MicroRNA在脓毒症心肌损伤中的研究进展*

宋杨一嫣综述 杨 芰 李 文审校

脓毒症作为一种高致死疾病，是导致重症监护患者死亡的主要原因之一[1]。脓毒症会诱发一系列并发症，其中心肌损伤是脓毒症最易导致的并发症之一。脓毒症引起心肌损伤约占脓毒症患者总数的25%[1]。脓毒症心肌损伤并非由于心肌灌注不足或慢性心肌劳累而导致的心脏功能恶化，其在患病之前并不存在，随着脓毒症的发生而出现，同时随着脓毒症的治愈而恢复的一种可逆性病变。脓毒症心肌损伤缺乏典型的临床表现，主要表现为心室扩张，舒张和收缩功能障碍，抗感染治疗不能改善心功能。一直以来，脓毒症心肌损伤的具体发病机制分为线粒体相关机制和以氧化应激和炎症反应为主的非线粒体机制。现今缺乏对脓毒血症心肌损伤机制的深入理解，同时临床上尚无针对脓毒症心肌损伤的有效治疗手段。因此，探究脓毒症心肌损伤的发病机制可为预防和治疗脓毒症心肌损伤的提供理论基础。

MicroRNA (miRNA)是一类19-24个核苷酸大小的以“发夹环”结构为特征的非编码miRNA，主要通过特异性与靶基因3’-UTR配对结合，参与转录后调控。有报道[2]表明，miRNA在维持机体生理稳态，调节生长发育，以及疾病进展中发挥了关键作用。miRNA种类众多，其参与机体各类病理生理过程的调节，部分miRNAs在维持正常心脏功能中发挥了极其重要的作用，特别是与炎症相关的心血管疾病。同时，miRNA对于疾病的早期诊断及治疗具有极高的应用前景。目前脓毒症心肌损伤缺乏有效的诊断与治疗手段，本文就miRNA在脓毒症心肌损伤中作用机制的研究进展进行综述，为miRNA应用于脓毒症心肌损伤的诊断与治疗开拓新的方向。

1 miRNA在脓毒症心肌损伤中的作用

目前关于脓毒症心肌损伤的发病机制，主要认为是在脓毒症发生后，机体炎症反应和氧化应激水平升高，心肌细胞凋亡增多，进而影响心脏正常功能，导致脓毒症心肌损伤的发生。在这一过程中，miRNA通过多种途径参与了脓毒症心肌损伤的发生发展过程。

1.1 miRNA通过调控炎症反应参与脓毒症心肌损伤

目前的证据表明，高迁移率族蛋白B1(High Mobility Group Protein B1，HMGB1)和细胞核因子/k基因结合核因子(Nuclear Factor of Kappa Light Polypeptide Gene Enhancer in B cells，NF-κB)是介导机体炎症发生的两种重要蛋白，HMGB-1是一种重要的炎症介质，其在重症炎症及炎症的慢性化病理进程中极为重要。NF-κB作为一类细胞中关键的转录调节因子，其激活后诱导多种细胞炎症因子的表达，加速炎症反应的发生。因此，结合miRNA对机体多种病理生理过程的调控机制，探讨miRNA通过调控HMGB1以及NF-κB的功能参与脓毒症心肌损伤过程成为当前研究的重点。

HMGB1作为一类重要的机体炎症调节蛋白，寻求可调控HMGB1功能的上游miRNA对于调控脓毒症心肌损伤具有极其重要的意义。通过盲肠结扎或穿刺构建大鼠脓毒症心肌损伤模型，发现miRNA-181b表达显著升高，且通过双荧光素酶实验验证miRNA-181b通过下调HMGB1的表达抑制炎性因子的产生进而减轻患者全身炎症反应，降低心肌细胞凋亡率，减轻脓毒症心肌损伤程度[1]。更有研究发现，miRNA-193-3p通过调控信号转导和转录激活因子3(Signal Transducer and Activator of Transcription 3，STAT3)/HMGB1轴减轻脓毒症引起的心肌损伤[2]。LncRNA GAS5也被证实在脓毒症心肌损伤小鼠心肌组织中高表达，且通过抑制miRNA-449b激活HMGB1/NF-κB通路加重脓毒症诱导的心肌损伤[3]。

NF-κB作为机体炎症水平调控的主要通路，其对于脓毒症心肌损伤的调控极为重要。研究发现，miRNA-101-3p通过上调丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1(Mitogen Activated Protein Kinase Phosphatase 1，MAKP1)，抑制MAPK/NF-κB信号通路的激活，进而减轻脓毒症诱导的心肌损伤[4]。在心肌组织过表达miRNA-365a-3p后，通过靶向抑制髓样分化蛋白(Myeloid Differential Protein-88，MyD88)/NF-κB通路抑制脓毒症诱导的心肌损伤[5]。miRNA-98被发现在脓毒症心肌损伤中通过负调控高迁移率族蛋白A2( High Mobility Group Protein 2，HMGA2)抑制NF-κB的激活，降低全身炎症反应，进而减轻脓毒症心肌损伤[6]。在脓毒症心肌损伤中，miR-208a-5p表达下调，其下游靶蛋白细胞因子信号传导抑制蛋白2(Suppressor of Cytokine Signaling 2，SOCS2)表达升高，激活NF-κB/缺氧诱导因子1α(Hypoxia Inducible Factor 1 alpha，HIF-1α)通路，诱导心肌细胞凋亡，参与脓毒症心肌病的发生[7]。综上可知，miRNA通过调控NF-κB功能，调控炎症反应过程，参与脓毒症心肌损伤的发生发展，且不同miRNA调控NF-κB的机制均不相同。

1.2 miRNA通过调控心肌细胞凋亡参与脓毒症心肌损伤

研究表明，在大鼠脓毒症心肌损伤模型中，于心肌组织过表达miRNA-214后，与脓毒症组比较，miRNA-214过表达组大鼠血清心肌肌钙蛋白I(cTnI)含量明显降低，心肌凋亡率降低，进一步研究发现，miRNA-214可能通过激活磷酸酶和张力蛋白同系物(Phosphatase and Tensin Homolog，PTEN)/蛋白激酶B(Protein Kinase B，AKT)信号通路的活化，抑制心肌细胞凋亡而发挥心肌保护作用[8]。在脓毒症小鼠心肌损伤模型中，研究者发现，褪黑素可以减轻脓毒症诱导的心肌损伤，并发现其可能通过上调心肌组织中miRNA-223的表达抑制白细胞介素-1β(IL-1β)与白细胞介素-6(IL-6)等炎性因子的释放，减轻全身炎症反应水平，减少心肌细胞凋亡，维持心脏正常功能[9]。为进一步探讨miRNA在脓毒症心肌中的作用，通过转录组测序分析LPS诱导脓毒症心肌损伤小鼠心肌组织与对照组小鼠心肌组织，进行测序发现：miRNA-155-5p、miRNA-21-3p、miRNA-222-3p、miRNA-135a-1-3p、miRNA-3091-5p、miRNA-5620-3p、miRNA-324-3p、miRNA-450-5p的表达在小鼠脓毒症心肌损伤后，其表达水平均发生显著改变。深入研究发现，miRNA-21-3p可能通过抑制SH3结构域连接蛋白2(SH3 Domain-containing Protein 2，SORBS2)加重LPS诱导的心肌损伤[10]。

1.3 miRNA通过调控心肌细胞氧化应激水平参与脓毒症心肌损伤

线粒体作为机体细胞内唯一提供ATP的细胞器，维持其正常功能状态对于维持细胞的病理生理功能以及组织器官的正常运转极为重要。在机体正常过程中，心脏需要大量的ATP维持其正常的收缩活动，因此需要心肌细胞内线粒体通过氧化磷酸化产生ATP提供能量。此外，线粒体对于调控心肌细胞钙稳态、活性氧以及相关信号转导均具有重要作用。线粒体功能紊乱导致细胞内氧化应激稳态失衡也被认为是诸多心血管疾病发病的主要机制。

有研究表明，LncRNA MIAT 通过靶向miR-330-5p/肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNF Receptor-associated Factor 6，TRAF6)/NF-κB 轴调控线粒体膜电位，活性氧水平促进脓毒症诱导的心脏损伤的炎症和氧化应激损伤[11]。miR-484 通过靶向抑制原癌基因Yes相关蛋白1(Yes Associated Protein 1，Yap1)，促进线粒体分裂进而加重LPS诱导的心肌细胞凋亡与炎症反应[12]。miRNA-210-3p可通过靶向作用于NADH氧化还原酶辅酶4，损伤线粒体功能，促进ROS产生，损伤细胞色素C氧化酶IV亚型1(Cytochrome C Oxidase Subunit IV，COXⅣ)活性，促进线粒体细胞色素C的释放，进而诱导心肌细胞凋亡，加重心肌细胞损伤[13]。同时，通过分离脓毒症心肌损伤患者血清中外泌体，发现外泌体中miRNA-1262含量显著升高，双荧光素酶实验证明miRNA-1262靶向干预SLC2A1的转录，葡萄糖转运蛋白1(Solute Carrier Family 2 Member 1，SLC2A1)是线粒体能量代谢的重要蛋白，在人心肌细胞中敲低SLC2A1抑制糖酵解速率，促进心肌细胞凋亡，并通过进一步实验发现，脓毒症心肌损伤患者血清中外泌体可能通过miRNA-1262靶向干预心肌细胞SLC2A1的转录，抑制线粒体糖酵解速率，促进心肌细胞凋亡，加重脓毒症心肌损伤[14]。

2 miRNA作为重要中间节点参与脓毒症心肌损伤

2.1 LncRNA通过调控miRNA参与脓毒症心肌损伤

miRNA的表达以及功能调控可以通过LncRNA对miRNA的海绵吸附效应实现。体内、体外实验发现，脓毒症心肌损伤发生后，LncRNA CYTOR表达下调，miRNA-24表达上调，通过生物信息学分析发现，LncRNA可与miRNA-24相互作用，并负调控其表达水平，而miRNA-24可以通过靶向抑制XIAP加重脓毒症心肌损伤，因此，LncRNA通过调控miRNA水平参与到脓毒症心肌损伤过程[15]。更有研究发现，LncRNA KCNQ1OT1通过调控miRNA-192-5p/XIAP轴减轻脓毒症诱导的心肌损伤[16]。同时LncRNA NEAT1通过抑制miRNA-144-3p促进脓毒症心肌损伤[17]。

LncRNA XIST通过调控miRNA150-5p/c-Fos/TXNIP轴促进心肌细胞焦亡，参与脓毒症诱导的心肌损伤过程[18]。更有研究发现，以LPS刺激H9C2心肌细胞后，LncRNA ZFAS1表达下调，通过双荧光素酶实验发现LncRNA ZFAS1通过解除miRNA-34b-5p对SIRT1的抑制作用，减轻心肌细胞凋亡，缓解脓毒血症诱导的心肌损伤[19]。与此同时，LncRNA H19作为心血管疾病发生发展过程中极为重要的一类LncRNA，也被发现可以通过诱导miRNA-93-5p/精氨酸结合蛋白2(Sorbin and SH3 Domain Containing 2，SORBS2)轴减轻脓毒症心肌损伤程度[20]。同时，LncRNA H19还被发现可以通过抑制miRNA-874促进水通道蛋白1(Aquaporin1，AQP1)的表达，减轻心肌组织炎症水平，缓解脓毒症诱导的心肌损伤[21]。在脓毒症心肌损伤过程中，LncRNA PVT1通过靶向抑制miRNA-29a，导致miRNA-29a对HMGB1表达的靶向干扰过程被阻断，HMGB1表达上调，促进巨噬细胞向M1型转化，加重脓毒症心肌损伤[22]。更有研究发现，LncRNA MALAT1在脓毒症心肌损伤动物和细胞模型中表达上升，且通过抑制miRNA-26a-5p对钙加压素2(Calcipressin-2，RCAN2)的抑制作用加速脓毒症心肌损伤[23]。可见，LncRNA对脓毒症心肌损伤的发生发展具有重要作用，而miRNA是LncRNA调控脓毒症心肌损伤的关键中间节点。

2.2 中药单体及复方通过调控miRNA表达参与脓毒症心肌损伤

中药单体以及相关中药复方在抗炎，抗氧化应激等方面具有较明显的效果。研究发现，金丝桃柑是一类黄酮类化合物，具有较强的抗炎作用，其可通过抑制miRNA-21在心肌组织中的表达，减轻炎症水平，调节心肌细胞活力，减轻脓毒症诱导的心肌损伤[24]。同时，苦参碱通过抑制LncRNA PTENP1上调miRNA-106b-5p的表达，缓解心肌细胞凋亡，保护心脏正常功能，缓解由脓毒症所致心肌功能不全[25]。也有研究发现，中药复方升降散可通过上调miRNA146a的表达靶向抑制TLR-4/NF-κB信号通路的激活，通过降低机体炎症反应，减轻脓毒症诱导的大鼠心肌损伤[26]。可见，miRNA在中药单体及中药复方对治疗脓毒症心肌损伤的治疗上，可能发挥核心调控作用。

2.3 miRNA作为细胞间相互作用的关键节点参与脓毒症心肌损伤

细胞的交互作用在脓毒症心肌损伤中也发挥了多重影响。有研究发现，在小鼠脓毒症心肌损伤模型中，M2型巨噬细胞来源的外泌体中miRNA-24-3p含量降低，而miRNA-24-3p在进入心肌细胞后可通过抑制肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF Related Apoptosis Inducing Ligand，Tnfsf10)表达，减轻脓毒症诱导的心肌损伤[27]。骨髓间充质干细胞衍生的外泌体，在到达心肌组织后，主要通过诱导心肌组织内miRNA-141表达上调，抑制PTEN表达，增强β-Catenin的活性进而减轻心肌组织在脓毒血症过程中的损伤程度[28]。内皮细胞在维持心脏的供血与营养之中必不可少，研究发现，大鼠内皮细胞以LPS处理后，通过超高速离心从细胞培养基中分离出外泌体，测序分析发现，miR-221-3p、miR-222-3p、miR-221-5p、miR-155-5p、miR-1247-3p、mir-129- 5p、miR-148a-5p 和 miR-222-5p表达发生显著变化，并可能通过影响 Bcl-2同源拮抗蛋白(Bcl 2 Homologous Antagonist Killer，BAK1)、P53 和 PTEN 的表达变化，减轻脓毒症心肌损伤[29]。内皮祖细胞衍生的细胞外囊泡中miRNA-375-3p表达含量显著上升，miRNA-375-3p通过抑制Bromodomain结构域结合蛋白4(Bromodomain Containing Protein 4，BRD4)激活PI3K/AKT通路，抑制心肌组织氧化应激水平，炎症反应水平以及心肌细胞凋亡，改善脓毒症诱导的心肌损伤[30]。

3 miRNA在脓毒症心肌损伤临床诊断中的应用

脓毒性心肌损伤缺乏与其它心肌损伤有效鉴别的临床指标，miRNA也可在机体循环系统中稳定存在并发挥作用，因此，部分研究者尝试寻求脓毒症心肌损伤患者血清中筛选出特异性变化的miRNA。有研究者发现，在脓毒症心肌损伤患者血清中miRNA-155-5p及miRNA-133a-3p较对照组显著升高，且通过ROC曲线分析可见，miRNA-155-5p及miRNA-133a-3p对脓毒症心肌损伤灵敏度高，特异性强，对脓毒症心肌损伤有着较高的诊断价值[31]。小儿脓毒症心肌损伤是导致患儿死亡的重要因素之一，但是部分患儿脓毒症心肌损伤的临床症状表现并不明确，而cTnI、NT-proBNP、CK-MB对小儿脓毒症心肌损伤的诊断存在一定的局限性。通过将患儿血清内miRNA-497含量与心肌损伤相关血清学指标比较发现，miRNA-497含量与cTnI在心肌损伤后血浆含量相关性强，对于诊断脓毒症心肌损伤的灵敏度及特异度与cTnI类似，其可能作为小儿脓毒症心肌损伤的血清学特异性诊断标志物，cTnI与miRNA-497联合检测可进一步提高脓毒症心肌损伤的准确性[32]。同时，研究也表明，miRNA-328可能是脓毒症心肌损伤的诊断标志物，其ROC曲线的AUC为0.926，敏感性为87.6%，特异性为86.36%[33]。可见，探索miRNA在脓毒症心肌损伤患者血浆中的表达变化，并将其应用于脓毒症心肌损伤的早期诊断，有着较强的临床应用潜力。

4 总结与展望

自1993年miRNA被发现以来，关于miRNA的研究一直是当前的热点与难点问题。对这些单链RNA的研究有助于提升人们对细胞病理生理和分子机制的理解。越来越多的研究表明，miRNA在脓毒症心肌损伤中发挥了重要作用，包括对炎症、凋亡、氧化应激等多方面的调控作用，参与了脓毒症心肌损伤疾病的进展。虽然目前关于miRNA在脓毒症心肌损伤中的作用还存在争议，但有多项动物实验结果表明部分miRNA能够作用于脓毒症心肌损伤的治疗靶点，研发针对特定miRNA的替代或者抑制药物可能对治疗脓毒症心肌损伤，改善脓毒症患者预后有重要意义。

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