miRNA作为脓毒症及其并发症生物标志物的研究进展

秦晓梦，任国庆

(1.江苏大学第一临床医学院，江苏 镇江212001； 2.江苏大学附属医院急诊科，江苏 镇江 212001)

脓毒症3.0是指严重感染因素引起的机体过度反应，导致(危及生命的)器官功能障碍和(或)循环衰竭，是严重创伤、烧伤、休克、感染、大手术等常见的并发症。在充足的液体复苏基础上仍伴有无法纠正的持续性低血压即为脓毒性休克[1-2]。在发达国家，脓毒症导致的死亡率高达27%～36%[3]。目前认为，脓毒症导致器官功能障碍的主要作用机制是血流动力学持续异常改变所致的组织灌注障碍与细胞能量代谢异常[4-5]。目前临床上脓毒症有诊断延误和预后差的特点，因此仍是一种致死性疾病。许多生物标志物(如C反应蛋白、降钙素原)在脓毒症患者中的临床应用已被报道，并能提高脓毒症的诊治水平[6]。但由于脓毒症的临床特征复杂，同时一些生物标志物的敏感性和特异性不高，其早期诊治仍较困难。微RNA(microRNA，miRNA)在炎症反应中起关键作用，近年来已被证明是脓毒症的一个潜在生物标志物[7]。现就miRNA在脓毒症及其并发症中的研究进展进行综述，以探讨miRNA作为脓毒症临床诊疗标志物的可能性。

1 miRNA的特性

miRNA是一类由内源基因编码的单链小RNA分子，长度约22个核苷酸，不被翻译成蛋白质，但参与蛋白质翻译过程。从第一个miRNA被发现距今已有近30年[8]。目前人类基因组中有近3 000个miRNA。脓毒症时，机体内的miRNA水平发生变化，既可以促进炎症因子释放引起炎症反应，又可以抑制炎症因子表达，同时可以诱导肿瘤细胞凋亡进而抑制免疫系统。miRNA和信使RNA(messenger RNA，mRNA)(miRNA:mRNA)在靶mRNA的3′非翻译区相互作用[9]。但miRNA也可以结合到其他的mRNA结构域。每个miRNA可以调控多个基因靶点，多个miRNA可能针对同一蛋白编码mRNA，因此，miRNA也可以在靶向mRNA翻译的抑制和激活之间切换[10]。

miRNA具有3个主要特征：时间与空间的特异性、高选择性、结构与序列的保守性，使其成为医学临床诊断的理想生物标志物。与其他生物标志物相比，miRNA在循环中保持稳定，具有高度保守性。miRNA与不同RNA结合蛋白和脂蛋白复合物的联系使其能够抵抗RNA酶、温度的剧烈变化、反复冻结和融化以及pH值的变化。体液中miRNA的存在是多种机制作用的结果：细胞凋亡或坏死后从细胞碎片中释放miRNA[11]，微囊(包括外泌体)的主动脱落，蛋白结合物的分泌[12]。由于miRNA分子量相对较小和缺乏转录后处理，推测miRNA可能是脓毒症中可靠的预后和靶向生物标志物。miRNA存在于细胞内外，细胞外的miRNA被称为循环miRNA。而这些细胞外miRNA具有高度保守性和特异性，普遍存在于一些体液中，成为容易获取的生物样本[13]。miRNA最早被用于肿瘤的诊断，近年来有研究发现miRNA可用于其他疾病的诊治，如心脑血管疾病等[14]。Lin等[15]发现了5个miRNA(miR-199b-3p、miR-1975、miR-15b、miR-199b-3p和miR-421)可以作为肝癌诊断的生物标志物。Alieva等[16]报道了5个 miRNA(miR-7、miR-9-5p、miR-9-3p、miR-129和miR-132)可以作为非侵入手段来诊断帕金森病。Jansen等[17]在冠心病患者中发现了一些异常表达的miRNA，如miR-126、miR-222、miR-21、miR-20a、miR-27a、miR-92a、miR-130、miR-199a、miR-217、miR-9na-2a、miR-21、miR-2a。其中miR-126、miR-199a的表达水平较高。上述研究为miRNA作为脓毒症生物标志物奠定了一定的基础。

2 miRNA作为脓毒症的生物标志物

miRNA的表达与脓毒症的诊断和预后密切相关。脓毒症的临床表现主要是免疫系统的炎症反应，包括促炎级联的激活和代偿性抗炎反应，最终导致器官衰竭和死亡。炎症期的主要特征是白细胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)等促炎因子的增加；而相比之下，代偿性抗炎反应综合征是免疫瘫痪的特征，包括IL-4、IL-10、IL-13、转化生长因子、粒细胞集落刺激因子和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、可溶性TNF受体和IL-1受体拮抗剂的产生。TNF是炎症过程中的中心因子，也是公认的炎症性疾病的药物靶点，Puimège等[18]在动物实验中证实,miR-511抑制内毒素血症，糖皮质激素的抗炎作用部分通过诱导miRNA介导，导致TNF受体1蛋白表达减少。miR-30a在脂多糖诱导的脓毒症中通过靶向信号转导与转录激活因子1抑制人单核细胞MD-2的表达[19]。

在脓毒症的诊断中，miR-25的准确性高于C反应蛋白和降钙素原[20]，miR-25水平可能与脓毒症患者的氧化应激有关，有望成为抗氧化治疗的靶点。同时有研究发现miR-223与脓毒症的严重程度和炎症标志物水平相关，可能成为脓毒症诊断和预后的生物标志物之一[21]。有研究发现，miR-146表达水平与脓毒症患者28 d转归密切相关[22]。Huang等[23]推测了一些新的、可靠的miRNA(如miR-7b、miR-15b、miR-16、miR-210、miR-324-3p、miR-484、miR-486-5p、miR-340、miR-324-3p)可作为脓毒症诊疗的生物标志物。Wang等[24]发现，miR-122、miR-193b、miR-483-5p、miR-574-5p与脓毒症相关，且miR-122与28 d死亡率相关。以上研究表明，miRNA不仅可作为脓毒症诊断的新型生物标志物，还可参与脓毒症的治疗。

3 miRNA作为脓毒症导致器官功能障碍的生物标志物

3.1心功能障碍 脓毒症引起的心功能障碍反映在射血分数降低和舒张末期容积升高，其机制尚不明确。研究发现，炎症与免疫调节机制的相互作用可加剧脓毒症相关心功能障碍的进程，但目前尚无特效药物能预防脓毒症引起的心功能障碍[25]。脓毒症及脓毒症休克患者中大约有一半存在循环衰竭。miRNA通过调控线粒体功能参与心肌缺血再灌注损伤。近年来miR-200家族在心血管疾病中的作用引起广泛关注，其成员包括miR-200c、miR-141、miR-200a、miR-200b、miR-429。某些miRNA在健康心脏组织中高表达，如miR-1、miR-16、miR-27b、miR-30d、miR-126、miR-133、miR-143，因此可能发挥维持正常心脏功能的作用[26]，而其他miRNA则与炎症和心血管疾病相关[27]。有研究表明，miRNA在脓毒症引起的心功能不全中发挥重要作用，如Wang等[28]证明miR-233抑制可导致脓毒症引起的炎症、心肌功能障碍加重，死亡率升高。同时有研究证明了抑制miR-155对脓毒症导致的心功能障碍具有保护作用[29]。He等[30]建立了异丙肾上腺素诱导的小鼠心力衰竭模型，发现miR-1a-3p通过增强线粒体编码的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶1和线粒体编码的细胞色素C氧化酶Ⅰ，可以缓解小鼠的心力衰竭。蔡华忠等[31]发现血清miR-155-5p和miR-133a-3p在脓毒症心肌损伤中的表达增高，且其特异性与敏感性均高于血清脑钠肽和肌钙蛋白。Gao等[32]报道了miR-146a通过靶向IL-1受体关联激酶和TNF受体相关因子6抑制心肌细胞和炎性单核细胞中核因子κB的激活、炎症细胞浸润和炎症细胞因子的产生，进而减轻脓毒症导致的心力衰竭症状。Jia等[33]证明抑癌基因性别决定区域Y框6和程序性细胞死亡因子4是miR-499的靶基因，它们通过激活Bcl-2家族途径促进脂多糖诱导的心肌细胞凋亡。而心肌保护剂miR-499可抑制过表达抑癌基因性别决定区域Y框6和程序性细胞死亡因子4促进细胞凋亡的过程。因此，上述miRNA可能成为脓毒症新的生物标志物。但之前的研究中入组标准仍是按照脓毒症1.0或2.0诊断标准，现在需要依据脓毒症3.0诊断标准进行大量的研究[34]。

3.2肝功能障碍 肝功能障碍在脓毒症患者中较常见。肝脏具有储藏糖原、调节代谢、解毒、造血和凝血等作用。急性肝损伤可发生在脓毒症的各个阶段，而其诊断标准目前尚不明确，临床上脓毒性休克急性肝损伤死亡率居高不下。脓毒症时动脉压降低与静脉压升高，导致肝血流量减少，微血栓的形成进一步加重肝损伤[35]。miR-125参与炎症、免疫反应、肝脏损伤等病理生理过程[36]。急性肝损伤严重影响脓毒症的预后，被认为是脓毒症死亡率的独立危险因素[37]，而改善肝损伤或肝衰竭可以明显降低脓毒症的死亡率。Roderburg等[38]对小鼠肝缺血再灌注损伤后血清miR-122水平及肝脏miR-122表达进行分析，将这些数据与小鼠盲肠结扎穿刺术后的数据进行比较，同时分析了223例危重病患者和57例肝硬化患者的血清miR-122水平。结果显示，在小鼠和人中miR-122是一个独立、有效的肝损伤和肝细胞死亡的标志物，而与潜在的疾病无关。Yang等[39]构建小鼠脓毒症模型，发现miR-155拮抗剂可减轻miR-155和丙氨酸转氨酶水平。有研究报道，miR-124可能参与丙型肝炎的发生发展过程[40]。综上所述，miR-125、miR-122、miR-155、miR-124均对脓毒症肝功能障碍有预测价值。

3.3肾功能障碍 脓毒症占所有急性肾损伤病例的50%以上，脓毒症合并急性肾损伤增加了单纯脓毒症的死亡风险。尽管脓毒症合并急性肾损伤患者接受了血液透析治疗，但病死率仍居高不下。脓毒症导致急性肾损伤的具体机制尚未完全阐明，主要涉及血流动力学、微循环、炎症及免疫机制、肾小管上皮细胞的适应性机制等[41-42]。目前，脓毒症致急性肾损伤的病情评估主要依靠炎症标志物(降钙素原)以及肾功能指标(血尿素氮、血肌酐)，但降钙素原、尿素氮、肌酐对患者早期诊断的预测价值有限。当肌酐开始升高时肾小球滤过率通常增加50%以上，具有明显的滞后性，难以发现肾损伤[43]。Jia等[44]证实通过激活miR-21目标信号通路，可以防止脂多糖引起的急性肾损伤。Colbert等[45]构建小鼠脓毒症模型，敲除miR-223发现，miR-223与急性肾损伤有关。缺乏miR-223时，小鼠表现出严重的急性肾损伤，而在未敲除miR-223的脓毒症感染小鼠中，急性肾损伤减弱。但其敏感性、特异性与传统感染生物标志物相比无明显优势。Li等[46]研究结果表明，miR-204/miR-211下调部分地解释了h6家族同源盒1上调的原因，miR-204/miR-211-h6家族同源盒1信号轴可能参与宿主的免疫抑制，从而导致念珠菌引起的肾功能不全。有研究在动物实验的肾组织细胞中检测到高甲基化的miR-203，可以诱导肾细胞凋亡和坏死，螺内酯处理可降低miR-203的表达，减少肾细胞凋亡[47]。但以上研究中，肾脏替代治疗可能会影响结果的准确性。

3.4肺功能障碍 急性肺损伤(acute lung injury，ALI)/急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)在脓毒症导致的器官功能障碍中较为常见，脓毒症引起的急性肺损伤可损伤肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞，导致弥漫性肺间质和肺泡水肿，造成急性低氧性呼吸功能不全，其发展至严重阶段可导致ARDS，早期识别可能出现的ARDS对脓毒症诊治至关重要。目前脓毒症引起的ALI/ARDS仍缺乏特异性生物标志物，脓毒症相关ARDS不同于非脓毒症相关ARDS，两者的临床特点、预后以及炎症因子等生物标志物水平具有明显差异。有研究显示，miRNA在脓毒症诱导的肺损伤中具有潜在作用，Ying等[48]发现miR-127可靶向B细胞淋巴瘤6并显著下调双特异性磷酸酶1的表达，进而增强c-Jun氨基端激酶，从而促进促炎巨噬细胞的发育。有研究报道，miR-802通过下调pellino E3泛素蛋白连接酶家族成员2对脂多糖诱导的ALI具有保护作用，miR-802/pellino E3泛素蛋白连接酶家族成员2轴可作为ARDS的干预靶点[49]。Liu等[50]通过核因子κB依赖性上调miR-200c-3p来降低血管紧张素Ⅱ水平，导致血管紧张素Ⅱ水平升高，进而导致肺损伤，从而确定了病毒性和细菌性肺部感染诱发ALI/ARDS的共同机制。Liu等[51]采用大鼠腹腔注射脂多糖诱导ARDS，检测发现3、6、12 h脓毒症大鼠血清和肺组织中的miR-23a-5p具有不同程度的升高，表明miR-23a-5p可作为早期ARDS的潜在生物标志物。一项研究表明，miR-490通过靶向多药耐药相关蛋白4可以减轻脓毒症新生小鼠ALI[52]。Qiu等[53]研究显示，长链非编码RNA牛磺酸上调基因1通过靶向miR-34b-5p和牛磺酸上调基因1，参与炎症和细胞凋亡过程，从而减轻脓毒症。上述研究可能成为脓毒症并发肺损伤诊疗的新方法。

3.5凝血功能障碍 脓毒症时可以发生严重的凝血功能障碍，凝血功能障碍与严重脓毒症的死亡率有关。脓毒症导致凝血障碍的机制复杂多样，主要原因是微血管内皮损伤。脓毒症凝血功能障碍主要是指血小板减少，引起血小板减少的机制可能有以下几点：细菌、病毒等产生的毒素抑制骨髓，导致骨髓造血功能减弱，血小板生成减少；血小板破坏和消耗增加，如弥散性血管内凝血和免疫相关机制；血液稀释、出血[54]。一项试验检测发现重症脓毒症血小板减少患者血浆IL-18和miRNA表达水平升高，miR-130a表达降低，提示IL-18和miR-130a可能参与重症脓毒症血小板减少的病理生理过程[55]。此外，Wang等[56]通过检测脓毒症患者的miR-223、miR-15a、miR-16、miR-122、miR-193b及miR-483-5p发现，只有miR-122在凝血异常患者中显著高于凝血正常患者，且血清miR-122水平与活化部分凝血活酶时间、纤维蛋白原和抗凝血酶Ⅲ水平相关。但上述miRNA影响凝血功能的机制目前尚不明确。关于miRNA作为脓毒症生物标志物的研究大部分样本量较小，且无统一的测量标准，需要进一步提高其检验标准化。

4 小 结

越来越多的研究结果支持miRNA在脓毒症中的重要作用，表明其在宿主免疫应答和炎性疾病发病机制中发挥重要作用。一些miRNAs已被证实在脓毒症患者中异常表达，如miR-150、miR-122、miR-25可能作为脓毒症早期诊断和预后的生物标志物。在脓毒症或由手术创伤引发的免疫抑制过程中，潜伏的亚临床病毒通过干扰正常的免疫反应途径被重新激活，从而导致脓毒症的死亡率和发病率增加，但需要更大样本量的研究进行验证。