微小RNA与脓毒症发病机制研究进展

张 杰， 李小悦， 陈建平， 韩 静

遵义医科大学第五附属(珠海)医院 重症医学科，广东 珠海 519100

脓毒症是因感染所致的机体炎症反应失调而引起危及生命的器官功能障碍[1-2]。脓毒症严重时可并发多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODS)，是危重症患者主要死亡原因之一。脓毒症的发病率呈逐年上升趋势，病死率为22%～55%[3-4]。脓毒症发病机制复杂，是多种因素相互作用的结果，主要包括肠道细菌/内毒素移位、受体与信号转导、炎症平衡失调与免疫麻痹、凝血功能障碍等。多种细胞因子、炎症介质抑制剂在动物实验研究中取得一定进展，但其临床应用的疗效仍需进一步研究证实。研究报道，微小RNA(microRNA，miRNA)可通过调控脓毒症患者炎症反应参与多器官功能损害，在脓毒症发生、发展过程中发挥重要作用[5-7]。了解miRNA对脓毒症的精细调控机制，有助于诊断脓毒症及研制特效的靶向药物，改善患者预后。本研究对miRNA与脓毒症发病机制研究进展作一综述，现报道如下。

1 miRNA结构与功能

1993年，Lee等[8]在秀丽新小杆线虫中首次发现miRNA，命名为“miRNA-lin-4”。miRNA是由19～25个核苷酸组成的内源性非编码RNA分子，由细胞核内RNA聚合酶-2作用于基因转录和经转录后加工修饰而来，在细胞质中合成，主要以微囊泡形式进入循环。miRNA主要存在于细胞内，在细胞外多种体液(如血液)中同样存在，称为循环miRNA。细胞外miRNA具有体积小、结构简单、高稳定性和特异性等优点，且可被快速检测，因此，miRNA有望作为诊断脓毒症的生物标志物[9-10]。miRNA功能主要是通过识别靶mRNA的3′非转录区并与之结合，引导沉默复合体降解mRNA或阻碍其翻译，影响蛋白质表达[11-12]。一种miRNA可调节数百种mRNA，具有多种功能，而几个miRNA也可共同调节一种mRNA。

2 miRNA与脓毒症

脓毒症是机体与病原体相互“反应”的结果。当病原体侵入机体时，机体固有的免疫系统对病原体或其释放成分产生反应，导致多种炎症细胞激活，大量促炎因子和炎症介质被释放，这些炎症因子会通过自身的正反馈作用产生级联瀑布效应，引起机体过度炎症反应。机体内抗炎因子也会代偿性升高，此时，机体促炎、抗炎反应同时存在，处于复杂的免疫状态。能与上述病原体结合的受体被称作“模式相关受体”，主要包括3类：Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)、核苷酸结合寡聚化结构域(nucleotide binding oligomerization domain,NOD)-C末端富含亮氨酸的重复序列和视黄酸诱导基因Ⅰ解旋酶样受体。当病原体侵入机体，机体内不同的TLRs对其识别，促进白细胞介素6、核转录因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)等促炎因子及白细胞介素10等抗炎因子的产生[13]。近些年，通过聚合酶链式反应和微阵列等技术发现，多种miRNA在脓毒症中表达失调，且部分miRNA可用于区分脓毒症的感染类型、严重程度和预测预后。在脓毒症的发病机制中，miRNA在适应性和先天性免疫反应的调节中都发挥重要作用。当宿主处于脓毒症状态，机体免疫系统既受到免疫抑制，又处于加剧的促炎状态[14]。在促炎状态下，miRNA调控机体内许多炎症因子过度表达。miRNA可在转录和翻译水平上控制肿瘤坏死因子α产生。Cao等[15]研究报道，miRNA-181上调增强了肿瘤坏死因子α基因的降解。Zhou等[16]研究报道，脓毒症患者miRNA-146a下调与白细胞介素6浓度升高相关。miRNA可通过靶向TLR信号通路来调节机体炎症反应[17]。刺激TLRs可诱导NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶途径的激活，导致脓毒症发展过程中巨噬细胞、单核细胞产生促炎细胞因子[18]。TLRs存在多种亚型，这些受体在不同刺激下发挥不同生理功能，并定位于细胞内不同位置，如TLR4存在于细胞表面，而TLR3位于细胞内囊泡膜[19]。具有革兰氏阴性菌脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)激动剂的TLR4是脓毒症中最具特征性的受体之一。TLR4在识别LPS后，开始招募髓系分化主要反应蛋白88(myeloid differentiation primary response 88，MyD88)，随后MyD88招募白细胞介素1R相关激酶(interleukin-1 receptor associated kinase，IRAK)4、IRAK1、IRAK2激活和泛素化肿瘤坏死因子受体相关因子6。由于随后转化生长因子-β激活激酶1(transformgrowth factor-β-activated kinase 1，TAK1)结合蛋白2的泛素化，TAK1被激活。这导致NF-κB激酶(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKK)复合物的抑制剂被激活，NF-κB基本调节剂被磷酸化，从而释放含有p50和p65的NF-κB转录因子，转位到细胞核，致使前炎症基因转录，如白细胞介素6和肿瘤坏死因子α[20]。同时，MyD88非依赖的TLR4信号也在感染引起Ⅰ型干扰素的产生时被诱导，这一途径也受到miRNA的广泛调控[21-22]。有研究报道，miRNA-155、miRNA-125和miRNA-146a被发现在TLR/NF-κB诱导的炎症级联反应的负性调节和天然免疫中起重要作用[23-24]。miRNA-146a直接调控肿瘤坏死因子受体相关分子-6(tumor necrosis factor receptor associated factor-6，TRAF6)和白细胞介素1受体相关激酶-1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)的表达，这两个分子是TLR信号通路中的关键适配分子[25]。此外，miRNA-146a在体外单核细胞的内毒素耐受中也起重要作用[26]。研究发现，MyD88蛋白表达受miRNA-200b和miRNA-200c的影响[27]。TLR4介导的NF-κB活化可导致肿瘤坏死因子α和白细胞介素6等促炎细胞因子的过度产生，而这些细胞因子的表达也是miRNA的直接靶点。miRNA-579、miRNA-221和miRNA-125在LPS耐受过程中对肿瘤坏死因子α具有抑制作用[28]。在TLR4信号调节因子中，阻断NF-κB转位的乙酰胆碱酯酶受miRNA-132调控，翻译抑制剂程序性细胞死亡因子4(programmed cell death factor 4，PDCD4)受miRNA-21调控[29-30]。

3 miRNA与脓毒症多器官功能损害

3.1 脓毒症相关肝损伤 急性肝损伤是脓毒症常见并发症，可发生在脓毒症各个阶段，严重可导致肝衰竭。脓毒症肝损伤主要受损的是肝实质细胞和库普弗细胞。脓毒症时，内毒素作用于库普弗细胞表面相关受体，活化以TLR通路为主的信号传导通路，激活细胞核转录炎症因子，释放以肿瘤坏死因子α、白细胞介素1、白细胞介素6为主的促炎因子及以白细胞介素10为主的抗炎因子，形成早期炎症反应风暴及后期免疫抑制。miRNA-155在脓毒症肝损伤时表达水平增高，可能是通过调节炎症反应信号通路来调节固有免疫。用不同病原体及其产物刺激巨噬细胞发现，TLR可被激活，其下游的NF-κB、MyD88等信号通路活化，使miRNA-155表达上调，miRNA-155表达上调后可通过抑制IRAK1及TRAF6负向调节TLR-NF-κB信号通路[31]。在TLR信号通路调节中，腱糖蛋白C为内源性TLR调节蛋白，在巨噬细胞内TLR4活化后调节肿瘤坏死因子α的产生。有研究证明，腱糖蛋白C通过miRNA-155发挥调节肿瘤坏死因子α的作用[32]。miRNA-155可通过多水平作用于病原模式识别受体相关信号通路，从而调节脓毒症相关肝损伤，可能成为评估脓毒症相关肝损伤的生物标志物。

3.2 脓毒症相关肾损伤 急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)也是脓毒症常见并发症之一，是影响急危重症患者预后的重要因素。有研究报道，AKI是危重症患者常见并发症，其中，50%的AKI与脓毒症相关联[33-34]。研究发现，miRNA不仅参与肾正常发育，还通过细胞的粘附及凋亡、炎性细胞招募和靶向血管生成等途径在AKI的细胞凋亡、炎性反应、免疫应答等方面起重要调控作用[35-36]。miRNA可能通过以下机制调控AKI。(1)炎性反应机制。Amrouche等[37]发现，在单侧肾缺血再灌注损伤小鼠模型中，miRNA-146a通过抑制白细胞介素1受体相关性激酶1及趋化因子(C-X-C基序)配体[Chemokine(C-X-C motif)ligand，CXCL]8/ CXCL1表达而保护肾功能，敲除miRNA-146a后，肾小管损伤、炎症性浸润及肾纤维化均明显加重。有研究发现，脓毒症相关AKI患者血清中miRNA-142-3p的表达明显增加[38]。这表明miRNA-142-3p可能也参与脓毒症相关AKI，但具体作用机制尚未明确。(2)免疫应答机制。miRNA-10a能调节辅助性T细胞比例，是调控脓毒症免疫应答水平的关键因子之一，其异常表达与脓毒症诱发AKI的免疫失衡程度存在相关性，这对于早期评估脓毒症患者病情以及预后具有较好的特异性和敏感性[39]。Lin等[40]通过TaqMan低密度芯片对脓毒症相关AKI患者血浆中的30种miRNA进行分析，其中，miRNA-210和miRNA-494的高表达与患者血清肌酐和胱抑素C水平呈正相关，而与miRNA-205的低表达呈负相关，这提示上述miRNA均有可能成为脓毒症诱发AKI的早期诊断生物标志物；研究证实，miRNA-205是脓毒症诱发AKI的独立危险因素，其表达下降与患者存活时间缩短有关。

3.3 脓毒症相关心肌损伤 脓毒症患者中，心肌损伤发生率较高，病死率高达70%～90%[41]。脓毒症相关心肌损伤会引起心肌细胞受损，导致患者心脏收缩功能受限、射血分数降低，其致病机制复杂，涉及炎症因子、氧化应激等。研究发现，miRNA-125b可通过靶向TRAF6介导的NF-κB途径，显著抑制细胞间粘附分子-1和血管细胞粘附分子-1表达，抵抗心肌组织中巨噬细胞和中性粒细胞聚集，降低血清肿瘤坏死因子α和白细胞介素1β水平[42]。Wang等[43]研究报道，miRNA-27a可降低NF-κB p65蛋白的磷酸化水平和抑制其脱氧核糖核酸结合活力，调节过氧化物酶体增值剂激活受体γ水平，下调肿瘤坏死因子α表达，从而减轻脓毒症小鼠炎症反应。miRNA-155通过抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信号通路，减少巨噬细胞和中性粒细胞进入心肌组织，减轻炎症反应[44]。Wang等[45]研究发现，在脓毒症小鼠模型的心肌细胞中，miRNA-223水平下降，敲除miRNA-223后可使小鼠心肌细胞中白细胞介素6及转录激活因子3水平上调，miRNA-223缺失的脓毒症小鼠心功能不全及炎性反应更严重，病死率明显升高。

4 结语

多种miRNA可通过调控脓毒症患者炎症反应参与机体多器官功能损害，从而调控脓毒症发生、发展。越来越多的专家和学者专注于研究miRNA对脓毒症调控机制及其与多脏器功能障碍的关系，使得多种miRNA可能成为诊断脓毒症的生物标志物，为脓毒症的诊断和预后评估提供新方向。然而，脓毒症机制复杂，目前研究仅限于免疫紊乱机制及信号通路，并未大规模开展其他方向的研究。今后，仍需大量研究进一步明确miRNA在脓毒症中的病理生理机制，为脓毒症基因水平、靶向药物治疗提供理论依据。