miR-155在膿毒癥臟器功能障礙中的研究進展

李志華,王毅,于湘友

新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科,烏魯木齊830054

1 膿毒癥與多器官功能障礙

膿毒癥是由宿主對感染反應(yīng)失調(diào)引起的威脅生命的器官功能障礙[1]。膿毒癥和膿毒性休克是目前人類面臨的主要醫(yī)療問題,每年影響全球數(shù)百萬人,其中三分之一到六分之一的人死于此病[2]。膿毒癥的發(fā)病機制復(fù)雜,可能與宿主免疫反應(yīng)[3]、凝血功能障礙[4]及炎癥因子過度釋放[5]有關(guān)。膿毒癥發(fā)病過程中炎癥介質(zhì)的過度釋放,導(dǎo)致機體炎癥反應(yīng)失控,繼而導(dǎo)致膿毒性休克及多臟器功能衰竭。膿毒癥其發(fā)病率及死亡率較高,一直是全球重癥醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域的難點及重點[6]。

2 微小核糖核酸

微小核糖核酸(miRNAs)是近年來研究較多的內(nèi)源性非編碼小RNA(sncRNA),它在真核生物中大量存在,長度在20～25 nt之間[7]。在細胞核中,編碼miRNA 的基因在RNA 聚合酶II的作用下轉(zhuǎn)錄生成長度約幾千個堿基的初級轉(zhuǎn)錄本pri-miRNA,繼而經(jīng)蛋白質(zhì)復(fù)合體的第一次加工。這個蛋白質(zhì)復(fù)合體由Drosha和Pasha兩個蛋白質(zhì)組成,分別是RNase III蛋白和雙鏈RNA 結(jié)合蛋白。primiRNA 在Drosha的作用下被加工成含有60～70 nt具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的miRNA 的前體(pre-miRNA)[8]。pre-miRNA 在相關(guān)轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助下從細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中。在細胞質(zhì)中,pre-miRNA 被RNA 聚合酶III家族中的成員Dicer識別,對pre-miRNA 的莖環(huán)結(jié)構(gòu)進行剪切和修飾,形成約20個堿基對長的miRNA:miRNA*雙鏈。這種miRNA:miRNA*雙鏈與Argonaute家族蛋白形成RNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體,其中的miRNA*被降解,miRNA 則被保留在miRISC 中,最終形成成熟的單鏈miRNA[9]。

miRNA 對基因表達的調(diào)控作用主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄后水平上,miRNA 與其靶基因m RNA 的3′非翻譯區(qū)進行堿基完全或幾乎完全的互補配對,促進靶基因m RNA 降解,沉默基因轉(zhuǎn)錄后表達或特異性的抑制基因表達[10]。miRNA 參與了細胞的生長、分化、衰老、凋亡、自噬、遷移、侵襲等多種過程[11-12]。

3 miR-155與膿毒癥

膿毒癥是一種常見的高死亡率疾病,已成為重癥監(jiān)護病房(ICU)的主要死亡原因[13]。目前超過25%～30%的膿毒癥患者死于該病,膿毒性休克患者的住院死亡率接近40%～60%[14]。于膿毒癥的高死亡率和高發(fā)病率,提高膿毒癥患者生存率的關(guān)鍵在于早期診斷,并準(zhǔn)確評估膿毒癥患者的嚴(yán)重程度,選擇合適的治療方法。因此,尋找膿毒癥早期診斷的生物標(biāo)志物是非常重要的。

Micro-RNA-155(miR-155)是目前研究較多的一種miRNA。它位于21號染色體非轉(zhuǎn)錄B 細胞整合簇基因上的第三個外顯子[15],miR-155 是miRNA 家族的一個獨特成員[16],其在免疫細胞的發(fā)育中具有重要作用。因此,它們在先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)中起到重要的調(diào)控作用[17-18]。近年來,miR-155表達分析顯示miR-155的表達與膿毒癥的嚴(yán)重程度以及器官功能障礙有關(guān)[19]。

4 miR-155對膿毒癥器官功能的影響

4.1 miR-155在膿毒癥肺臟中的研究進展

膿毒癥引起全身炎癥反應(yīng)并隨著疾病的進展嚴(yán)重者導(dǎo)致多臟器功能衰竭甚至死亡[20],急性肺損傷(ALI)及急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)是膿毒癥最常見的并發(fā)癥之一[21],也是引起患者死亡的主要原因[22],主要特征是肺部出現(xiàn)嚴(yán)重的急性炎癥反應(yīng),導(dǎo)致彌漫性肺泡損傷、肺泡毛細血管破裂、肺水腫及肺不張的形成[23]。

近年來,發(fā)現(xiàn)多種miRNA 參與體內(nèi)炎癥反應(yīng),而研究發(fā)現(xiàn)ARDS的發(fā)病機制與炎癥反應(yīng)激活有關(guān),大量炎癥介質(zhì)釋放到肺泡腔和血液中,導(dǎo)致ARDS的發(fā)生、發(fā)展[24]。Baihetinisha Tuerdi[25]采用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)建立膿毒癥小鼠模型,發(fā)現(xiàn)和對照組相比,miR-155在膿毒癥狀態(tài)下表達量明顯增高,同時在脂多糖(LPS)刺激的作用下,小鼠肺泡上皮細胞(MLE-12)中miR-155表達增加,下調(diào)miR-155的表達能夠抑制LPS 刺激的MLE-12 上皮細胞凋亡和炎性細胞因子釋放[25]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)miR-155可以結(jié)合SOCS-1調(diào)控肺泡巨噬細胞的凋亡,導(dǎo)致I型干擾素的產(chǎn)生增多[26]。在LPS的刺激下,miR-155 基因敲除的小鼠中SOCS-1表達增加,而miR-155過表達小鼠中SOCS-1表達減少,這表明在LPS誘導(dǎo)的ALI中,SOCS-1可能受到miR-155的負(fù)調(diào)節(jié),通過熒光素酶分析顯示miR-155結(jié)合于SOCS-1 3′UTR端從而抑制SOCS-1 的表達[27]。在膿毒癥等全身急性炎癥反應(yīng)中,SIRT1通過負(fù)性調(diào)節(jié)NF-κB 途徑參與炎癥的消退[28],通過CLP建模導(dǎo)致ALI的小鼠中,miR-155抑制劑通過靶向結(jié)合SIRT1顯著提高CLP 小鼠的存活率,減輕肺組織的損傷,降低血清TNF-α 和IL-1β的表達,并減少中性粒細胞浸潤和肺水腫[29]。這些研究結(jié)果將有助于提高我們對miR-155 在肺部炎癥中作用機制的理解,并為探索膿毒癥患者ARDS的治療提供新的思路。

4.2 miR-155在膿毒癥腸道損傷中的研究進展

腸道作為人體最大的細菌儲源庫,在一般情況下,微生物的組成對宿主健康起著至關(guān)重要的作用[30],但是在膿毒癥等嚴(yán)重急性的刺激作用下腸道免疫功能受抑制,腸黏膜完整性被破壞,導(dǎo)致腸黏膜屏障功能受損,促使腸道細菌移位,引起機體過度炎癥反應(yīng),誘發(fā)/加重全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS),最終形成多臟器功能衰竭或膿毒性休克[31]。腸道既是損傷的“靶”器官,又對炎性介質(zhì)的產(chǎn)生起到擴增的作用,因此腸道常常被認(rèn)為是膿毒癥及MODS的“啟動器官”[32]。

Cao等[33]研究發(fā)現(xiàn),miR-155抑制劑通過抑制NF-κB通路激活,減少促炎癥介質(zhì)TNF-α和IL-6的釋放,進而減輕膿毒癥炎癥反應(yīng)并改善腸屏障功能。同時miR-155通過靶向調(diào)節(jié)HIF-1α/TFF-3軸參與DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎的腸屏障功能障礙,其中miR-155抑制劑通過減少miR-155的表達,導(dǎo)致HIF-1α/TFF-3表達增加,進而改善DSS誘導(dǎo)的腸黏膜屏障功能障礙[34]。既往的研究發(fā)現(xiàn)腸黏膜通透性的改變在腸道屏障中發(fā)揮重要的作用,黏膜通透性增高提示腸黏膜屏障功能障礙,腸道黏膜的通透性主要受腸上皮細胞的完整性影響[35],而研究發(fā)現(xiàn)腸上皮的完整性主要取決于細胞間的緊密連接,如緊密連接蛋白Occludin、Claudin-1和Z O-1[36],一項研究[37]發(fā)現(xiàn),腦外傷后出現(xiàn)血清及腸黏膜miR-155表達的增加,通過抑制Claudin-1的表達,導(dǎo)致腸黏膜通透性增高,引起腸黏膜損傷,下調(diào)miR-155表達則能增加腸黏膜Claudin-1的表達而減輕腸黏膜損傷的程。

4.3 miR-155在膿毒癥腎臟損傷中的研究進展

膿毒癥常引起多器官功能障礙,腎臟是最常累及的器官之一,將近60%的膿毒癥患者伴發(fā)急性腎損傷導(dǎo)致腎功能損害[38],在合并急性腎損傷的危重癥患者中,死亡率高達60%,但其發(fā)病機制尚未完全闡明,其中微血管功能障礙、內(nèi)皮細胞損傷、氧化應(yīng)激等均有可能參與急性腎損傷[39]。miR-155 可通過先天性免疫和獲得性免疫反應(yīng)參與腎損傷的病理過程[37]。

Ren等[37]的研究發(fā)現(xiàn),在LPS誘導(dǎo)的急性腎損傷大鼠模型中,抑制miR-155的表達可導(dǎo)致SOCS1高表達,并抑制JAK/STAT 信號通路的激活,導(dǎo)致促炎性介質(zhì)釋放減少,從而減輕膿毒癥腎損傷。目前,維生素D 類似物已被批準(zhǔn)用于治療慢性腎臟疾病,作為降低患者血液中甲狀旁腺激素水平及尿蛋白的有效療法[40-41]。對于膿毒癥導(dǎo)致的急性腎損傷,維生素D 是否能發(fā)揮一定的作用,Du等[42]的一項研究發(fā)現(xiàn),在LPS誘導(dǎo)的HK2細胞中,NF-κB通路被激活,導(dǎo)致miR-155及p53上調(diào),進而引起凋亡調(diào)節(jié)因子(PUMA)的表達增加,促炎性介質(zhì)過度釋放引起急性腎損傷,但維生素D 受體(VDR)可阻斷該通路的激活,從而減少腎小管上皮細胞凋亡導(dǎo)致的腎損傷,但這些研究仍需要大量的體外實驗及臨床研究來驗證。

4.4 miR-155在膿毒癥心臟損傷中的研究進展

膿毒癥心肌病是膿毒癥的一種常見且危重的心功能不全并發(fā)癥,影響患者預(yù)后[43]。其發(fā)病機制涉及全身因素以及心肌細胞的分子、代謝和結(jié)構(gòu)變化的相互作用,主要包括免疫和炎癥反應(yīng)失控[44]、心肌和線粒體能量代謝紊亂[45]、表觀遺傳模型的改變[46]等,但具體機制仍有待更進一步的研究。

Wang等[47]研究證實,膿毒癥狀態(tài)下miR-155通過靶向結(jié)合Pea 15a調(diào)節(jié)細胞凋亡,從而導(dǎo)致膿毒癥誘導(dǎo)的心功能不全,并認(rèn)為miR-155/Pea15a通路可能成為膿毒性性心肌功能障礙的潛在治療靶點。近年來,Liu等[48]在研究M1型巨噬細胞在血管生成和心肌梗死后心肌修復(fù)中的作用和潛在機制中發(fā)現(xiàn)MI微環(huán)境中M1樣巨噬細胞衍生的外泌體的作用。促炎性M1樣巨噬細胞釋放出大量促炎性外泌體(M1-Exos)。M1-Exos發(fā)揮抗血管生成作用并加速MI損傷。它們還表現(xiàn)出高表達的促炎性miRNA,例如miR-155。miR-155被轉(zhuǎn)移到內(nèi)皮細胞(ECs),通過下調(diào)其新的靶基因,包括Rac家族小GTPase 1(RAC1),p21激活激酶2(PAK2),從而抑制血管生成和心臟功能障礙Sirtuin 1(Sirt1)和蛋白激酶AMP 激活的催化亞基α2(AMPKα2)。M1-Exos通過同時靶向五個分子節(jié)點(基因)抑制Sirt1/AMPKα2-內(nèi)皮型一氧化氮合酶和RAC1-PAK2信號通路,降低EC的血管生成能力,加重心肌損傷和抑制心臟愈合[49-50]。同時,最近有報道[51-52]稱miR-155在多種心血管疾病中發(fā)揮重要作用,如動脈粥樣硬化、肥厚性心臟重構(gòu)、急性心肌梗死、酒精性心臟病、糖尿病心肌病等。

4.5 miR-155在膿毒癥肝臟損傷中的研究進展

肝臟作為人體重要的器官之一,在膿毒癥的代謝和免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[53]。膿毒癥相關(guān)肝損傷(SRLI)是指膿毒癥直接或間接導(dǎo)致的肝功能損傷,可導(dǎo)致機體出現(xiàn)一系列的癥狀、體征以及生化指標(biāo)的異常[54],嚴(yán)重的膿毒性肝損傷可進一步導(dǎo)致多臟器功能障礙綜合征。因此,探討膿毒性肝損傷的發(fā)病機制,尋找有效的治療方法具有重要意義。

Wang等[54]在CLP 動物模型中發(fā)現(xiàn)miR-155表達明顯升高,且與炎癥因子(TNF-α、IL-6)水平呈正相關(guān),且伴有明顯的肝損傷,提示miR-155 可能參與膿毒性肝損傷的發(fā)生。而Yang等[55]對膿毒性肝損傷的進一步研究發(fā)現(xiàn),miR-155主要是通過靶向結(jié)合Nrf2調(diào)控氧化應(yīng)激介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體損傷和細胞凋亡,從而參與膿毒性肝損傷的發(fā)生發(fā)展。有研究[56]發(fā)現(xiàn),抑制miR-155的表達可以改善膿毒性肝損傷,而后者主要是通過激活JAK/STAT 通路加重膿毒性肝損傷。結(jié)果提示,miR-155可能作為膿毒性肝損傷的潛在治療靶點。

5 展望

近年來,隨著對miR-155 研究的深入,其調(diào)控的靶基因越來越多被發(fā)現(xiàn),這對miR-155應(yīng)用于膿毒癥以及相關(guān)臟器并發(fā)癥的治療提供了新思路及新想法。盡管miR-155 在炎癥性疾病中的調(diào)控中發(fā)揮重要作用,但將其運用于膿毒癥等炎癥性疾病的診斷及治療仍需要更進一步的研究。