膿毒癥相關(guān)miRNA的研究進(jìn)展

王博媛 綜述,胡 美 審校

中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)特色醫(yī)學(xué)中心重癥醫(yī)學(xué)科,北京 100020

膿毒癥是指因嚴(yán)重感染引起宿主免疫反應(yīng)失調(diào)的全身炎癥反應(yīng)綜合征,易導(dǎo)致致命性的多器官功能衰竭,是重癥醫(yī)學(xué)科最常見且病死率極高的危急重癥[1]。全世界記錄膿毒癥患者約48 900萬例,其中1 100萬例患者死亡[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國膿毒癥患者病死率為35.5%,膿毒癥休克患者的病死率甚至高達(dá)51.94%[3]。盡管臨床治療手段不斷完善,但膿毒癥休克患者的病死率仍居高不下,因此早期篩查和診斷是改善膿毒癥預(yù)后轉(zhuǎn)歸的重要因素。然而由于其發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜,涉及自身免疫、炎癥、凝血等不同病理、生理機(jī)制。近年來,有學(xué)者認(rèn)為膿毒癥的發(fā)病機(jī)理與遺傳學(xué)存在很大的聯(lián)系,并且在基因水平上有關(guān)膿毒癥的研究已取得顯著成果。因此,微小RNA(miRNA)可以作為膿毒癥潛在的早期篩查生物標(biāo)記物,為膿毒癥的臨床精準(zhǔn)診斷和治療提供明確方向。

miRNA是一種內(nèi)源性非編碼RNA分子,長度為17～25個(gè)核苷酸,其通過與目的mRNA的3′端非翻譯區(qū)結(jié)合,特異性抑制靶mRNA分子的翻譯,從而影響基因表達(dá)[4]。1993年,LEE等[5]在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)miRNA lin-4基因,并闡明了它的作用。近年來,研究發(fā)現(xiàn)miRNAs在維持生物體自身穩(wěn)態(tài)及參與疾病病理、生理過程等方面都發(fā)揮了重要作用[6]。本文就部分miRNA在膿毒癥中的潛在作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的綜述。

1 miRNA-150

miRNA-150基因位于人類染色體19q13.33上,它通過靶向c-Myb在造血過程中發(fā)揮重要作用。c-Myb是一種亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子,在淋巴細(xì)胞發(fā)育中起重要作用[7]。miRNA-150在B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞中高表達(dá),同時(shí)在免疫細(xì)胞分化和免疫應(yīng)答過程中作為基因表達(dá)的主調(diào)控因子出現(xiàn),因此,它在免疫應(yīng)答的調(diào)控中發(fā)揮了重要作用[8]。VASILESCU等[9]最早發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了血清中的miRNA-150可作為早期診斷膿毒癥的標(biāo)志物,膿毒癥患者miRNA-150表達(dá)水平顯著下調(diào)。MA等[10]發(fā)現(xiàn),血清miRNA-150對(duì)膿毒癥患者具有診斷和獨(dú)立預(yù)測(cè)預(yù)后價(jià)值,與腎功能不全、28 d生存率及血清白細(xì)胞介素-6 (IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平呈負(fù)相關(guān)。近來,LIU等[10]使用人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)和膿毒癥小鼠模型了解miRNA-150的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miRNA-150可抑制HUVECs免受脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,同時(shí)可以靶向核因子κB(NF-κB),猜測(cè)miRNA-150可能是通過人類肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1介導(dǎo)的NF-κB通路調(diào)控膿毒癥誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。ZHANG等[12]發(fā)現(xiàn)在膿毒癥發(fā)生、發(fā)展的過程中涉及NF-κB、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶等多個(gè)信號(hào)通路,其有多個(gè)預(yù)測(cè)靶點(diǎn),包括先天病原體檢測(cè)、凋亡信號(hào)、細(xì)胞因子轉(zhuǎn)導(dǎo)和MAPK/NF-κB轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào),證實(shí)miRNA-150可以靶向趨化因子受體4型(CXCR4),而CXCR4在缺血組織的干細(xì)胞動(dòng)員和遷移中發(fā)揮重要作用,所以miRNA-150可能是干細(xì)胞向缺血組織遷移以進(jìn)行新血管形成和修復(fù)的新型治療靶標(biāo)。相關(guān)文獻(xiàn)表明miRNA-150在血管滲漏、免疫應(yīng)答的過程中發(fā)揮重要作用[13]。吳梅秋等[14]發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者血清miR-150表達(dá)水平相對(duì)健康者明顯降低,并且與C反應(yīng)蛋白(CRP)、中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞比值、序貫器官功能衰竭評(píng)估評(píng)分、急性生理與慢性健康狀態(tài)評(píng)估評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。潘琴艷等[15]研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)miR-150有助于細(xì)菌的大量增殖,引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),從而加重患者病情。在上述研究中,miRNA-150表達(dá)水平在膿毒癥發(fā)生、發(fā)展過程中均呈下降趨勢(shì)。因此筆者認(rèn)為miRNA-150在膿毒癥的發(fā)病機(jī)制中具有重要作用。

2 miRNA-146a

miRNA-146家族由miR-146a和miR-146b兩個(gè)成員基因組成,miRNA-146a位于人類5號(hào)染色體上,miRNA-146b位于人類10號(hào)染色體上。POE等[16]通過啟動(dòng)子發(fā)現(xiàn)miRNA-146a是一個(gè)NF-κB依賴基因,其通過下調(diào)IL-1受體相關(guān)激酶1(IRAK1)和TNF受體相關(guān)因子6(TRAF6)蛋白水平的負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路控制Toll樣受體和細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮作用,同時(shí)IRAK1和TRAF6為miRNA-146翻譯后抑制的靶基因,miRNA-146參與TLR4/MyD88/IRAK1/TRAF6的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),觸發(fā)IκB激酶、c-Jun氨基末端激酶、NF-κB和激活蛋白-1的激活,導(dǎo)致免疫應(yīng)答基因上調(diào)。通過NF-κB/IRAK1/TRAF6/miR-146a負(fù)反饋調(diào)控環(huán),炎癥反應(yīng)活性降低。miRNA-146在多種細(xì)胞炎癥反應(yīng)中發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)作用[17]。有研究表明,在單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中,LPS通過NF-κB通路刺激miRNA-146表達(dá),同時(shí)導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子減少[18],再次印證了上述機(jī)制。一項(xiàng)研究通過對(duì)膿毒癥患者外周血單個(gè)核細(xì)胞的1 163個(gè)mi-RNA分析顯示,miRNA-182、miRNA-143、miRNA-145、miRNA-146a、miRNA-150和miRNA-155在膿毒癥患者中調(diào)控異常,并鑒定出miRNA-146a下調(diào)與IL-6表達(dá)增加和單核細(xì)胞增殖相關(guān)[19]。M?HNLE等[20]研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥患者的miRNA-146a水平降低,并且在疾病的初始高炎癥期間miRNA-146a靶向蛋白激酶Cε(PRKCε)表達(dá)增加,它是由PRKCε信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子4(STAT4)組成的功能復(fù)合物的一部分,在這個(gè)復(fù)合物中,PRKCε磷酸化STAT4,而后者又能促進(jìn)人CD4+T淋巴細(xì)胞中的Th1細(xì)胞分化過程,該研究明確miRNA-146a為人T淋巴細(xì)胞中Th1細(xì)胞分化的有效抑制劑,并表明miR-146a失調(diào)有助于闡明膿毒癥的發(fā)病機(jī)制。

KARAM等[21]發(fā)現(xiàn)在兒童膿毒癥患者中miRNA-146a水平較健康兒童明顯降低,血清miRNA-146a表達(dá)與CRP、降鈣素原、IL-6和TNF-α水平呈負(fù)相關(guān)。因此,miRNA-146a在小兒膿毒癥中具有重要的診斷和預(yù)后價(jià)值,可用于制訂治療策略。在SU等[22]的一項(xiàng)研究中,使用與清除劑受體/Toll樣受體9激動(dòng)劑偶聯(lián)的miRNA-146a,模擬寡核苷酸,在體內(nèi)外降低了巨噬細(xì)胞和髓系白血病中NF-κB的活性,從而減輕了單核細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞因子風(fēng)暴,抑制了信息傳遞和致瘤性。該研究闡明了一種可行的方法,可將模擬miRNA特異性、系統(tǒng)性地輸送到人和小鼠骨髓細(xì)胞,用于免疫活性調(diào)節(jié)。因此miRNA-146a在人外周血中呈下調(diào)趨勢(shì),其作為一種抗炎性細(xì)胞因子的作用及作為miRNA模擬物傳遞的可能性,強(qiáng)調(diào)了該miRNA為治療策略領(lǐng)域的潛在新工具,但未來仍需進(jìn)一步研究。

3 miRNA-223

miRNA-223是一種位于X染色體上并且高度保守的miRNA,在髓系細(xì)胞中特異性表達(dá),促進(jìn)祖細(xì)胞的髓系分析并維持粒細(xì)胞的基本功能,同時(shí)還參與造血、免疫反應(yīng)和炎癥紊亂的調(diào)節(jié)[23]。其作用機(jī)制是通過抑制IκB激酶α(IKKα)和P52蛋白的產(chǎn)生阻止巨噬細(xì)胞的活化。IKKα作為細(xì)胞質(zhì)IKK復(fù)合物的一部分,在促炎信號(hào)的作用下可以調(diào)節(jié)NF-κB的釋放和轉(zhuǎn)位,因此此通路可能通過抑制NF-κB通路,從而阻止巨噬細(xì)胞的激活[24]。總體而言,miRNA-223在膿毒癥患者中的表達(dá)水平不一致,存在一定的個(gè)體差異。WU等[25]發(fā)現(xiàn)與健康人群相比,miRNA-223在膿毒癥患者中高表達(dá),血漿miRNA-223與疾病嚴(yán)重程度和炎癥標(biāo)志物水平密切相關(guān)。一項(xiàng)對(duì)LPS誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠體內(nèi)的巨噬細(xì)胞進(jìn)行探索的研究發(fā)現(xiàn),LPS刺激miRNA-223過表達(dá)細(xì)胞與LPS刺激的對(duì)照組細(xì)胞相比,糖酵解途徑活性較低,線粒體呼吸活性較高,并下調(diào)了缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)表達(dá)水平,推測(cè)miRNA-223通過下調(diào)HIF-1α表達(dá)水平干擾糖酵解途徑,從而達(dá)到抗炎狀態(tài)[26]。LI等[27]為了研究miRNA-223與膿毒癥的風(fēng)險(xiǎn)、嚴(yán)重程度和病死率的關(guān)系,共納入122例膿毒癥患者和122例健康人,研究結(jié)果表明miRNA-223的表達(dá)水平在膿毒癥死亡患者中升高。為了明確膿毒癥患者和健康人之間的差異表達(dá)mRNA (DEmRNAs)和差異表達(dá)miRNAs (DEmiRNAs)水平,QIN等[28]進(jìn)行了RNA測(cè)序和生物信息學(xué)分析,共鑒定出1 199個(gè)DEmRNAs和23個(gè)DEmiRNAs,與健康人群相比,膿毒癥患者miRNA-233水平呈上升趨勢(shì)。T淋巴細(xì)胞受體信號(hào)通路、癌癥信號(hào)通路、FoxO信號(hào)通路、甲型流感通路是膿毒癥的基因組通路。目前缺少miRNA-233與膿毒癥關(guān)聯(lián)一致性的研究,仍需大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)佐證。

4 其他miRNA

近年來,不少與膿毒癥發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后相關(guān)的miRNA也逐漸被發(fā)現(xiàn),如膿毒癥患者中miRNA-1-3p和應(yīng)激相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白1 (SERP1)的表達(dá)水平均增加。SERP1是miRNA-1-3p的直接靶基因,上調(diào)miRNA-1-3p可以抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖,促進(jìn)其凋亡,并且可以通過靶向SERP1增加內(nèi)皮細(xì)胞的通透性,導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂,削弱血管屏障功能[29]。此外,血清miRNA-206的表達(dá)與膿毒癥的嚴(yán)重程度及預(yù)后呈正相關(guān)[30]。膿毒癥伴急性腎損傷的患者中,miRNA-452通過NF-κB通路在腎小管細(xì)胞中表達(dá),所以miRNA-452的升高,尤其是尿液中miRNA-452的升高,可以作為膿毒癥患者早期發(fā)現(xiàn)急性腎損傷的有效生物標(biāo)志物[31]。一項(xiàng)實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)對(duì)121例膿毒癥患者和60例健康人的血液標(biāo)本進(jìn)行對(duì)比的研究顯示,膿毒癥患者miRNA-545表達(dá)水平升高,且死亡組miRNA-545表達(dá)水平較存活組增加[32]。有研究采用同樣的方法檢測(cè)膿毒癥患者血清中miRNA-204-5p的表達(dá),LPS通過上調(diào)HUVECs中高表達(dá)的長鏈非編碼RNA(HULC)和瞬時(shí)受體電位M型7(TRPM7)的表達(dá),下調(diào)miR-204-5p的表達(dá),進(jìn)而抑制HUVECs的細(xì)胞活力,誘導(dǎo)HUVECs凋亡、炎癥損傷和氧化應(yīng)激[33]。推測(cè)其信號(hào)通路為LPS通過調(diào)控HUVECs中HULC/miR-204-5p/TRPM7信號(hào)通路,破壞細(xì)胞活力,促進(jìn)細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激。這些miRNA在膿毒癥中的表達(dá)、通路及可能的發(fā)生機(jī)制開闊了人們的視野,但仍需大量實(shí)驗(yàn)加以證明。

膿毒癥是一種受多種遺傳及外界因素共同作用的疾病,眾多miRNA被認(rèn)為可能與膿毒癥發(fā)病機(jī)制存在關(guān)聯(lián)性。目前眾多國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其遺傳學(xué)機(jī)制開展研究,但研究尚處在探索階段。本文主要從遺傳學(xué)角度概述了近年來膿毒癥相關(guān)miRNA的研究,為進(jìn)一步了解和治療膿毒癥提供新思路。