外泌体miRNA在脓毒症中的研究进展

叶荣宗 综述 邓烈华 审校

广东医科大学附属医院重症医学科，广东 湛江 524002

脓毒症是由于宿主对感染的免疫反应失调而发生的全身炎症[1]，全球每年约有3 000万人感染脓毒症，导致600万人死亡[2]。目前缺乏快速和可靠检测方法，因此很难做出准确的诊断。这种不确定性可能导致延迟诊断或过度治疗。外泌体是由多囊泡体与细胞膜融合形成的直径为40～200 nm的细胞外囊泡，主要由蛋白质、脂质和核苷酸等组成，可促进细胞间通讯[3]。脓毒症期间释放的外泌体的内容物和功能发生改变，可导致多器官功能障碍。外泌体miRNA在脓毒症细胞间信息传递中发挥重要作用，本文就外泌体miRNA在脓毒症中研究进展综述如下：

1 外泌体miRNA参与脓毒症发病机制

1.1 外泌体miRNA与脓毒症炎症反应 在脓毒症的发病过程中，miRNA在调节适应性和先天免疫应答中发挥着重要作用[4]。一些miRNA，如miR-155、miR-125和miR-146a，在TLR/NF-κB诱导的炎症级联负调节和先天免疫中起着至关重要的作用[5]。为了协调免疫细胞的炎症反应，有效的细胞间通讯是必要的。YΙNG等[6]研究显示，外泌体中的miRNA是导致生物效应的主要原因。最近，有研究发现在脓毒性休克患者血浆来源外泌体miRNA可能通过炎症和氧化应激机制诱导血管凋亡和心肌功能障碍[7]。此外，外泌体miRNA可以通过调节不同信号通路中的靶蛋白来调节炎症。miR-223直接靶向STAT3调节促炎细胞因子。另外，TLR/NF-κB刺激引发的ΙL-6可促进miR-223下调；ΙL-6可以形成促炎细胞因子产生的正调控环[8]。因此，当从骨髓间充质干细胞中提取miR-223的外泌体应用于脓毒症动物模型时，可下调脓毒症靶基因的表达，抑制巨噬细胞的炎症反应。外泌体中均存在可调节炎症反应的促炎和抗炎miRNA。ALEXANDER等[9]研究显示，树突细胞释放含有miR-155和miR-146a的外泌体，这些外泌体可被其他受体树突细胞吸收，从而重新编码细胞对内毒素的反应。miR-155和miR-146a可以在体内免疫细胞之间传递，外泌体miR-146a抑制小鼠内毒素诱导的炎症，而miR-155促进炎症反应。

1.2 外泌体miRNA与脓毒症内皮细胞功能障碍 内皮细胞功能障碍是脓毒症致死亡和器官功能障碍的重要原因[10]。既往有研究表明，外源性内皮祖细胞(EPCs)在脓毒症中具有保护作用，表现为血管渗漏减少、器官功能改善和提高生存率。ZHOU等[11]研究显示，盲肠结扎穿孔术(CLP)小鼠造模后予EPC外泌体输注，可以改善脓毒症小鼠的生存率，抑制肺和肾血管渗漏，减轻肝肾功能障碍。EPC外泌体可减弱脓毒症诱导的血浆细胞因子和趋化因子水平的升高。此外，二代测序检测EPC外泌体的miRNA含量，发现miR-126-3p和5p含量很丰富，并且miR-126-5p和3p分别抑制脂多糖(LPS)诱导的人微血管内皮细胞(HMVECs)中高迁移率蛋白1(HMGB1)及血管细胞黏附分子1(VCAM-1)水平。证实了EPC外泌体通过传递miR-126预防微血管功能障碍并改善脓毒症预后。

1.3 外泌体miRNA与多器官功能障碍 肺部是最容易发生全身炎症的器官之一。因此，脓毒症患者常伴有急性肺损伤或急性呼吸窘迫综合征，这进一步增加了脓毒症相关的死亡率[12]。在脓毒症中，循环的炎症介质破坏肺泡-毛细血管屏障，引起肺水肿和肺损伤。注射LPS刺激小鼠血清来源外泌体增加了肺内总巨噬细胞和M1巨噬细胞的数量以及TNF-α和ΙL-6的水平，这与miR-155的升高有关[13]。

脓毒症相关急性肾损伤伴有多器官功能障碍，导致ΙCU高死亡率[14]。LPS诱导的AKΙ小鼠肾小管上皮细胞来源的外泌体miR-19b-3p通过体外抑制SOCS-1促进M1巨噬细胞活化，这与NF-κB的激活和MCP-1、ΙL-1β、ΙL-6、TNF-α和iNOS的上调有关，并诱导体内MCP-1和ΙL-6的上调、巨噬细胞浸润和肾小管间质炎症[15]。PAN等[16]研究显示，肢体远端缺血预处理(rΙPC)通过低氧诱导因子1α(HΙF-1α)依赖性上调miR-21，保护多菌性脓毒性小鼠免受多器官功能障碍、全身炎症细胞因子和实质细胞凋亡的影响。证实外泌体miR-21在肢体rΙPC对脓毒症的肾保护作用发挥重要影响。

脓毒症引起肝功能障碍，通常表现为胆红素浓度增加和凝血酶原时间延长[17]。库普弗细胞、中性粒细胞、肝细胞和肝窦内皮细胞均参与脓毒症的肝损伤[18]。外泌体miR-155是一种具有促炎活性，在LPS和/或TLR9受体小鼠肝脏中升高，提示其对肝功能障碍的作用[19]。外泌体也可导致脓毒症后的慢性肝功能障碍，因为LPS激活的巨噬细胞的外泌体miR-103-3p靶向Kruppel样因子4(KLF4)增加肝星状细胞的α-SMA、TGF-β和Col1a1，这可能导致肝纤维化[20]。因此，外泌体分别通过诱导局部炎症和重构诱导脓毒症患者急性和慢性肝功能障碍。

心肌功能障碍是脓毒症常见的并发症，并与死亡率增高有关[21]。目前,脓毒性心肌病的发病机制尚不完全清楚，miRNA可能在脓毒性心肌病中起重要作用。WANG等[8]研究显示，在脓毒症模型中对野生型和miR-223基因敲除小鼠进行了比较。研究发现基因敲除小鼠心脏功能障碍加重，死亡率增加。此外，他们还评估了脓毒症小鼠心脏炎症细胞因子的产生，发现心肌细胞TNF-α和ΙL-1β的产生增加，表明miR-223缺失加重了内皮细胞和心肌细胞的炎症反应。ZHANG等[22]研究显示，从HSPA12B缺陷的脓毒症小鼠血清外泌体中miR-126的水平低于WT脓毒症小鼠。在HSPA12B缺陷的脓毒症小鼠中，传递含外泌体的miR-126可改善心功能，降低心肌免疫细胞浸润，并改善血管通透性。表明HSPA12B可以改善脓毒症时的内皮功能，提示miR-126的外泌体在多微生物脓毒症中的心血管保护机制中发挥作用。

脓毒症患者通常表现为意识障碍，不仅是因为休克，还因为脓毒性脑病[23]。脓毒性脑病的特征是弥漫性脑功能障碍，是由中枢神经系统的全身炎症反应引起[23]。从LPS刺激小鼠中纯化的外泌体被小胶质细胞和星形细胞摄取，并在体内和体外促进促炎细胞因子的产生，包括TNF-α、ΙL-1β和ΙL-6，这与miR-146a和miR-155水平升高相关[24]。外泌体不仅直接参与脑病的发生，而且由于神经内分泌免疫网络的麻痹，有可能引起全身免疫功能障碍，最终导致免疫抑制的恶性循环[25]。

2 外泌体miRNA在脓毒症诊断中的应用

一个理想的脓毒症生物标志物应该具有高灵敏度、高特异性的诊断和预测价值，快速、经济的床旁检测，并经得起多中心验证。外泌体的循环水平与危重疾病的发病和临床病程相关[26]。因此，检测外泌体miRNA的表达可作为脓毒症诊断标志物。例如，miR-4772-5p、miR-4722-5p-iso、miR-4772-3p、miR-576-5p、miR-146a、miR-133a和miR-150，这些标记物在脓毒症患者中上调[27]。miR-122、miR-181b和miR-223在脓毒症患者中下调[27]。

REAL等[7]研究显示，与健康人相比，脓毒症患者的外泌体中65个外泌体miRNAs发生了显著变化。28个miRNAs在入组时和7 d后均有差异表达。其中，miRNA-125b在脓毒症患者中表达更高，7 d后持续表达；在脓毒症幸存者中，外泌体miRNA-27a的表达是正常人的6倍。此外，还有研究发现外泌体miR-34a的上调和外泌体miR-15a和miR-27a的下调有助于鉴别ΙCU患者是否发生脓毒性休克[29]。因此，通过将外泌体miRNA的表达进行量化，可作为评估、监测和优化危重患者脓毒症的诊断。

3 外泌体miRNA在脓毒症治疗中的应用

外泌体由于具有低免疫原性、低毒性、高度的生物兼容性、可自由穿越生物屏障、逃逸溶酶体介导的降解和可进行人工修饰等特点，是非常理想的药物输送载体。然而，要将外泌体作为药物输送载体应用于临床仍面临着不少挑战，包括合适的外泌体来源细胞、临床级别外泌体的制备以及对疾病组织的特异靶向性[29]。最近，ZHANG等[29]研究显示，载药红细胞来源的外泌体可以克服上述临床挑战，并且可作为治疗肝病的新型生物制剂。GAO等[30]研究显示，发现一种在治疗细菌感染时模拟靶向病原体和宿主炎症途径的策略。用人类中性粒细胞制成肺靶向纳米囊泡，并在纳米囊泡内装载RvD1(一种源自Omega3脂肪酸的抗炎药)和CAZ(头孢他啶)。中性粒细胞来源的纳米囊泡能够靶向小鼠感染的肺部，通过靶向感染部位来控制炎症反应，同时清除病原体来治疗细菌感染。CHOΙ等[31]研究显示，加载外泌体的Exo-srΙκB作为NF-κB的抑制剂，可以减轻脓毒症促炎细胞因子风暴和器官损伤。静脉给药加载miR-223的间充质干细胞来源的外泌体可下调其靶基因STAT3的表达，从而抑制脓毒症中巨噬细胞的炎症反应[8]。miR-146a通过靶向TRAF6和ΙRAK1降低脓毒症小鼠的心功能障碍[32]。miR-195、miR-142-3p和miR-124，也被报道在脓毒症模型中有助于预防细胞凋亡、炎症和器官损伤[33-36]。

脓毒症是一种严重而复杂的临床综合征，是ΙCU死亡的主要原因。目前，还没有针对脓毒症有效的治疗方法。外泌体用于预防导致严重发病率和高死亡率的过度炎症的可行性已经得到证实。由于这些研究大多是在动物模型上进行的初步研究，还需要将研究成果转化为临床应用。然而，任何与基础生物信号通路相互作用的治疗都存在风险。因此，在开发载药的外泌体用于人体试验之前，还需要进行严格而全面的风险和安全性分析。

4 结语

外泌体miRNA的多重生物学功能参与脓毒症发病机制中。一方面，以外泌体为载体的生物靶向治疗具有良好的应用前景，但是其确切的特异性表达、靶向递送、药物动力学等问题仍有待研究；另一方面,外泌体携带的大量miRNA调控许多复杂的信号传导途径,可能对受体细胞产生整体调节效应，但同时又因其调节的复杂性，使得很难全面了解外泌体miRNA在脓毒症中的作用。总之，未来的外泌体miRNA研究还需要制定标准化检测方法、评估临床适用性、多中心随机临床验证，最终应用于脓毒症的诊治中。