微小RNA與膿毒癥發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

張 杰， 李小悅， 陳建平， 韓 靜

遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科，廣東 珠海 519100

膿毒癥是因感染所致的機(jī)體炎癥反應(yīng)失調(diào)而引起危及生命的器官功能障礙[1-2]。膿毒癥嚴(yán)重時(shí)可并發(fā)多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，是危重癥患者主要死亡原因之一。膿毒癥的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，病死率為22%～55%[3-4]。膿毒癥發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，是多種因素相互作用的結(jié)果，主要包括腸道細(xì)菌/內(nèi)毒素移位、受體與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、炎癥平衡失調(diào)與免疫麻痹、凝血功能障礙等。多種細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)抑制劑在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中取得一定進(jìn)展，但其臨床應(yīng)用的療效仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。研究報(bào)道，微小RNA(microRNA，miRNA)可通過(guò)調(diào)控膿毒癥患者炎癥反應(yīng)參與多器官功能損害，在膿毒癥發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用[5-7]。了解miRNA對(duì)膿毒癥的精細(xì)調(diào)控機(jī)制，有助于診斷膿毒癥及研制特效的靶向藥物，改善患者預(yù)后。本研究對(duì)miRNA與膿毒癥發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展作一綜述，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 miRNA結(jié)構(gòu)與功能

1993年，Lee等[8]在秀麗新小桿線蟲(chóng)中首次發(fā)現(xiàn)miRNA，命名為“miRNA-lin-4”。miRNA是由19～25個(gè)核苷酸組成的內(nèi)源性非編碼RNA分子，由細(xì)胞核內(nèi)RNA聚合酶-2作用于基因轉(zhuǎn)錄和經(jīng)轉(zhuǎn)錄后加工修飾而來(lái)，在細(xì)胞質(zhì)中合成，主要以微囊泡形式進(jìn)入循環(huán)。miRNA主要存在于細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞外多種體液(如血液)中同樣存在，稱為循環(huán)miRNA。細(xì)胞外miRNA具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高穩(wěn)定性和特異性等優(yōu)點(diǎn)，且可被快速檢測(cè)，因此，miRNA有望作為診斷膿毒癥的生物標(biāo)志物[9-10]。miRNA功能主要是通過(guò)識(shí)別靶mRNA的3′非轉(zhuǎn)錄區(qū)并與之結(jié)合，引導(dǎo)沉默復(fù)合體降解mRNA或阻礙其翻譯，影響蛋白質(zhì)表達(dá)[11-12]。一種miRNA可調(diào)節(jié)數(shù)百種mRNA，具有多種功能，而幾個(gè)miRNA也可共同調(diào)節(jié)一種mRNA。

2 miRNA與膿毒癥

膿毒癥是機(jī)體與病原體相互“反應(yīng)”的結(jié)果。當(dāng)病原體侵入機(jī)體時(shí)，機(jī)體固有的免疫系統(tǒng)對(duì)病原體或其釋放成分產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致多種炎癥細(xì)胞激活，大量促炎因子和炎癥介質(zhì)被釋放，這些炎癥因子會(huì)通過(guò)自身的正反饋?zhàn)饔卯a(chǎn)生級(jí)聯(lián)瀑布效應(yīng)，引起機(jī)體過(guò)度炎癥反應(yīng)。機(jī)體內(nèi)抗炎因子也會(huì)代償性升高，此時(shí)，機(jī)體促炎、抗炎反應(yīng)同時(shí)存在，處于復(fù)雜的免疫狀態(tài)。能與上述病原體結(jié)合的受體被稱作“模式相關(guān)受體”，主要包括3類：Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)-C末端富含亮氨酸的重復(fù)序列和視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ解旋酶樣受體。當(dāng)病原體侵入機(jī)體，機(jī)體內(nèi)不同的TLRs對(duì)其識(shí)別，促進(jìn)白細(xì)胞介素6、核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)等促炎因子及白細(xì)胞介素10等抗炎因子的產(chǎn)生[13]。近些年，通過(guò)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和微陣列等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，多種miRNA在膿毒癥中表達(dá)失調(diào)，且部分miRNA可用于區(qū)分膿毒癥的感染類型、嚴(yán)重程度和預(yù)測(cè)預(yù)后。在膿毒癥的發(fā)病機(jī)制中，miRNA在適應(yīng)性和先天性免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)中都發(fā)揮重要作用。當(dāng)宿主處于膿毒癥狀態(tài)，機(jī)體免疫系統(tǒng)既受到免疫抑制，又處于加劇的促炎狀態(tài)[14]。在促炎狀態(tài)下，miRNA調(diào)控機(jī)體內(nèi)許多炎癥因子過(guò)度表達(dá)。miRNA可在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上控制腫瘤壞死因子α產(chǎn)生。Cao等[15]研究報(bào)道，miRNA-181上調(diào)增強(qiáng)了腫瘤壞死因子α基因的降解。Zhou等[16]研究報(bào)道，膿毒癥患者miRNA-146a下調(diào)與白細(xì)胞介素6濃度升高相關(guān)。miRNA可通過(guò)靶向TLR信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體炎癥反應(yīng)[17]。刺激TLRs可誘導(dǎo)NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶途徑的激活，導(dǎo)致膿毒癥發(fā)展過(guò)程中巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子[18]。TLRs存在多種亞型，這些受體在不同刺激下發(fā)揮不同生理功能，并定位于細(xì)胞內(nèi)不同位置，如TLR4存在于細(xì)胞表面，而TLR3位于細(xì)胞內(nèi)囊泡膜[19]。具有革蘭氏陰性菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)激動(dòng)劑的TLR4是膿毒癥中最具特征性的受體之一。TLR4在識(shí)別LPS后，開(kāi)始招募髓系分化主要反應(yīng)蛋白88(myeloid differentiation primary response 88，MyD88)，隨后MyD88招募白細(xì)胞介素1R相關(guān)激酶(interleukin-1 receptor associated kinase，IRAK)4、IRAK1、IRAK2激活和泛素化腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6。由于隨后轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β激活激酶1(transformgrowth factor-β-activated kinase 1，TAK1)結(jié)合蛋白2的泛素化，TAK1被激活。這導(dǎo)致NF-κB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKK)復(fù)合物的抑制劑被激活，NF-κB基本調(diào)節(jié)劑被磷酸化，從而釋放含有p50和p65的NF-κB轉(zhuǎn)錄因子，轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，致使前炎癥基因轉(zhuǎn)錄，如白細(xì)胞介素6和腫瘤壞死因子α[20]。同時(shí)，MyD88非依賴的TLR4信號(hào)也在感染引起Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生時(shí)被誘導(dǎo)，這一途徑也受到miRNA的廣泛調(diào)控[21-22]。有研究報(bào)道，miRNA-155、miRNA-125和miRNA-146a被發(fā)現(xiàn)在TLR/NF-κB誘導(dǎo)的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的負(fù)性調(diào)節(jié)和天然免疫中起重要作用[23-24]。miRNA-146a直接調(diào)控腫瘤壞死因子受體相關(guān)分子-6(tumor necrosis factor receptor associated factor-6，TRAF6)和白細(xì)胞介素1受體相關(guān)激酶-1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)的表達(dá)，這兩個(gè)分子是TLR信號(hào)通路中的關(guān)鍵適配分子[25]。此外，miRNA-146a在體外單核細(xì)胞的內(nèi)毒素耐受中也起重要作用[26]。研究發(fā)現(xiàn)，MyD88蛋白表達(dá)受miRNA-200b和miRNA-200c的影響[27]。TLR4介導(dǎo)的NF-κB活化可導(dǎo)致腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素6等促炎細(xì)胞因子的過(guò)度產(chǎn)生，而這些細(xì)胞因子的表達(dá)也是miRNA的直接靶點(diǎn)。miRNA-579、miRNA-221和miRNA-125在LPS耐受過(guò)程中對(duì)腫瘤壞死因子α具有抑制作用[28]。在TLR4信號(hào)調(diào)節(jié)因子中，阻斷NF-κB轉(zhuǎn)位的乙酰膽堿酯酶受miRNA-132調(diào)控，翻譯抑制劑程序性細(xì)胞死亡因子4(programmed cell death factor 4，PDCD4)受miRNA-21調(diào)控[29-30]。

3 miRNA與膿毒癥多器官功能損害

3.1 膿毒癥相關(guān)肝損傷 急性肝損傷是膿毒癥常見(jiàn)并發(fā)癥，可發(fā)生在膿毒癥各個(gè)階段，嚴(yán)重可導(dǎo)致肝衰竭。膿毒癥肝損傷主要受損的是肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞和庫(kù)普弗細(xì)胞。膿毒癥時(shí)，內(nèi)毒素作用于庫(kù)普弗細(xì)胞表面相關(guān)受體，活化以TLR通路為主的信號(hào)傳導(dǎo)通路，激活細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄炎癥因子，釋放以腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素1、白細(xì)胞介素6為主的促炎因子及以白細(xì)胞介素10為主的抗炎因子，形成早期炎癥反應(yīng)風(fēng)暴及后期免疫抑制。miRNA-155在膿毒癥肝損傷時(shí)表達(dá)水平增高，可能是通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)固有免疫。用不同病原體及其產(chǎn)物刺激巨噬細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，TLR可被激活，其下游的NF-κB、MyD88等信號(hào)通路活化，使miRNA-155表達(dá)上調(diào)，miRNA-155表達(dá)上調(diào)后可通過(guò)抑制IRAK1及TRAF6負(fù)向調(diào)節(jié)TLR-NF-κB信號(hào)通路[31]。在TLR信號(hào)通路調(diào)節(jié)中，腱糖蛋白C為內(nèi)源性TLR調(diào)節(jié)蛋白，在巨噬細(xì)胞內(nèi)TLR4活化后調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子α的產(chǎn)生。有研究證明，腱糖蛋白C通過(guò)miRNA-155發(fā)揮調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子α的作用[32]。miRNA-155可通過(guò)多水平作用于病原模式識(shí)別受體相關(guān)信號(hào)通路，從而調(diào)節(jié)膿毒癥相關(guān)肝損傷，可能成為評(píng)估膿毒癥相關(guān)肝損傷的生物標(biāo)志物。

3.2 膿毒癥相關(guān)腎損傷 急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)也是膿毒癥常見(jiàn)并發(fā)癥之一，是影響急危重癥患者預(yù)后的重要因素。有研究報(bào)道，AKI是危重癥患者常見(jiàn)并發(fā)癥，其中，50%的AKI與膿毒癥相關(guān)聯(lián)[33-34]。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA不僅參與腎正常發(fā)育，還通過(guò)細(xì)胞的粘附及凋亡、炎性細(xì)胞招募和靶向血管生成等途徑在AKI的細(xì)胞凋亡、炎性反應(yīng)、免疫應(yīng)答等方面起重要調(diào)控作用[35-36]。miRNA可能通過(guò)以下機(jī)制調(diào)控AKI。(1)炎性反應(yīng)機(jī)制。Amrouche等[37]發(fā)現(xiàn)，在單側(cè)腎缺血再灌注損傷小鼠模型中，miRNA-146a通過(guò)抑制白細(xì)胞介素1受體相關(guān)性激酶1及趨化因子(C-X-C基序)配體[Chemokine(C-X-C motif)ligand，CXCL]8/ CXCL1表達(dá)而保護(hù)腎功能，敲除miRNA-146a后，腎小管損傷、炎癥性浸潤(rùn)及腎纖維化均明顯加重。有研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥相關(guān)AKI患者血清中miRNA-142-3p的表達(dá)明顯增加[38]。這表明miRNA-142-3p可能也參與膿毒癥相關(guān)AKI，但具體作用機(jī)制尚未明確。(2)免疫應(yīng)答機(jī)制。miRNA-10a能調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞比例，是調(diào)控膿毒癥免疫應(yīng)答水平的關(guān)鍵因子之一，其異常表達(dá)與膿毒癥誘發(fā)AKI的免疫失衡程度存在相關(guān)性，這對(duì)于早期評(píng)估膿毒癥患者病情以及預(yù)后具有較好的特異性和敏感性[39]。Lin等[40]通過(guò)TaqMan低密度芯片對(duì)膿毒癥相關(guān)AKI患者血漿中的30種miRNA進(jìn)行分析，其中，miRNA-210和miRNA-494的高表達(dá)與患者血清肌酐和胱抑素C水平呈正相關(guān)，而與miRNA-205的低表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，這提示上述miRNA均有可能成為膿毒癥誘發(fā)AKI的早期診斷生物標(biāo)志物；研究證實(shí)，miRNA-205是膿毒癥誘發(fā)AKI的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，其表達(dá)下降與患者存活時(shí)間縮短有關(guān)。

3.3 膿毒癥相關(guān)心肌損傷 膿毒癥患者中，心肌損傷發(fā)生率較高，病死率高達(dá)70%～90%[41]。膿毒癥相關(guān)心肌損傷會(huì)引起心肌細(xì)胞受損，導(dǎo)致患者心臟收縮功能受限、射血分?jǐn)?shù)降低，其致病機(jī)制復(fù)雜，涉及炎癥因子、氧化應(yīng)激等。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-125b可通過(guò)靶向TRAF6介導(dǎo)的NF-κB途徑，顯著抑制細(xì)胞間粘附分子-1和血管細(xì)胞粘附分子-1表達(dá)，抵抗心肌組織中巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞聚集，降低血清腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素1β水平[42]。Wang等[43]研究報(bào)道，miRNA-27a可降低NF-κB p65蛋白的磷酸化水平和抑制其脫氧核糖核酸結(jié)合活力，調(diào)節(jié)過(guò)氧化物酶體增值劑激活受體γ水平，下調(diào)腫瘤壞死因子α表達(dá)，從而減輕膿毒癥小鼠炎癥反應(yīng)。miRNA-155通過(guò)抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信號(hào)通路，減少巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞進(jìn)入心肌組織，減輕炎癥反應(yīng)[44]。Wang等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在膿毒癥小鼠模型的心肌細(xì)胞中，miRNA-223水平下降，敲除miRNA-223后可使小鼠心肌細(xì)胞中白細(xì)胞介素6及轉(zhuǎn)錄激活因子3水平上調(diào)，miRNA-223缺失的膿毒癥小鼠心功能不全及炎性反應(yīng)更嚴(yán)重，病死率明顯升高。

4 結(jié)語(yǔ)

多種miRNA可通過(guò)調(diào)控膿毒癥患者炎癥反應(yīng)參與機(jī)體多器官功能損害，從而調(diào)控膿毒癥發(fā)生、發(fā)展。越來(lái)越多的專家和學(xué)者專注于研究miRNA對(duì)膿毒癥調(diào)控機(jī)制及其與多臟器功能障礙的關(guān)系，使得多種miRNA可能成為診斷膿毒癥的生物標(biāo)志物，為膿毒癥的診斷和預(yù)后評(píng)估提供新方向。然而，膿毒癥機(jī)制復(fù)雜，目前研究?jī)H限于免疫紊亂機(jī)制及信號(hào)通路，并未大規(guī)模開(kāi)展其他方向的研究。今后，仍需大量研究進(jìn)一步明確miRNA在膿毒癥中的病理生理機(jī)制，為膿毒癥基因水平、靶向藥物治療提供理論依據(jù)。