MicroRNAs与急性呼吸窘迫综合征关系的研究进展

蒲清瑚，刘国跃，王洪亮，陈 淼

(1.遵义医学院附属医院 急诊科，贵州 遵义 563099，2.遵义医学院附属医院 重症医学科，贵州 遵义 563099)



综 述

MicroRNAs与急性呼吸窘迫综合征关系的研究进展

蒲清瑚1，刘国跃2，王洪亮2，陈 淼2

(1.遵义医学院附属医院 急诊科，贵州 遵义 563099，2.遵义医学院附属医院 重症医学科，贵州 遵义 563099)

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)为常见且复杂的炎症性肺疾病，病因复杂，病死率高，治疗困难。MicroRNAs(miRNAs)已作为一类全新的基因调控分子脱颖而出，其在包括ARDS在内的多种复杂性疾病当中起着至关重要的作用。本文就miRNAs在急性呼吸窘迫综合征中的作用进行综述。

急性呼吸窘迫综合征；MicroRNAs；炎症反应；细胞凋亡

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是在严重感染、创伤、烧伤、休克等非心源性肺内外疾病过程中，肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞损伤造成弥漫性肺间质及肺泡水肿，导致的急性低氧性呼吸功能不全或衰竭；以肺容积减少、肺顺应性降低、严重的通气/血流比例失调为病理生理特征，临床上表现为顽固性低氧血症和进行性呼吸困难，肺部影像学上表现为非均一的渗出性病变。ARDS的发病机制复杂且不完全明确，目前认为主要有两种可能：①细菌负荷、炎症细胞浸润及炎症介质释放；②肺泡Ⅱ型上皮细胞凋亡及肺泡表面活性物质系统的变化；二者共同促进了ARDS的发生和进展。越来越多的研究证明，MicroRNAs(miRNAs)参与了ARDS的发生、发展，证实miRNAs在ARDS炎症反应和细胞凋亡中起着重要的调控作用。

1 miRNAs的生物学特性

miRNAs是小RNA家族成员之一，是一类长度18～25个核苷酸的内源性非蛋白编码单链小分子RNA，1993年Lee等人于秀丽新小杆线虫中第一次发现miRNAs，后被证实广泛存在于真核生物中。成熟的miRNAs与RNA诱导沉默复合物结合，通过与靶mRNA的特定序列3'非翻译区(3'-UTR)互补或不完全互补结合，诱导mRNA剪切或阻止其翻译。研究发现miRNAs在诸多生理或病理过程中发挥着重要的调节功能，包括对新陈代谢、细胞周期、细胞凋亡等的调控[1]。

2 miRNAs在ARDS中的表达谱

近年来，人们用不同的ARDS动物模型筛选出有表达差异的miRNAs，目的是探索miRNAs对ARDS的调控作用。Cai等[2]利用脂多糖(LPS)诱导小鼠建成ARDS模型，结果显示miRNA-214、miRNA-451表达明显增加，而miRNA-16、miRNA-23a、miRNA-24、miRNA-181a/b、miRNA-199a表达明显降低。Huang等[3]通过高潮气量机械通气建立大鼠ARDS模型并发现，miRNA-30a/b、miRNA-99a、miRNA-127、miRNA-128b、miRNA-135b、miRNA-344和miRNA-346表达上调，而miRNA-24、miRNA-26a、miRNA-126及let-7家族(包括let-7a、b、c、f)表达下调；另外，miRNA-21在高潮气量机械通气导致的肺损伤中表达也显著升高[4]。Rao等[5]利用金黄色葡萄球菌肠毒素B诱导ARDS，结果显示miRNA-20b、miRNA-31、miRNA-132、miRNA-155、miRNA-222表达明显上调，而miRNA-34a、miRNA-192、miRNA-193、let-7e表达下调，其中miRNA-132表达上调最为显著。miRNAs在ARDS中的表达变化，暗示它们在ARDS的发病过程中可能有重要的调节作用。

3 miRNAs抑制ARDS炎症反应

ARDS的主要发病机制之一就是各种病因诱发的肺内或全身过度炎症反应,现已经证实某些miRNAs可靶向调节或抑制炎症反应，最终阻止ARDS的进展。

3.1 miRNA-16与ARDS miRNA-16可通过靶控转录抑制因子视黄醇及甲状腺激素受体沉默中介蛋白,对核转录因子-кB(NF-кB)调控激活的白细胞介素-8起抑制作用，最终调节炎症反应[6]；而Cai等[2]在LPS建立的ARDS模型中发现，许多miRNAs表达异常，其中miRNA-16的表达下调最为明显，为了解其是否有抑制炎症反应的作用，他们进一步用LPS干预肺泡上皮细胞A-549，观察miRNA-16与炎症因子的关系，发现miRNA-16的表达上调可抑制肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)表达，从而抑制肺部炎症反应；才志刚等[7]在LPS诱导建立的ARDS模型中，也发现miRNA-16有相同的作用。

3.2 miRNA-127与ARDS Xie等[8]分别用LPS、博来霉素、免疫球蛋白G-免疫复合物(IgG-Immune complex，IgG-IC)诱导肺损伤，发现损伤的肺组织中miRNA-127的表达均明显下调，由此她们推测miRNA-127在肺损伤中扮演着不可忽视的作用。为揭示miRNA-127对炎症反应的作用，在用IgG-IC处理的细胞中发现，miRNA-127可通过靶控CD64基因的表达来抑制TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子的释放；在经IgG-IC处理后的小鼠肺组织中发现，miRNA-127可通过相同的机制，显著减轻小鼠ARDS的炎症反应。此外，在ARDS中，miRNA-127还可以减少补体C5a的蛋白表达水平，从而减少中性粒细胞的募集和减轻肺的损伤。

3.3 miRNA-146a与ARDS miRNA-146a是近年来在ARDS中研究较前沿、较广泛的miRNAs之一，研究发现miRNA-146a能够靶向作用于肿瘤坏死因子受体相关因子 6(TRAF6)和白介素1受体相关激酶1(IRAK1)，而二者是Toll样受体/NF-кB炎症通路中的两个关键信号转导蛋白，它们可以激活Toll样受体通路下游的信号分子NF-кB，诱导炎症因子如TNF-α、IL-1β、IL-6等的大量释放，从而促使炎症反应的级联放大，最终导致ARDS的发生[9]。Zeng等[10]研究发现，LPS诱导的ARDS肺组织中，miRNA-146a表达明显升高，并且抑制炎症反应，从而对ARDS起到保护作用；后来Vergadi E等[11]也证实了这一结论。近年，张建国等[12]利用miRNA-146a模拟物上调脓毒症小鼠肺组织中miRNA-146a的表达，从而减少肺部炎性因子的产生，抑制肺部炎症反应，减轻肺组织损伤。而miRNA-146a正是通过抑制TRAF6、IRAK1的表达，对Toll样受体/NF-кB通路起负反馈调节作用，从而减少炎症因子的释放，抑制肺部炎症反应[13-14]。还有研究发现，机体受到LPS刺激后，肺泡巨噬细胞中miRNA-146a的过表达，抑制了LPS诱导的诱导型一氧化氮合酶产生，进而抑制NO、IL-12β的释放，最终减少肺损伤[11]。

3.4 miRNA-155与ARDS miRNA-155是一种多功能的miRNA，成熟的miRNA-155单链序列为: 5'-UUAAUGCUAAUCGUGAUAGGGG-3'，在转录后水平调控靶基因。针对miRNA-155在ARDS中的作用，李文婷等[15]利用LPS建立ARDS模型后，监测到肺泡灌洗液中TNF-α、IL-1β大量产生，经气管注射miRNA-155增强剂后，炎症因子释放减少；经HE染色的肺组织显示，miRNA-155增强组的肺组织中仅有少许炎性细胞浸润，且水肿、出血都较LPS处理组明显减轻，由此她们推测miRNA-155可有效抑制ARDS的炎症反应；而Guo等[16]运用miRNA-155反义寡核苷酸(ASO)评估miRNA-155对ARDS小鼠的影响，结果表明在miRNA-155 ASO组，促炎因子(如TNF-α、IL-12等)明显减少而抗炎因子明显增多，从而抑制ARDS的炎症反应。有研究发现，miRNA-155可靶向抑制NF-κB信号通路中衔接蛋白髓样分化因子88(MyD88)，实现负性调控幽门螺杆菌感染引起的炎症反应[17]，但是在ARDS中，miRNA-155是否也是通过抑制MyD88来降低炎症反应尚不清楚，需进一步探索证实。

3.5 miRNA-454与ARDS 以往认为miRNA-454的异常表达与诸多癌症的发生发展密切相关，但最新研究发现miRNA-454在ARDS中对炎症反应也有调控作用。研究发现，miRNA-454可与趋化因子12(CXCL12)mRNA的3’-UTR结合，并抑制其翻译。CXCL12是趋化因子家族重要成员之一，通过激活白细胞启动炎症反应，研究证实CXCL12是miRNA-454的靶基因。在ARDS模型中，过表达的miRNA-454 通过抑制CXCL12/CXCR4通路，阻止其介导的炎性细胞集聚，从而减少炎症细胞释放炎症因子(如CXCL1, CXCL2, IL-6 and TNF-α等)，进而明显减轻LPS引起的肺部炎症反应[18]。

4 miRNAs抑制ARDS细胞凋亡

大量研究表明，在ARDS中有复杂的细胞凋亡发生，其中与ARDS发病机制密切相关的是肺泡上皮细胞和中性粒细胞(PMN)凋亡的变化。肺泡上皮细胞包括肺泡型I上皮细胞(AEC-I)和肺泡II型上皮细胞(AEC-II)，后者是肺部特异性细胞,有着极其重要的生理、病理功能，是ARDS发病过程中的重要效应细胞，AEC-II的大量凋亡可促进ARDS的发展。ARDS患者中，AEC-Ⅱ凋亡增加，导致肺泡表面活性物质合成减少，结果促使肺泡塌陷，加重肺水肿。PMN是炎性反应的重要标志，在炎症的发生、发展及转归中有重要作用；生理条件下循环血中PMN主要以凋亡的形式被清除，而ARDS时炎症介质如LPS、TNF-α、IL-8等均可延迟PMN的凋亡，PMN凋亡的延迟使PMN在炎症部位聚集，释放更多有害物质(如炎性介质、活性氧自由基、蛋白水解酶等)，造成组织细胞损伤。

越来越多的研究表明，miRNAs具有调节细胞凋亡的潜能并在其中起关键作用。在ARDS中，研究较多的主要是miRNAs与AEC-II凋亡的关系。目前认为细胞凋亡的信号传导通路有三条：即外源性(死亡受体)通路、内源性(线粒体)通路和内质网通路。既往对AEC-II凋亡机制的研究主要集中在前两者，而近年研究发现，AEC-II的凋亡过程中还伴随miRNAs的差异表达，比如戢慧等[19]利用H2O2诱导AEC-II凋亡，利用高通量基因芯片技术筛选AEC-II凋亡相关miNRAs，共筛选出38个差异表达的miRNAs，其中miRNAs-21-5p、miRNAs-34b/c-5p、miRNAs-200a/c-3p、miRNAs-449a-5p等13个miRNAs与AEC-II凋亡密切相关；而其他研究发现，某些miRNAs的表达上调或下调对ACE-II的凋亡也至关重要，比如miRNAs-21、miRNAs-17等。

4.1 miRNA-17与AEC-II凋亡 研究发现，在ARDS中，miRNA-17过表达可抑制叉头盒转录因子A1(FoxA1) 介导的AEC-II的凋亡。FoxA1作为一种核转录因子，在细胞增值、分化和凋亡中有重要作用，已被证实是miRNA-17的靶基因[20]。在ARDS中，肺组织中FoxA1表达上调可抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和UCP2的表达，导致AEC-II的凋亡增多[21-22]；Xu等[20]在ARDS模型中发现，肺组织中miRNA-17表达下调，可导致其靶基因FoxA1的表达增多，从而促进AEC-II的凋亡，并加重肺损伤程度。

4.2 miRNA-21与AEC-II凋亡 在细胞凋亡的三条信号通路中，死亡受体通路被认为与肺泡上皮细胞凋亡最为紧密，而死亡受体通路中对Fas/FasL通路的研究最为详细，且已被证实是引起ARDS 中AEC-II凋亡的重要途径[23-24]，Fas/FasL通路的激活可触发AEC-Ⅱ凋亡。相关研究证实miRNA-21可通过抑制靶基因FasL的转录来减少细胞凋亡；在阿奇霉素作用下转录因子Foxo3a可以负调控miRNA-21表达，进而促进FasL的表达，提高外源性凋亡通路的活性[25]。除作用于Fas/FasL通路外，miRNA-21还可以作用于第10号染色体缺失性磷酸酶-张力蛋白同源物基因(PTEN)及程序性细胞死亡因子4(PDCD4)抑制细胞凋亡[26-28]。本课题组在对miRNA-21的研究中发现，在H2O2诱导的AEC-Ⅱ凋亡模型中，过表达的miR-21-5p可以促进抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，而抑制凋亡蛋白Bax、Caspase-3的表达，从而发挥抗AEC-II凋亡的作用，并对高氧诱导的急性肺损伤具有一定的保护作用[29-30]，但这一过程的作用机制尚在进一步探索中。

5 展望

miRNAs的异常表达会影响ARDS的发展，尽管有的miRNA表达变化是轻微的。随着研究的深入，越来越多的miRNAs被发现参与到了ARDS发病中，比如最新研究发现过表达的miRNA-1321和miRNA-3188能够抑制粒细胞趋化因子受体2(CXCR2)介导的中性粒细胞集聚，减轻ARDS肺损伤的程度[31]，由此可见，适当干预miRNAs的表达对于ARDS的预防和治疗可能非常重要。但是，当前对miRNAs与ARDS关系的研究主要以体外实验和动物实验为主，如果能将当前的研究扩展到人体肺组织，则会给人们提供miRNAs在ARDS中的作用更为直接可靠的证据。ARDS仍然是威胁着人类健康和生命的严重疾病，目前仍无特异性及有效的治疗方法，miRNAs的发现，将成为ARDS潜在的诊断新指标和治疗新靶点，深入了解miRNAs在ARDS各个环节中的作用，有利于我们更充分地认识ARDS的发病机制，同时也为临床治疗ARDS提供新的依据。

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[收稿2016-07-18;修回2016-09-18]

(编辑：王福军)

Research progress of relationship between MicroRNAs and Acute Respiratory Distress Syndrome

PuQinghu1，LiuGuoyue2，WangHongliang2，ChenMiao2

(1.Department of Emergency， Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi Guizhou 563099，China；2.Intensive Care Unit,Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi Guizhou 563099，China)

Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a common and complex inflammatory lung disease with complicated etiology, high mortality, and difficult to treat. MicroRNAs (miRNAs)have emerged as a new class of gene regulatory molecules, which play a vital role in many kinds of complex diseases including ARDS. The role of miRNAs in acute respiratory distress syndrome is reviewed in this article.

Acute Respiratory Distress Syndrome；MicroRNAs；inflammatory reaction；apoptosis

国家自然科学基金资助项目(NO:8156010205)。

陈淼，女，教授，硕士生导师，研究方向：肺损伤与保护研究，E-mail:chenmiao64@163.com。

R563.8

A

1000-2715(2016)05-0535-04