外泌體miRNA在膿毒癥中的研究進展

葉榮宗 綜述 鄧烈華 審校

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣東 湛江 524002

膿毒癥是由于宿主對感染的免疫反應(yīng)失調(diào)而發(fā)生的全身炎癥[1]，全球每年約有3 000萬人感染膿毒癥，導(dǎo)致600萬人死亡[2]。目前缺乏快速和可靠檢測方法，因此很難做出準確的診斷。這種不確定性可能導(dǎo)致延遲診斷或過度治療。外泌體是由多囊泡體與細胞膜融合形成的直徑為40～200 nm的細胞外囊泡，主要由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核苷酸等組成，可促進細胞間通訊[3]。膿毒癥期間釋放的外泌體的內(nèi)容物和功能發(fā)生改變，可導(dǎo)致多器官功能障礙。外泌體miRNA在膿毒癥細胞間信息傳遞中發(fā)揮重要作用，本文就外泌體miRNA在膿毒癥中研究進展綜述如下：

1 外泌體miRNA參與膿毒癥發(fā)病機制

1.1 外泌體miRNA與膿毒癥炎癥反應(yīng) 在膿毒癥的發(fā)病過程中，miRNA在調(diào)節(jié)適應(yīng)性和先天免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要作用[4]。一些miRNA，如miR-155、miR-125和miR-146a，在TLR/NF-κB誘導(dǎo)的炎癥級聯(lián)負調(diào)節(jié)和先天免疫中起著至關(guān)重要的作用[5]。為了協(xié)調(diào)免疫細胞的炎癥反應(yīng)，有效的細胞間通訊是必要的。YΙNG等[6]研究顯示，外泌體中的miRNA是導(dǎo)致生物效應(yīng)的主要原因。最近，有研究發(fā)現(xiàn)在膿毒性休克患者血漿來源外泌體miRNA可能通過炎癥和氧化應(yīng)激機制誘導(dǎo)血管凋亡和心肌功能障礙[7]。此外，外泌體miRNA可以通過調(diào)節(jié)不同信號通路中的靶蛋白來調(diào)節(jié)炎癥。miR-223直接靶向STAT3調(diào)節(jié)促炎細胞因子。另外，TLR/NF-κB刺激引發(fā)的ΙL-6可促進miR-223下調(diào)；ΙL-6可以形成促炎細胞因子產(chǎn)生的正調(diào)控環(huán)[8]。因此，當(dāng)從骨髓間充質(zhì)干細胞中提取miR-223的外泌體應(yīng)用于膿毒癥動物模型時，可下調(diào)膿毒癥靶基因的表達，抑制巨噬細胞的炎癥反應(yīng)。外泌體中均存在可調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的促炎和抗炎miRNA。ALEXANDER等[9]研究顯示，樹突細胞釋放含有miR-155和miR-146a的外泌體，這些外泌體可被其他受體樹突細胞吸收，從而重新編碼細胞對內(nèi)毒素的反應(yīng)。miR-155和miR-146a可以在體內(nèi)免疫細胞之間傳遞，外泌體miR-146a抑制小鼠內(nèi)毒素誘導(dǎo)的炎癥，而miR-155促進炎癥反應(yīng)。

1.2 外泌體miRNA與膿毒癥內(nèi)皮細胞功能障礙 內(nèi)皮細胞功能障礙是膿毒癥致死亡和器官功能障礙的重要原因[10]。既往有研究表明，外源性內(nèi)皮祖細胞(EPCs)在膿毒癥中具有保護作用，表現(xiàn)為血管滲漏減少、器官功能改善和提高生存率。ZHOU等[11]研究顯示，盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)(CLP)小鼠造模后予EPC外泌體輸注，可以改善膿毒癥小鼠的生存率，抑制肺和腎血管滲漏，減輕肝腎功能障礙。EPC外泌體可減弱膿毒癥誘導(dǎo)的血漿細胞因子和趨化因子水平的升高。此外，二代測序檢測EPC外泌體的miRNA含量，發(fā)現(xiàn)miR-126-3p和5p含量很豐富，并且miR-126-5p和3p分別抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的人微血管內(nèi)皮細胞(HMVECs)中高遷移率蛋白1(HMGB1)及血管細胞黏附分子1(VCAM-1)水平。證實了EPC外泌體通過傳遞miR-126預(yù)防微血管功能障礙并改善膿毒癥預(yù)后。

1.3 外泌體miRNA與多器官功能障礙 肺部是最容易發(fā)生全身炎癥的器官之一。因此，膿毒癥患者常伴有急性肺損傷或急性呼吸窘迫綜合征，這進一步增加了膿毒癥相關(guān)的死亡率[12]。在膿毒癥中，循環(huán)的炎癥介質(zhì)破壞肺泡-毛細血管屏障，引起肺水腫和肺損傷。注射LPS刺激小鼠血清來源外泌體增加了肺內(nèi)總巨噬細胞和M1巨噬細胞的數(shù)量以及TNF-α和ΙL-6的水平，這與miR-155的升高有關(guān)[13]。

膿毒癥相關(guān)急性腎損傷伴有多器官功能障礙，導(dǎo)致ΙCU高死亡率[14]。LPS誘導(dǎo)的AKΙ小鼠腎小管上皮細胞來源的外泌體miR-19b-3p通過體外抑制SOCS-1促進M1巨噬細胞活化，這與NF-κB的激活和MCP-1、ΙL-1β、ΙL-6、TNF-α和iNOS的上調(diào)有關(guān)，并誘導(dǎo)體內(nèi)MCP-1和ΙL-6的上調(diào)、巨噬細胞浸潤和腎小管間質(zhì)炎癥[15]。PAN等[16]研究顯示，肢體遠端缺血預(yù)處理(rΙPC)通過低氧誘導(dǎo)因子1α(HΙF-1α)依賴性上調(diào)miR-21，保護多菌性膿毒性小鼠免受多器官功能障礙、全身炎癥細胞因子和實質(zhì)細胞凋亡的影響。證實外泌體miR-21在肢體rΙPC對膿毒癥的腎保護作用發(fā)揮重要影響。

膿毒癥引起肝功能障礙，通常表現(xiàn)為膽紅素濃度增加和凝血酶原時間延長[17]。庫普弗細胞、中性粒細胞、肝細胞和肝竇內(nèi)皮細胞均參與膿毒癥的肝損傷[18]。外泌體miR-155是一種具有促炎活性，在LPS和/或TLR9受體小鼠肝臟中升高，提示其對肝功能障礙的作用[19]。外泌體也可導(dǎo)致膿毒癥后的慢性肝功能障礙，因為LPS激活的巨噬細胞的外泌體miR-103-3p靶向Kruppel樣因子4(KLF4)增加肝星狀細胞的α-SMA、TGF-β和Col1a1，這可能導(dǎo)致肝纖維化[20]。因此，外泌體分別通過誘導(dǎo)局部炎癥和重構(gòu)誘導(dǎo)膿毒癥患者急性和慢性肝功能障礙。

心肌功能障礙是膿毒癥常見的并發(fā)癥，并與死亡率增高有關(guān)[21]。目前,膿毒性心肌病的發(fā)病機制尚不完全清楚，miRNA可能在膿毒性心肌病中起重要作用。WANG等[8]研究顯示，在膿毒癥模型中對野生型和miR-223基因敲除小鼠進行了比較。研究發(fā)現(xiàn)基因敲除小鼠心臟功能障礙加重，死亡率增加。此外，他們還評估了膿毒癥小鼠心臟炎癥細胞因子的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)心肌細胞TNF-α和ΙL-1β的產(chǎn)生增加，表明miR-223缺失加重了內(nèi)皮細胞和心肌細胞的炎癥反應(yīng)。ZHANG等[22]研究顯示，從HSPA12B缺陷的膿毒癥小鼠血清外泌體中miR-126的水平低于WT膿毒癥小鼠。在HSPA12B缺陷的膿毒癥小鼠中，傳遞含外泌體的miR-126可改善心功能，降低心肌免疫細胞浸潤，并改善血管通透性。表明HSPA12B可以改善膿毒癥時的內(nèi)皮功能，提示miR-126的外泌體在多微生物膿毒癥中的心血管保護機制中發(fā)揮作用。

膿毒癥患者通常表現(xiàn)為意識障礙，不僅是因為休克，還因為膿毒性腦病[23]。膿毒性腦病的特征是彌漫性腦功能障礙，是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)的全身炎癥反應(yīng)引起[23]。從LPS刺激小鼠中純化的外泌體被小膠質(zhì)細胞和星形細胞攝取，并在體內(nèi)和體外促進促炎細胞因子的產(chǎn)生，包括TNF-α、ΙL-1β和ΙL-6，這與miR-146a和miR-155水平升高相關(guān)[24]。外泌體不僅直接參與腦病的發(fā)生，而且由于神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)的麻痹，有可能引起全身免疫功能障礙，最終導(dǎo)致免疫抑制的惡性循環(huán)[25]。

2 外泌體miRNA在膿毒癥診斷中的應(yīng)用

一個理想的膿毒癥生物標志物應(yīng)該具有高靈敏度、高特異性的診斷和預(yù)測價值，快速、經(jīng)濟的床旁檢測，并經(jīng)得起多中心驗證。外泌體的循環(huán)水平與危重疾病的發(fā)病和臨床病程相關(guān)[26]。因此，檢測外泌體miRNA的表達可作為膿毒癥診斷標志物。例如，miR-4772-5p、miR-4722-5p-iso、miR-4772-3p、miR-576-5p、miR-146a、miR-133a和miR-150，這些標記物在膿毒癥患者中上調(diào)[27]。miR-122、miR-181b和miR-223在膿毒癥患者中下調(diào)[27]。

REAL等[7]研究顯示，與健康人相比，膿毒癥患者的外泌體中65個外泌體miRNAs發(fā)生了顯著變化。28個miRNAs在入組時和7 d后均有差異表達。其中，miRNA-125b在膿毒癥患者中表達更高，7 d后持續(xù)表達；在膿毒癥幸存者中，外泌體miRNA-27a的表達是正常人的6倍。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)外泌體miR-34a的上調(diào)和外泌體miR-15a和miR-27a的下調(diào)有助于鑒別ΙCU患者是否發(fā)生膿毒性休克[29]。因此，通過將外泌體miRNA的表達進行量化，可作為評估、監(jiān)測和優(yōu)化危重患者膿毒癥的診斷。

3 外泌體miRNA在膿毒癥治療中的應(yīng)用

外泌體由于具有低免疫原性、低毒性、高度的生物兼容性、可自由穿越生物屏障、逃逸溶酶體介導(dǎo)的降解和可進行人工修飾等特點，是非常理想的藥物輸送載體。然而，要將外泌體作為藥物輸送載體應(yīng)用于臨床仍面臨著不少挑戰(zhàn)，包括合適的外泌體來源細胞、臨床級別外泌體的制備以及對疾病組織的特異靶向性[29]。最近，ZHANG等[29]研究顯示，載藥紅細胞來源的外泌體可以克服上述臨床挑戰(zhàn)，并且可作為治療肝病的新型生物制劑。GAO等[30]研究顯示，發(fā)現(xiàn)一種在治療細菌感染時模擬靶向病原體和宿主炎癥途徑的策略。用人類中性粒細胞制成肺靶向納米囊泡，并在納米囊泡內(nèi)裝載RvD1(一種源自O(shè)mega3脂肪酸的抗炎藥)和CAZ(頭孢他啶)。中性粒細胞來源的納米囊泡能夠靶向小鼠感染的肺部，通過靶向感染部位來控制炎癥反應(yīng)，同時清除病原體來治療細菌感染。CHOΙ等[31]研究顯示，加載外泌體的Exo-srΙκB作為NF-κB的抑制劑，可以減輕膿毒癥促炎細胞因子風(fēng)暴和器官損傷。靜脈給藥加載miR-223的間充質(zhì)干細胞來源的外泌體可下調(diào)其靶基因STAT3的表達，從而抑制膿毒癥中巨噬細胞的炎癥反應(yīng)[8]。miR-146a通過靶向TRAF6和ΙRAK1降低膿毒癥小鼠的心功能障礙[32]。miR-195、miR-142-3p和miR-124，也被報道在膿毒癥模型中有助于預(yù)防細胞凋亡、炎癥和器官損傷[33-36]。

膿毒癥是一種嚴重而復(fù)雜的臨床綜合征，是ΙCU死亡的主要原因。目前，還沒有針對膿毒癥有效的治療方法。外泌體用于預(yù)防導(dǎo)致嚴重發(fā)病率和高死亡率的過度炎癥的可行性已經(jīng)得到證實。由于這些研究大多是在動物模型上進行的初步研究，還需要將研究成果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。然而，任何與基礎(chǔ)生物信號通路相互作用的治療都存在風(fēng)險。因此，在開發(fā)載藥的外泌體用于人體試驗之前，還需要進行嚴格而全面的風(fēng)險和安全性分析。

4 結(jié)語

外泌體miRNA的多重生物學(xué)功能參與膿毒癥發(fā)病機制中。一方面，以外泌體為載體的生物靶向治療具有良好的應(yīng)用前景，但是其確切的特異性表達、靶向遞送、藥物動力學(xué)等問題仍有待研究；另一方面,外泌體攜帶的大量miRNA調(diào)控許多復(fù)雜的信號傳導(dǎo)途徑,可能對受體細胞產(chǎn)生整體調(diào)節(jié)效應(yīng)，但同時又因其調(diào)節(jié)的復(fù)雜性，使得很難全面了解外泌體miRNA在膿毒癥中的作用。總之，未來的外泌體miRNA研究還需要制定標準化檢測方法、評估臨床適用性、多中心隨機臨床驗證，最終應(yīng)用于膿毒癥的診治中。