構(gòu)建小鼠膿毒癥模型，發(fā)現(xiàn)miR-155拮抗劑可減輕miR-155和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶水平。有研究報道，miR-124可能參與丙型肝炎的發(fā)生發(fā)展過程[40]。綜上所述，miR-125、miR-122、miR-155、miR-124均對膿毒癥肝功能障礙有預(yù)測價值。

3.3腎功能障礙 膿毒癥占所有急性腎損傷病例的50%以上，膿毒癥合并急性腎損傷增加了單純膿毒癥的死亡風(fēng)險。盡管膿毒癥合并急性腎損傷患者接受了血液透析治療，但病死率仍居高不下。膿毒癥導(dǎo)致急性腎損傷的具體機制尚未完全闡明，主要涉及血流動力學(xué)、微循環(huán)、炎癥及免疫機制、腎小管上皮細(xì)胞的適應(yīng)性機制等[41-42]。目前，膿毒癥致急性腎損傷的病情評估主要依靠炎癥標(biāo)志物(降鈣素原)以及腎功能指標(biāo)(血尿素氮、血肌酐)，但降鈣素原、尿素氮、肌酐對患者早期診斷的預(yù)測價值有限。當(dāng)肌酐開始升高時腎小球濾過率通常增加50%以上，具有明顯的滯后性，難以發(fā)現(xiàn)腎損傷[43]。Jia等[44]證實通過激活miR-21目標(biāo)信號通路，可以防止脂多糖引起的急性腎損傷。Colbert等[45]構(gòu)建小鼠膿毒癥模型，敲除miR-223發(fā)現(xiàn)，miR-223與急性腎損傷有關(guān)。缺乏miR-223時，小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的急性腎損傷，而在未敲除miR-223的膿毒癥感染小鼠中，急性腎損傷減弱。但其敏感性、特異性與傳統(tǒng)感染生物標(biāo)志物相比無明顯優(yōu)勢。Li等[46]研究結(jié)果表明，miR-204/miR-211下調(diào)部分地解釋了h6家族同源盒1上調(diào)的原因，miR-204/miR-211-h6家族同源盒1信號軸可能參與宿主的免疫抑制，從而導(dǎo)致念珠菌引起的腎功能不全。有研究在動物實驗的腎組織細(xì)胞中檢測到高甲基化的miR-203，可以誘導(dǎo)腎細(xì)胞凋亡和壞死，螺內(nèi)酯處理可降低miR-203的表達(dá)，減少腎細(xì)胞凋亡[47]。但以上研究中，腎臟替代治療可能會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4肺功能障礙 急性肺損傷(acute lung injury，ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)在膿毒癥導(dǎo)致的器官功能障礙中較為常見，膿毒癥引起的急性肺損傷可損傷肺泡上皮細(xì)胞及毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致彌漫性肺間質(zhì)和肺泡水腫，造成急性低氧性呼吸功能不全，其發(fā)展至嚴(yán)重階段可導(dǎo)致ARDS，早期識別可能出現(xiàn)的ARDS對膿毒癥診治至關(guān)重要。目前膿毒癥引起的ALI/ARDS仍缺乏特異性生物標(biāo)志物，膿毒癥相關(guān)ARDS不同于非膿毒癥相關(guān)ARDS，兩者的臨床特點、預(yù)后以及炎癥因子等生物標(biāo)志物水平具有明顯差異。有研究顯示，miRNA在膿毒癥誘導(dǎo)的肺損傷中具有潛在作用，Ying等[48]發(fā)現(xiàn)miR-127可靶向B細(xì)胞淋巴瘤6并顯著下調(diào)雙特異性磷酸酶1的表達(dá)，進(jìn)而增強c-Jun氨基端激酶，從而促進(jìn)促炎巨噬細(xì)胞的發(fā)育。有研究報道，miR-802通過下調(diào)pellino E3泛素蛋白連接酶家族成員2對脂多糖誘導(dǎo)的ALI具有保護(hù)作用，miR-802/pellino E3泛素蛋白連接酶家族成員2軸可作為ARDS的干預(yù)靶點[49]。Liu等[50]通過核因子κB依賴性上調(diào)miR-200c-3p來降低血管緊張素Ⅱ水平，導(dǎo)致血管緊張素Ⅱ水平升高，進(jìn)而導(dǎo)致肺損傷，從而確定了病毒性和細(xì)菌性肺部感染誘發(fā)ALI/ARDS的共同機制。Liu等[51]采用大鼠腹腔注射脂多糖誘導(dǎo)ARDS，檢測發(fā)現(xiàn)3、6、12 h膿毒癥大鼠血清和肺組織中的miR-23a-5p具有不同程度的升高，表明miR-23a-5p可作為早期ARDS的潛在生物標(biāo)志物。一項研究表明，miR-490通過靶向多藥耐藥相關(guān)蛋白4可以減輕膿毒癥新生小鼠ALI[52]。Qiu等[53]研究顯示，長鏈非編碼RNA?；撬嵘险{(diào)基因1通過靶向miR-34b-5p和?；撬嵘险{(diào)基因1，參與炎癥和細(xì)胞凋亡過程，從而減輕膿毒癥。上述研究可能成為膿毒癥并發(fā)肺損傷診療的新方法。

3.5凝血功能障礙 膿毒癥時可以發(fā)生嚴(yán)重的凝血功能障礙，凝血功能障礙與嚴(yán)重膿毒癥的死亡率有關(guān)。膿毒癥導(dǎo)致凝血障礙的機制復(fù)雜多樣，主要原因是微血管內(nèi)皮損傷。膿毒癥凝血功能障礙主要是指血小板減少，引起血小板減少的機制可能有以下幾點：細(xì)菌、病毒等產(chǎn)生的毒素抑制骨髓，導(dǎo)致骨髓造血功能減弱，血小板生成減少；血小板破壞和消耗增加，如彌散性血管內(nèi)凝血和免疫相關(guān)機制；血液稀釋、出血[54]。一項試驗檢測發(fā)現(xiàn)重癥膿毒癥血小板減少患者血漿IL-18和miRNA表達(dá)水平升高，miR-130a表達(dá)降低，提示IL-18和miR-130a可能參與重癥膿毒癥血小板減少的病理生理過程[55]。此外，Wang等[56]通過檢測膿毒癥患者的miR-223、miR-15a、miR-16、miR-122、miR-193b及miR-483-5p發(fā)現(xiàn)，只有miR-122在凝血異常患者中顯著高于凝血正?；颊?，且血清miR-122水平與活化部分凝血活酶時間、纖維蛋白原和抗凝血酶Ⅲ水平相關(guān)。但上述miRNA影響凝血功能的機制目前尚不明確。關(guān)于miRNA作為膿毒癥生物標(biāo)志物的研究大部分樣本量較小，且無統(tǒng)一的測量標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步提高其檢驗標(biāo)準(zhǔn)化。

4 小 結(jié)

越來越多的研究結(jié)果支持miRNA在膿毒癥中的重要作用，表明其在宿主免疫應(yīng)答和炎性疾病發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。一些miRNAs已被證實在膿毒癥患者中異常表達(dá)，如miR-150、miR-122、miR-25可能作為膿毒癥早期診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物。在膿毒癥或由手術(shù)創(chuàng)傷引發(fā)的免疫抑制過程中，潛伏的亞臨床病毒通過干擾正常的免疫反應(yīng)途徑被重新激活，從而導(dǎo)致膿毒癥的死亡率和發(fā)病率增加，但需要更大樣本量的研究進(jìn)行驗證。