脓毒症致急性肺损伤相关的microRNAs研究进展

王宁宁 林家凯 罗小燕 孙斌

滨州医学院附属医院急诊科，滨州 256600

脓毒症是一种以全身炎性反应为特征的破坏性极强的综合征［1］，是世界范围内造成急重症患者死亡的常见病因。因其进展迅速，发病机制复杂，早期病因诊断困难，病死率为28%～56%［2］。脓毒症可致机体促炎和抗炎过程失衡，诱导全身炎症级联反应发生，导致特异性免疫功能障碍，最终可能会发生多器官功能障碍综合征［3］。

脓毒症是急性肺损伤（acute lung injury，ALI）或急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）最常见的病因。当致病因素触发ALI时，肺巨噬细胞被激活，招募中性粒细胞和循环巨噬细胞至肺损伤部位，进一步释放各种炎症因子和介质，既可直接损伤肺泡上皮细胞和血管内皮细胞，也可间接诱导细胞发生氧化应激损伤，最终引起细胞发生程序性死亡，加重ALI的病理状态，使肺泡毛细血管通透性增加，引起弥漫性肺组织水肿，进一步继发为RDS［4-6］。

MicroRNAs是一种小分子非编码核糖核酸，通过与特定mRNA的3，UTR结合达到负调节基因表达的目的，一个microRNAs可以结合多个mRNAs，一个mRNA可以被多个microRNAs调控［7］。MicroRNAs在不同的病理过程中起关键作用，与脓毒症引起的不同器官功能障碍之间存在联系，具备作为疾病诊疗标志物的潜力。例如，Yuan等［8］实验证明，在脓毒症大鼠模型中，microRNA-30a通过调节Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK/STAT）信号通路靶向细胞因子信号转导抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS-1），使肝脏细胞增殖受抑制，并促进肝细胞凋亡，提示microRNA-30a可能是诊断脓毒症致肝损伤的一个潜在指标。Zhang等［9］实验证明，microRNA-21-5p可通过下调转录因子Runt相关转录因子1（RUNX1）来减轻脓毒症引起的肾脏损伤，从而对脓毒症引起的急性肾衰竭中肾脏组织内皮形成保护。

MicroRNAs具有较高的生物特异性、选择性和保守性，可作为临床诊断及治疗脓毒症的理想生物标志物，通过分析其变异水平能辅助确诊脓毒症并判断疾病预后［10］。因此深入研究microRNAs与脓毒症之间的关系，有助于脓毒症的早期诊断和治疗，现对相关microRNAs异常表达及作用机制进行综述。

炎症变化相关的microRNAs

全身炎性反应综合征的启动是脓毒症致急性肺损伤发病机制的一个关键环节，与炎症相关的细胞因子和趋化因子产生有关［11］。

1.与TLR-4/NF-κB调节轴相关：microRNA-21与microRNA-17

ALI可引起高迁移率族蛋白B1、线粒体DNA和热休克蛋白等细胞损伤相关模式分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）的释放［12］。Toll样受体（toll like receptors，TLRs）通过识别一系列DAMPs，激活核转录因子-κB（NF-κB）通路，进而诱导炎性因子表达和释放，启动一系列级联反应，导致炎性反应恶化［13］。

相关研究证实，过表达microRNA-21的细胞暴露于脂多糖后，能抑制TLR-4的表达和NF-κB的激活，导致促炎细胞因子水平被显著抑制，抗炎细胞因子水平被显著升高，可见microRNA-21通过靶向NF-κB信号通路负向调节脂多糖诱导的炎性反应，实现对机体的保护［14］。Fu［15］实验同样表明，microRNA-17可通过TLR-4/NF-κB信号通路抑制炎性反应，减轻脂多糖诱导的小鼠ALI。由此证明，microRNAs在免疫炎症过程中，通过调节TLR/NF-κB信号通路，调控炎性反应，microRNA/TLR-4/NF-κB调节轴可能是ALI患者治疗的候选靶点。

2.与巨噬细胞激活和极化相关：microRNA-30d-5p与microRNA-16-5p

巨噬细胞被过度激活，从而失控性释放炎性因子是脓毒症致肺损伤的关键因素［16］。巨噬细胞作用微妙，早期发挥促炎作用，在晚期则表现出抗炎作用。

Jiao等［17］研 究 表 明，microRNA-30d-5p通 过 抑 制SOCS-1，从而致NF-κB信号通路被激活，可增强巨噬细胞的激活和死亡，促进脓毒症后的炎性反应并诱发肺损伤。Tian等［18］实验证明，microRNA-16-5p可促进巨噬细胞极化并减轻小鼠肺损伤。MicroRNAs通过靶向特定的炎症因子及炎症相关的信号通路，调控ALI过程中肺泡巨噬细胞的激活及极化，调节机体的炎性反应。进一步证明靶向不同的microRNAs调节巨噬细胞的激活和极化，可能是ALI/ARDS患者的一个新的治疗靶点。

3.与SOCS1-JAK/STAT信号通路相关：microRNA-155

JAK/STAT信息通道被认为是炎性反应的重要信号通路，由酪氨酸激酶的相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT组成，可受多种细胞因子、干扰素、激素和生长因子的调控［19-20］。SOCS被认为是JAK/STAT信号通路的负调控蛋白，可下调炎症因子表达，减轻机体炎性反应［21］。

有研究证实，microRNA-155抑制剂能使SOCS1 mRNA的表达上调，从而抑制JAK/STAT信号通路激活，减轻肺组织炎性反应［22］。可见microRNA-155可通过靶向SOCS1-JAK/STAT信号通路负向调控肺组织炎性反应，为治疗脓毒症致ALI提供新的研究方向。

氧化应激相关的microRNAs

氧化应激是脓毒症诱导ALI的另一个特征。巨噬细胞和中性粒细胞等炎症细胞扩散到肺上皮细胞和内皮细胞上，在肺组织内积累增加，产生多余的活性氧（ROS），损伤全身血管内皮细胞功能，破坏线粒体功能，并引起肺泡细胞的氧化损伤［23］。

1.与调节沉默信息调节因子1（SIRT1）相关：microRNA-133a

SIRT1是调节氧化应激和炎症的重要因子［24］。激活SIRT1能抑制ROS的产生，从而防止脓毒症引起的氧化应激和肺损伤［25］。

Chen等［26］研 究 表 明，在 脓 毒 症 小 鼠 模 型 中microRNA-133a的表达增加，为进一步探讨其潜在分子机制，研究者利用生物信息学分析发现SIRT1的3’UTR和microRNA-133a之间存在结合位点，microRNA-133a过表达会下调SIRT1蛋白水平；激活的SIRT1可以抑制炎症细胞因子的表达，逆转microRNA-133a对脓毒症小鼠肺脏的氧化应激损伤，此项研究有力地支持了microRNA-133a作为脓毒症标志物的临床分析，为脓毒症致肺损伤的早期发现提供了一个靶点。

2.与线粒体自噬相关：microRNA-221-5p

线粒体在氧化应激过程中起重要作用，它既是ROS的产生者，也是ROS损伤的目标，对细胞氧利用、能量产生、免疫信号传导和细胞凋亡产生有害影响［27］。C-Jun氨基末端蛋白激酶2（JNK2）通过靶向小线粒体替代阅读框（smARF）促进泛素介导的蛋白酶体降解，从而应激诱导线粒体自噬，防止线粒体功能障碍，抑制炎症小体的活化，减轻炎性反应［28］。

Yang等［29］实验表明，在脓毒症致ALI小鼠模型中，JNK2的缺失加剧了肺部炎症和损伤，与疾病严重程度呈负相关。微小RNA测序结果表明，microRNA-221-5p的种子序列与JNK2 mRNA的3’UTR相匹配，与JNK2 mRNA水平呈动态负相关。因此，microRNA-221-5p通过靶向JNK2，致线粒体功能障碍，从而加重脓毒症小鼠的肺部炎症和损伤，为疾病的早期诊断提供一个理想的生物标志物。

细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）相关的microRNAs

PCD包括细胞凋亡、细胞坏死样凋亡、细胞自噬和细胞焦亡［30］。

1.细胞凋亡相关microRNAs

外源性刺激因素和内源性炎症介质可通过各种凋亡途径引起内皮细胞凋亡，降低关键炎症介质的表达、抑制细胞凋亡，可保持肺内皮屏障的功能［31］。内皮是启动、维持及调节机体对感染反应的关键，内皮细胞功能的改变，是脓毒症病理生理过程的核心［32］。

1.1.MicroRNA-195 Bcl-2蛋白家族能调节内源性细胞凋亡，它包括促凋亡成员和抗凋亡成员，当抗凋亡成员占优势时，则细胞凋亡减少［33］。前病毒插入位点1（PIM-1）激酶已被证实参与多种细胞过程，例如细胞凋亡、细胞存活、基因转录和一般信号转导途径，它是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，PIM-1激酶已被认为是一种重要的抗凋亡因子［34］。

Zheng等［35］实验表明，抑制microRNA-195可减少脓毒症小鼠的多器官损伤，通过抑制microRNA-195会导致Bcl-2、PIM-1因子表达的上调，抗内皮细胞凋亡，防止肺微血管白蛋白渗漏，减轻器官损伤。因此在疾病的早期通过调控抑制microRNA-195，可作为一种脓毒症治疗的潜在干预措施，从而进一步提高脓毒症患者的存活率。

1.2.MicroRNA-139-5p Rho相关卷曲螺旋蛋白激酶（rho-associated coiled-coil containing kinases，ROCKs）在脓毒症诱导的肺损伤中起关键作用，Rho/ROCK信号通路是调节血管内皮细胞通透性的主要信号通路，与脓毒症患者的预后呈负相关［36］。Zhao等［37］实验表明，microRNA-139-5p通过下调ROCK1表达，减轻ALI诱导的细胞凋亡，确保正常的肺泡-毛细血管通透性屏障不被破坏，突显其对肺脏的保护作用，因此microRNA-139-5p也可作为脓毒症诱导的肺损伤的潜在治疗靶点。

1.3.MicroRNA-128-3p 半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶（caspase）家族是一组在细胞凋亡过程中起非常重要作用的效应分子，能导致正常肺泡-毛细血管通透性屏障的破坏，使富含白蛋白的水肿液泄漏到肺间质和肺泡中，引起弥漫性肺组织水肿，加重肺组织损伤［38］。Liu等［39］实验证明，microRNA-128-3p过表达降低了促炎因子白细胞介素（IL）-6和IL-1β的表达，并抑制了细胞凋亡指标caspase-3的转录活性，显著逆转肺损伤过程中的细胞凋亡，microRNA-128-3p可能为脓毒症致肺损伤的临床治疗提供新的分子靶点。

2.细胞自噬相关的microRNAs

细胞将细胞器或细胞质蛋白吞噬形成囊泡，再与溶酶体融合成自噬溶酶体，进一步降解其内容物，该过程称为自噬，自噬在脓毒症的诱导中得到证实［40］。控制细胞自噬过程，对脓毒症诊断及治疗意义重大。

自噬相关基因7（ATG7）是一种重要的自噬基因，与编码自噬小体形成所必需的E1酶有关，ATG7的缺失可诱导IL-1β表达，并激活炎性小体释放，进一步加重炎症对机体的损伤［41］。Li等［42］实验证明，microRNA-210-3p能抑制ATG7对自噬的影响，增加炎性细胞因子的表达，降低了内皮屏障功能，增加了通透性，并显著减少了血管生成，从而诱发ALI，这也为临床诊断脓毒症患者提供了新的策略。

3.细胞焦亡相关的microRNAs

焦亡是促炎细胞死亡程序的一种。细胞焦亡依赖于caspase-1，当caspase-1被激活时，可导致IL-1β和IL-18加工和成熟，分泌到细胞外，募集更多的炎症因子，形成级联性炎性反应，从而对机体造成损伤［43］。Chen等［44］研究中，当抑制脓毒症小鼠microRNA-34a时，可导致caspase-1的活化受影响，能进一步减少IL-1β和IL-18的分泌，改善细胞焦亡，最终使肺部炎症得以改善。microRNA-34a可作为治疗脓毒症引起的肺损伤的潜在治疗靶点。

结 语

目前，越来越多的学者认为高炎症表现、氧化应激反应及内皮细胞程序性死亡在脓毒症致ALI的病理生理中起着核心作用，microRNAs在此发挥重要调节作用，有助于脓毒症的早期诊断和治疗。

对于脓毒症致肺损伤患者的早期诊断是临床治疗疾病的主要挑战。越来越多的研究表明，在脓毒症致ALI过程中，特异性microRNAs发挥着重要的调控作用。从这个意义上说，通过识别特异性生物标志物，有可能实现ALI的早期诊断，具备一定的诊疗价值。然而，单一的生物标志物可能不足以诊断这种异质性综合征，生物标志物的组合可能会提高诊断的准确度。因此，对脓毒症致ALI中生物标志物组合进行系统深入研究，在临床治疗上具有重要意义，也将成为未来实验研究的重心。

此外，针对脓毒症致ALI的治疗，我们可以尝试设计microRNAs模拟物转入受损的肺组织中，以靶向调控各类信号通路，实现对脓毒症患者的早期治疗。今后对microRNAs的探究也将为脓毒症致肺损伤的病理生理学机制提供新理念，为脓毒症的治疗提供新靶点。