膿毒癥致急性肺損傷相關(guān)的microRNAs研究進(jìn)展

王寧寧 林家凱 羅小燕 孫斌

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院急診科，濱州 256600

膿毒癥是一種以全身炎性反應(yīng)為特征的破壞性極強(qiáng)的綜合征［1］，是世界范圍內(nèi)造成急重癥患者死亡的常見(jiàn)病因。因其進(jìn)展迅速，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，早期病因診斷困難，病死率為28%～56%［2］。膿毒癥可致機(jī)體促炎和抗炎過(guò)程失衡，誘導(dǎo)全身炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致特異性免疫功能障礙，最終可能會(huì)發(fā)生多器官功能障礙綜合征［3］。

膿毒癥是急性肺損傷（acute lung injury，ALI）或急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）最常見(jiàn)的病因。當(dāng)致病因素觸發(fā)ALI時(shí)，肺巨噬細(xì)胞被激活，招募中性粒細(xì)胞和循環(huán)巨噬細(xì)胞至肺損傷部位，進(jìn)一步釋放各種炎癥因子和介質(zhì)，既可直接損傷肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，也可間接誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激損傷，最終引起細(xì)胞發(fā)生程序性死亡，加重ALI的病理狀態(tài)，使肺泡毛細(xì)血管通透性增加，引起彌漫性肺組織水腫，進(jìn)一步繼發(fā)為RDS［4-6］。

MicroRNAs是一種小分子非編碼核糖核酸，通過(guò)與特定mRNA的3，UTR結(jié)合達(dá)到負(fù)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的目的，一個(gè)microRNAs可以結(jié)合多個(gè)mRNAs，一個(gè)mRNA可以被多個(gè)microRNAs調(diào)控［7］。MicroRNAs在不同的病理過(guò)程中起關(guān)鍵作用，與膿毒癥引起的不同器官功能障礙之間存在聯(lián)系，具備作為疾病診療標(biāo)志物的潛力。例如，Yuan等［8］實(shí)驗(yàn)證明，在膿毒癥大鼠模型中，microRNA-30a通過(guò)調(diào)節(jié)Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（JAK/STAT）信號(hào)通路靶向細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS-1），使肝臟細(xì)胞增殖受抑制，并促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡，提示microRNA-30a可能是診斷膿毒癥致肝損傷的一個(gè)潛在指標(biāo)。Zhang等［9］實(shí)驗(yàn)證明，microRNA-21-5p可通過(guò)下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1（RUNX1）來(lái)減輕膿毒癥引起的腎臟損傷，從而對(duì)膿毒癥引起的急性腎衰竭中腎臟組織內(nèi)皮形成保護(hù)。

MicroRNAs具有較高的生物特異性、選擇性和保守性，可作為臨床診斷及治療膿毒癥的理想生物標(biāo)志物，通過(guò)分析其變異水平能輔助確診膿毒癥并判斷疾病預(yù)后［10］。因此深入研究microRNAs與膿毒癥之間的關(guān)系，有助于膿毒癥的早期診斷和治療，現(xiàn)對(duì)相關(guān)microRNAs異常表達(dá)及作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

炎癥變化相關(guān)的microRNAs

全身炎性反應(yīng)綜合征的啟動(dòng)是膿毒癥致急性肺損傷發(fā)病機(jī)制的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子和趨化因子產(chǎn)生有關(guān)［11］。

1.與TLR-4/NF-κB調(diào)節(jié)軸相關(guān)：microRNA-21與microRNA-17

ALI可引起高遷移率族蛋白B1、線粒體DNA和熱休克蛋白等細(xì)胞損傷相關(guān)模式分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）的釋放［12］。Toll樣受體（toll like receptors，TLRs）通過(guò)識(shí)別一系列DAMPs，激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）通路，進(jìn)而誘導(dǎo)炎性因子表達(dá)和釋放，啟動(dòng)一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致炎性反應(yīng)惡化［13］。

相關(guān)研究證實(shí)，過(guò)表達(dá)microRNA-21的細(xì)胞暴露于脂多糖后，能抑制TLR-4的表達(dá)和NF-κB的激活，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子水平被顯著抑制，抗炎細(xì)胞因子水平被顯著升高，可見(jiàn)microRNA-21通過(guò)靶向NF-κB信號(hào)通路負(fù)向調(diào)節(jié)脂多糖誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體的保護(hù)［14］。Fu［15］實(shí)驗(yàn)同樣表明，microRNA-17可通過(guò)TLR-4/NF-κB信號(hào)通路抑制炎性反應(yīng)，減輕脂多糖誘導(dǎo)的小鼠ALI。由此證明，microRNAs在免疫炎癥過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)TLR/NF-κB信號(hào)通路，調(diào)控炎性反應(yīng)，microRNA/TLR-4/NF-κB調(diào)節(jié)軸可能是ALI患者治療的候選靶點(diǎn)。

2.與巨噬細(xì)胞激活和極化相關(guān)：microRNA-30d-5p與microRNA-16-5p

巨噬細(xì)胞被過(guò)度激活，從而失控性釋放炎性因子是膿毒癥致肺損傷的關(guān)鍵因素［16］。巨噬細(xì)胞作用微妙，早期發(fā)揮促炎作用，在晚期則表現(xiàn)出抗炎作用。

Jiao等［17］研 究 表 明，microRNA-30d-5p通 過(guò) 抑 制SOCS-1，從而致NF-κB信號(hào)通路被激活，可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的激活和死亡，促進(jìn)膿毒癥后的炎性反應(yīng)并誘發(fā)肺損傷。Tian等［18］實(shí)驗(yàn)證明，microRNA-16-5p可促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化并減輕小鼠肺損傷。MicroRNAs通過(guò)靶向特定的炎癥因子及炎癥相關(guān)的信號(hào)通路，調(diào)控ALI過(guò)程中肺泡巨噬細(xì)胞的激活及極化，調(diào)節(jié)機(jī)體的炎性反應(yīng)。進(jìn)一步證明靶向不同的microRNAs調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的激活和極化，可能是ALI/ARDS患者的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

3.與SOCS1-JAK/STAT信號(hào)通路相關(guān)：microRNA-155

JAK/STAT信息通道被認(rèn)為是炎性反應(yīng)的重要信號(hào)通路，由酪氨酸激酶的相關(guān)受體、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT組成，可受多種細(xì)胞因子、干擾素、激素和生長(zhǎng)因子的調(diào)控［19-20］。SOCS被認(rèn)為是JAK/STAT信號(hào)通路的負(fù)調(diào)控蛋白，可下調(diào)炎癥因子表達(dá)，減輕機(jī)體炎性反應(yīng)［21］。

有研究證實(shí)，microRNA-155抑制劑能使SOCS1 mRNA的表達(dá)上調(diào)，從而抑制JAK/STAT信號(hào)通路激活，減輕肺組織炎性反應(yīng)［22］?？梢?jiàn)microRNA-155可通過(guò)靶向SOCS1-JAK/STAT信號(hào)通路負(fù)向調(diào)控肺組織炎性反應(yīng)，為治療膿毒癥致ALI提供新的研究方向。

氧化應(yīng)激相關(guān)的microRNAs

氧化應(yīng)激是膿毒癥誘導(dǎo)ALI的另一個(gè)特征。巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞擴(kuò)散到肺上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上，在肺組織內(nèi)積累增加，產(chǎn)生多余的活性氧（ROS），損傷全身血管內(nèi)皮細(xì)胞功能，破壞線粒體功能，并引起肺泡細(xì)胞的氧化損傷［23］。

1.與調(diào)節(jié)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）相關(guān)：microRNA-133a

SIRT1是調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎癥的重要因子［24］。激活SIRT1能抑制ROS的產(chǎn)生，從而防止膿毒癥引起的氧化應(yīng)激和肺損傷［25］。

Chen等［26］研 究 表 明，在 膿 毒 癥 小 鼠 模 型 中microRNA-133a的表達(dá)增加，為進(jìn)一步探討其潛在分子機(jī)制，研究者利用生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)SIRT1的3’UTR和microRNA-133a之間存在結(jié)合位點(diǎn)，microRNA-133a過(guò)表達(dá)會(huì)下調(diào)SIRT1蛋白水平；激活的SIRT1可以抑制炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)microRNA-133a對(duì)膿毒癥小鼠肺臟的氧化應(yīng)激損傷，此項(xiàng)研究有力地支持了microRNA-133a作為膿毒癥標(biāo)志物的臨床分析，為膿毒癥致肺損傷的早期發(fā)現(xiàn)提供了一個(gè)靶點(diǎn)。

2.與線粒體自噬相關(guān)：microRNA-221-5p

線粒體在氧化應(yīng)激過(guò)程中起重要作用，它既是ROS的產(chǎn)生者，也是ROS損傷的目標(biāo)，對(duì)細(xì)胞氧利用、能量產(chǎn)生、免疫信號(hào)傳導(dǎo)和細(xì)胞凋亡產(chǎn)生有害影響［27］。C-Jun氨基末端蛋白激酶2（JNK2）通過(guò)靶向小線粒體替代閱讀框（smARF）促進(jìn)泛素介導(dǎo)的蛋白酶體降解，從而應(yīng)激誘導(dǎo)線粒體自噬，防止線粒體功能障礙，抑制炎癥小體的活化，減輕炎性反應(yīng)［28］。

Yang等［29］實(shí)驗(yàn)表明，在膿毒癥致ALI小鼠模型中，JNK2的缺失加劇了肺部炎癥和損傷，與疾病嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)。微小RNA測(cè)序結(jié)果表明，microRNA-221-5p的種子序列與JNK2 mRNA的3’UTR相匹配，與JNK2 mRNA水平呈動(dòng)態(tài)負(fù)相關(guān)。因此，microRNA-221-5p通過(guò)靶向JNK2，致線粒體功能障礙，從而加重膿毒癥小鼠的肺部炎癥和損傷，為疾病的早期診斷提供一個(gè)理想的生物標(biāo)志物。

細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）相關(guān)的microRNAs

PCD包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死樣凋亡、細(xì)胞自噬和細(xì)胞焦亡［30］。

1.細(xì)胞凋亡相關(guān)microRNAs

外源性刺激因素和內(nèi)源性炎癥介質(zhì)可通過(guò)各種凋亡途徑引起內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，降低關(guān)鍵炎癥介質(zhì)的表達(dá)、抑制細(xì)胞凋亡，可保持肺內(nèi)皮屏障的功能［31］。內(nèi)皮是啟動(dòng)、維持及調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)感染反應(yīng)的關(guān)鍵，內(nèi)皮細(xì)胞功能的改變，是膿毒癥病理生理過(guò)程的核心［32］。

1.1.MicroRNA-195 Bcl-2蛋白家族能調(diào)節(jié)內(nèi)源性細(xì)胞凋亡，它包括促凋亡成員和抗凋亡成員，當(dāng)抗凋亡成員占優(yōu)勢(shì)時(shí)，則細(xì)胞凋亡減少［33］。前病毒插入位點(diǎn)1（PIM-1）激酶已被證實(shí)參與多種細(xì)胞過(guò)程，例如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞存活、基因轉(zhuǎn)錄和一般信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，它是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，PIM-1激酶已被認(rèn)為是一種重要的抗凋亡因子［34］。

Zheng等［35］實(shí)驗(yàn)表明，抑制microRNA-195可減少膿毒癥小鼠的多器官損傷，通過(guò)抑制microRNA-195會(huì)導(dǎo)致Bcl-2、PIM-1因子表達(dá)的上調(diào)，抗內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，防止肺微血管白蛋白滲漏，減輕器官損傷。因此在疾病的早期通過(guò)調(diào)控抑制microRNA-195，可作為一種膿毒癥治療的潛在干預(yù)措施，從而進(jìn)一步提高膿毒癥患者的存活率。

1.2.MicroRNA-139-5p Rho相關(guān)卷曲螺旋蛋白激酶（rho-associated coiled-coil containing kinases，ROCKs）在膿毒癥誘導(dǎo)的肺損傷中起關(guān)鍵作用，Rho/ROCK信號(hào)通路是調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性的主要信號(hào)通路，與膿毒癥患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)［36］。Zhao等［37］實(shí)驗(yàn)表明，microRNA-139-5p通過(guò)下調(diào)ROCK1表達(dá)，減輕ALI誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，確保正常的肺泡-毛細(xì)血管通透性屏障不被破壞，突顯其對(duì)肺臟的保護(hù)作用，因此microRNA-139-5p也可作為膿毒癥誘導(dǎo)的肺損傷的潛在治療靶點(diǎn)。

1.3.MicroRNA-128-3p 半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspase）家族是一組在細(xì)胞凋亡過(guò)程中起非常重要作用的效應(yīng)分子，能導(dǎo)致正常肺泡-毛細(xì)血管通透性屏障的破壞，使富含白蛋白的水腫液泄漏到肺間質(zhì)和肺泡中，引起彌漫性肺組織水腫，加重肺組織損傷［38］。Liu等［39］實(shí)驗(yàn)證明，microRNA-128-3p過(guò)表達(dá)降低了促炎因子白細(xì)胞介素（IL）-6和IL-1β的表達(dá)，并抑制了細(xì)胞凋亡指標(biāo)caspase-3的轉(zhuǎn)錄活性，顯著逆轉(zhuǎn)肺損傷過(guò)程中的細(xì)胞凋亡，microRNA-128-3p可能為膿毒癥致肺損傷的臨床治療提供新的分子靶點(diǎn)。

2.細(xì)胞自噬相關(guān)的microRNAs

細(xì)胞將細(xì)胞器或細(xì)胞質(zhì)蛋白吞噬形成囊泡，再與溶酶體融合成自噬溶酶體，進(jìn)一步降解其內(nèi)容物，該過(guò)程稱為自噬，自噬在膿毒癥的誘導(dǎo)中得到證實(shí)［40］?？刂萍?xì)胞自噬過(guò)程，對(duì)膿毒癥診斷及治療意義重大。

自噬相關(guān)基因7（ATG7）是一種重要的自噬基因，與編碼自噬小體形成所必需的E1酶有關(guān)，ATG7的缺失可誘導(dǎo)IL-1β表達(dá)，并激活炎性小體釋放，進(jìn)一步加重炎癥對(duì)機(jī)體的損傷［41］。Li等［42］實(shí)驗(yàn)證明，microRNA-210-3p能抑制ATG7對(duì)自噬的影響，增加炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，降低了內(nèi)皮屏障功能，增加了通透性，并顯著減少了血管生成，從而誘發(fā)ALI，這也為臨床診斷膿毒癥患者提供了新的策略。

3.細(xì)胞焦亡相關(guān)的microRNAs

焦亡是促炎細(xì)胞死亡程序的一種。細(xì)胞焦亡依賴于caspase-1，當(dāng)caspase-1被激活時(shí)，可導(dǎo)致IL-1β和IL-18加工和成熟，分泌到細(xì)胞外，募集更多的炎癥因子，形成級(jí)聯(lián)性炎性反應(yīng)，從而對(duì)機(jī)體造成損傷［43］。Chen等［44］研究中，當(dāng)抑制膿毒癥小鼠microRNA-34a時(shí)，可導(dǎo)致caspase-1的活化受影響，能進(jìn)一步減少I(mǎi)L-1β和IL-18的分泌，改善細(xì)胞焦亡，最終使肺部炎癥得以改善。microRNA-34a可作為治療膿毒癥引起的肺損傷的潛在治療靶點(diǎn)。

結(jié) 語(yǔ)

目前，越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為高炎癥表現(xiàn)、氧化應(yīng)激反應(yīng)及內(nèi)皮細(xì)胞程序性死亡在膿毒癥致ALI的病理生理中起著核心作用，microRNAs在此發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，有助于膿毒癥的早期診斷和治療。

對(duì)于膿毒癥致肺損傷患者的早期診斷是臨床治療疾病的主要挑戰(zhàn)。越來(lái)越多的研究表明，在膿毒癥致ALI過(guò)程中，特異性microRNAs發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。從這個(gè)意義上說(shuō)，通過(guò)識(shí)別特異性生物標(biāo)志物，有可能實(shí)現(xiàn)ALI的早期診斷，具備一定的診療價(jià)值。然而，單一的生物標(biāo)志物可能不足以診斷這種異質(zhì)性綜合征，生物標(biāo)志物的組合可能會(huì)提高診斷的準(zhǔn)確度。因此，對(duì)膿毒癥致ALI中生物標(biāo)志物組合進(jìn)行系統(tǒng)深入研究，在臨床治療上具有重要意義，也將成為未來(lái)實(shí)驗(yàn)研究的重心。

此外，針對(duì)膿毒癥致ALI的治療，我們可以嘗試設(shè)計(jì)microRNAs模擬物轉(zhuǎn)入受損的肺組織中，以靶向調(diào)控各類信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)膿毒癥患者的早期治療。今后對(duì)microRNAs的探究也將為膿毒癥致肺損傷的病理生理學(xué)機(jī)制提供新理念，為膿毒癥的治療提供新靶點(diǎn)。