长链非编码RNA在脓毒症相关器官损伤中致病机制的研究进展*

胡元慧 李 欢综述 汤冬玲 张平安审校

脓毒症是宿主对感染失控引起的危及生命的全身炎症反应综合征，常导致多器官功能障碍。全球每年有近5 000万脓毒症病例发生[1]，1992年美国胸科医师学会和重症监护医学会首次定义了全身炎症反应综合征、脓毒症、严重脓毒症和脓毒症休克，其中脓毒症休克可导致高达40%住院患者死亡[2]。2016年美国重症医学会和欧洲重症医学会联合发布脓毒症最新定义，即由于机体对感染反应的失控引起的致命性器官功能障碍。脓毒症延时治疗会导致器官不可逆转损伤和功能衰竭，临床死亡率与延误时间成正相关[3]，当脓毒症累及4到5个器官时，其死亡率增到90%以上。由于脓毒症发病机制复杂，对其机制研究，将对疾病的诊断、治疗以及降低死亡率有重要意义。近期长链非编码RNA(Long Non-coding RNA，lncRNA)功能的研究被重视，在炎症反应、器官功能障碍等过程中，lncRNA参与了各种信号通路并发挥了重要作用。本文就目前lncRNA在脓毒症引起的常见器官功能损伤中可能的作用机制进行综述。

1 lncRNA概述

lncRNA是一种长度超过200个核苷酸的非编码转录物，主要分布在细胞质和细胞核，参与多种细胞过程，如增殖、凋亡、迁移和细胞特性的建立等[4]。DNA的保守基因组区域可以转录lncRNA，lncRNA也可以通过环RNA外显子的反剪接产生。由于lncRNA缺乏有意义的开放阅读框，因此它不编码蛋白质，以前被认为是基因转录组的噪音。但是随着基因研究技术的发展，发现lncRNA作用多样，且能在多层面调控基因表达，在许多生理过程和疾病中起关键作用。lncRNA主要分类包括反义、双向、增强子相关、基因间lncRNA和假基因，其功能取决于它们的定位、序列和二级结构，通过与蛋白质、DNA和RNA结合参与基因组印迹、染色质重塑、RNA选择性剪接和衰变、细胞分化和细胞周期调节等[5]。如研究发现，HOX转录反义RNA(HOX Transcript Antisense RNA，HOTAIR)通过激活核因子κB(NF-κB)上调肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，在癌症发生、心脏病以及类风湿性关节炎等疾病中发挥作用，而lncRNA结直肠肿瘤差异表达(Colorectal Reoplasia Differential Expression，CRNDE)则通过与不同的microRNAs相互作用引起脓毒症患者相关器官的损伤。还有很多有关lncRNA在脓毒症导致多脏器损伤的机制研究，对其展开探索，将有助于对脓毒症致病机理的进一步了解，以期为疾病的临床治疗提供新的思路。

2 lncRNA与脓毒症器官损伤

2.1 lncRNA与脓毒症肾损伤

急性肾损伤(Acute Kidney Injury，AKI)是ICU住院脓毒症患者常见的严重并发症，占ICU中病例的50%以上，且死亡率高。脓毒症患者肾组织中炎性因子释放增多，导致肾细胞凋亡从而引起AKI。Jiang等[6]探讨了lncRNA HOTAIR对脓毒症大鼠AKI的调节作用及其机制，该研究将SD大鼠随机分为对照组、模型组和lncRNA HOTAIR模拟组，采用盲肠结扎穿刺法(Cecal Ligation and Perforation，CLP)建立大鼠脓毒症AKI模型，结果显示，与对照组比较，模型组大鼠肾脏病理形态受损，TNF-α、白细胞介素-1β(IL-1β)含量升高，肾组织细胞凋亡，肾组织miR-34a水平上调，Bcl-2 mRNA水平显著降低；与模型组比较，lncRNA HOTAIR模拟组大鼠肾组织病理形态改善，TNF-α、IL-1β含量明显下降，肾组织细胞凋亡率降低，肾组织miR-34a水平下降，Bcl-2 mRNA水平显著升高。该结果提示肾组织细胞凋亡是导致脓毒症AKI的关键因素，lncRNA HOTAIR过表达通过下调miR-34a/Bcl-2信号通路，抑制肾组织细胞凋亡，减轻脓毒症诱导的AKI。

Wu和Zheng等[7,8]探讨了lncRNA CRNDE对脓毒症相关AKI的影响及其机制，利用脂多糖(Lipopolysaccharides，LPS)体外诱导人肾近端小管上皮细胞(Human Kidney Cell 2，HK-2)损伤后,发现LPS处理可促进HK-2细胞CRNDE的表达，而过表达的CRNDE可通过调节miR-146a激活Toll样受体/NF-κB(Toll-like Receptors/Nuclear Factor Kappa-B，TLR4/NF-κB)通路，显著增加TNF-α、IL-6、IL-8和IL-1β等炎性细胞因子水平，促使细胞凋亡，指出CRNDE过表达可以加速LPS导致的炎症进展和HK-2细胞凋亡。对脓毒症患者肾组织lncRNA核富集转录体1(Nuclear Enriched Abundant Transcript 1，NEAT1)和lncRNA转移相关的肺腺癌转录体1(Metastasis-associated Lung Adenocarcinoma Transcript 1，MALAT1)的研究表明，lncRNA NEAT1可以通过靶向miR-204或调节let-7b-5p/TRAF6轴促进细胞凋亡和促炎症反应，并与LPS诱导的系膜损伤密切相关[9]。

Lu等[10]在脓毒症导致AKI的患者发现其lncRNA脓毒症所致肾损伤相关转录因子1(Sepsis-Induced Kidney Injury Associated Transcript 1，SIKIAT1)表达上调。足细胞是肾小球滤过屏障的重要组成成分，LPS可诱导足细胞损伤进而促进炎性因子的释放[11]。采用LPS刺激HK-2建立的体外模细胞损伤型发现，SIKIAT1作为miR-96-3p的竞争性内源RNA可增强叉头框蛋白A1(FOXA1)抗体的表达，促进HK-2细胞凋亡，提示下调SIKIAT1表达水平或可降低AKI患者HK-2细胞凋亡，保护肾脏功能。

2.2 lncRNA与脓毒症心肌损伤

脓毒症性心肌病(Sepsis-induced Cardiomyopathy，SIC)是脓毒症引起的心脏功能障碍。脓毒症患者中约有40%—60%伴发心肌损伤，SIC死亡率为70%—90%。成人脓毒症休克患者中约有25%—50%发生脓毒症心肌功能障碍(Sepsis-induced Myocardial Dysfunction，SIMD)。SIMD是可逆性心肌损伤，包括外周血管功能障碍和心肌功能失调，其

特点是左心室扩张、射血分数降低和心肌损伤[12]。脓毒症会导致过度炎症反应、免疫抑制、组织损伤，同时增加继发感染几率。肺腺癌转移相关转录子1(MALAT1)最初被发现是一种与肿瘤相关的lncRNA，主要参与基因表达的剪切和表观遗传调节，最近研究发现，MALAT1水平在盲肠结扎穿刺法构建的脓毒症模型中升高[13]。MALAT1可在内皮细胞中调节炎性介质如TNF-α和IL-6的合成，也可上调血清淀粉样抗原3(Serum Amyloid Antigen 3，SAA3)的表达。TNF-α已被证实是心肌功能不全的重要诱因之一，TNF-α不仅对心脏功能有负性肌力作用，还会引起细胞凋亡。SAA3是一种血清淀粉样蛋白A家族的主要急性时相反应蛋白，可以刺激TNF-α和IL-6产生的炎症配体。SAA3上调与心血管疾病风险增加相关，并预示急性冠脉综合征患者预后较差。Zhuang等[14]发现在miR-125b和p38 MAPK/NF-κB通路作用下，LPS刺激MALAT1表达上调，TNF-α增多，导致心肌炎症和功能紊乱，可诱导心肌细胞死亡。Wu等[15]发现HOTAIR参于脓毒病理过程，在脓毒小鼠心肌细胞中上调，通过NF-κB通路促进TNF-α合成增多，导致心肌损伤。

有研究发现，lncRNA 心肌梗死相关转录因子2(Myocardial Infarction Associated Rranscript 2，Mirt2)通过与microRNA相互作用调控免疫反应，Mirt2可抑制LPS诱导的HK-2细胞损伤引起的炎症反应。脓毒症大鼠心脏组织lncRNA Mirt2表达降低，而经腺病毒载体转染技术上调脓毒症大鼠Mirt2的表达后，通过PI3K/AKT信号通路可减少炎性因子的分泌，改善心肌收缩力。提示Mirt2参与脓毒症炎症反应和心功能的调节[16]。lncRNA NEAT1在LPS处理的心肌细胞中上调，敲除后可促进LPS诱导损伤的心肌细胞的活力提升、抑制凋亡和减轻炎症反应。MiR-144-3p在LPS处理的心肌细胞中下调，其过表达对LPS诱导的心肌细胞损伤的作用与NEAT1基因敲除的作用相似。同时，NEAT1可刺激miR-144-3p表达，其抑制剂可逆转NEAT1基因敲除对LPS诱导心肌细胞损伤的作用。作用途径均是通过调节NF-κB信号通路的活性，调控脓毒症心肌细胞损伤[17]。

最近有研究发现，脓毒症大鼠心肌组织lncRNA KCNQ1重叠转录物1(KCNQ1 Opposite Strand/antisense Transcript 1，KCNQ1OT1)显著下调，而miR-192-5p显著升高，KCNQ1OT1可抑制miR-192-5p的表达，KCNQ1OT1过表达或通过转染miR-192-5p抑制剂，可促进H9c2心肌细胞的存活，抑制其凋亡[18]。其作用机制是miR-192-5p与X连锁凋亡抑制蛋白(X-linked Inhibitor of Apoptosis Protein，XIAP)的3’UTR配对，抑制XIAP蛋白表达，而XIAP受KCNQ1OT1的正调控，因此KCNQ1OT1的下调通过调节miR-192-5p/XIAP轴来造成心脏损伤。

2.3 lncRNA与脓毒症肺损伤

急性肺损伤(Acute Lung Injury，ALI)是脓毒症的常见并发症之一，脓毒症诱发ALI的主要机制之一是炎性介质的过度释放导致免疫反应失控，诱导肺上皮细胞凋亡[19]。有研究探讨了lncRNA肿瘤易感性候选基因9(Cancer Susceptibility Candidate 9，CASC9)在脓毒症肺损伤种的作用，发现脓毒症大鼠肺组织中CASC9表达明显下调，miR-195-5p表达显著上调，CASC9过度表达或转染miR-195-5p抑制剂可显著提高人小气道上皮细胞(Human Small Airway Epithelial Cells，HSAECs)的活性，而转染miR-195-5p则作用相反。其作用机制是miR-195-5p靶向作用于丙酮酸脱氢酶激酶4(Pyruvate Dehydrogenase Kinase Isozyme 4，PDK4)基因的3’UTR，抑制PDK4蛋白水平，而PDK4由CASC9间接调控。CASC9通过调节miR-195-5p/PDK4轴，保护脓毒症肺上皮细胞免受损伤。

lncRNA牛磺酸上调基因1(Taurine Up-regulated Gene 1，TUG1)在小鼠ALI模型和LPS刺激的原代小鼠肺微血管内皮细胞(Pulmonary Microvascular Endothelial Cells，PMVECs)中具有调节作用。研究表明TUG1在ALI小鼠中的过度表达可减轻脓毒症所致的肺损伤、细胞凋亡和炎症反应，且TUG1对LPS处理的PMVECs也有保护作用，而MiR-34b-5p的表达与TUG1水平呈负相关。miR-34b-5p过表达会降低由TUG1抑制LPS刺激导致的PMVECs的凋亡与炎症发生概率。此外接头蛋白(Grb2-associated Binder1，GAB1)与miR-34b-5p表达水平呈负相关，但与TUG1表达呈正相关，TUG1通过靶向miR-34b-5p和GAB1减轻脓毒症诱导的炎症反应和细胞凋亡[20]。

有研究[21]探讨了lncRNA NEAT1和miR-125a在脓毒症中肺损伤的临床作用，发现与健康对照相比，脓毒症患者lncRNA NEAT1升高，miR-125a降低；受试者工作特征曲线(Receiver Operating Characteristic Curve，ROC)分析结果显示，高NEAT1或低miR-125a对急性呼吸窘迫综合征(Acute Respiratory Distress Syndrome，ARDS)风险有一定的预测价值。此外，与存活大于28天的患者相比，存活天数小于28天的患者观察到较高的NEAT1和较低的miR-125a，并且与脓毒症患者的累积死亡率增加相关，因此脓毒症患者NEAT1高表达和miR-125a低表达与ARDS风险增加、疾病严重程度增加和28天死亡率增高相关，而二者呈负相关。

核内不均一核糖核蛋白L相关免疫调节lncRNA(Heterogeneous Nuclear Ribonucleoprotein L (hnRNPL)-related Immunoregulatory LncRNA，THRIL)作为一种新lncRNA，最初被认为是炎症和免疫反应的关键介质，用于调节TNF-α的表达。THRIL与脓毒症患者APACHE Ⅱ评分和SOFA评分成正相关，可能机制为THRIL通过与hnRNPL形成复合物后与TNF-α启动子区域结合影响IL-1β、IL-6和IL-8炎性因子的表达，促进脓毒患者炎症反应，从而加重脓毒症患者的病情[21]。近四分之一的脓毒症患者会发生ARDS，继而引发肺损伤，这些患者的预后较差。THRIL在脓毒症患者发生ARDS时上调，对区分ARDS和非ARDS的脓毒症患者有很好的价值。原因可能是THRIL上调可诱导TNF-α的释放以及促进随后炎性介质的增加，提高肺微循环中自由基的水平，损伤肺泡上皮细胞，破坏肺微循环屏障，从而增加脓毒症患者发生ARDS的风险。有研究报道THRIL与多种microRNA结合，如miR-99a，miR-99a的过表达可抑制TNF-α、IL-6、IL-1β和单核细胞趋化蛋白1的产生[22]。因此THRIL可以通过富集结合抗炎microRNAs，在脓毒症患者中增强炎症水平。

2.4 lncRNA与脓毒症肝损伤

在脓毒症患者中，脓毒症导致的肝功能不全和肝功能衰竭的发生率分别高达46%和22%[23]。急性肝损伤(Acute Hepatic Injury，AHI)可发生在脓毒症的任何阶段，肝功能不全是脓毒症逐渐发展为多器官功能障碍的标志之一。

Bao等[24]采用CLP建立脓毒症AHI动物模型发现，lncRNA X失活特异性转录体(X Inactivate-specific Transcript，XIST)和溴样结构域蛋白4(Bromodomain Containing 4，BRD4)蛋白在脓毒症AHI模型中高表达；XIST基因敲除可显著抑制BRD4的表达，改善脓毒症所致AHI且抑制炎症、氧化应激和细胞凋亡过程。髓系细胞中缺乏BRD4的小鼠对LPS诱导的脓毒症有抵抗力。BRD4的过表达可消除XIST基因敲除对LPS诱导的Kupffer细胞炎症、氧化应激和凋亡的影响。因此可通过沉默XIST抑制BRD4的表达来减轻脓毒症诱导的AHI。

lncRNA-CRNDE起初被发现在结直肠肿瘤中有差异表达，随后大量报道证实其在多种癌症中均有异常表达。有研究[25]显示脓毒症模型肝组织和肝细胞CRNDE显著降低，而CRNDE上调可促进L02细胞的存活并抑制其凋亡，下调CRNDE则作用相反。且CRNDE在脓毒症大鼠肝组织中的表达与miR-126-5p的表达有关，转染miR-126-5p模拟物可逆转CRNDE对L02细胞凋亡的抑制作用。此外CRNDE能特异性结合miR-126-5p，降低其表达，进而促进Bcl2样蛋白12(Bcl2 Like Protein 12，Bcl2L12)抗体的表达。因此CRNDE的过度表达可减轻脓毒症所致的肝损伤，而CRNDE表达下调通过调节miR-126-5p和Bcl2L2加重脓毒症肝损伤。

3 结 语

脓毒症的发病率和死亡率都很高，是ICU的主要死亡原因。脓毒症的发生和进展迅速，了解脓毒症所致器官损伤机制是临床探索有效预防和治疗措施的基础。lncRNA是一类缺乏蛋白质编码能力的转录物，近年来被认为是多种疾病发生发展的驱动因素，虽然目前有一定研究初步探讨了lncRNA导致器官损伤的机制，由于与脓毒症相关lncRNA种类繁多，且对其认知甚少，未来还需要更多进一步的探索，为脓毒症的临床早期诊断，以及采取合适治疗措施和判断预后提供帮助。