脓毒症相关miRNA的研究进展

王博媛 综述,胡 美 审校

中国人民解放军战略支援部队特色医学中心重症医学科,北京 100020

脓毒症是指因严重感染引起宿主免疫反应失调的全身炎症反应综合征,易导致致命性的多器官功能衰竭,是重症医学科最常见且病死率极高的危急重症[1]。全世界记录脓毒症患者约48 900万例,其中1 100万例患者死亡[2]。据统计,我国脓毒症患者病死率为35.5%,脓毒症休克患者的病死率甚至高达51.94%[3]。尽管临床治疗手段不断完善,但脓毒症休克患者的病死率仍居高不下,因此早期筛查和诊断是改善脓毒症预后转归的重要因素。然而由于其发病机制较为复杂,涉及自身免疫、炎症、凝血等不同病理、生理机制。近年来,有学者认为脓毒症的发病机理与遗传学存在很大的联系,并且在基因水平上有关脓毒症的研究已取得显著成果。因此,微小RNA(miRNA)可以作为脓毒症潜在的早期筛查生物标记物,为脓毒症的临床精准诊断和治疗提供明确方向。

miRNA是一种内源性非编码RNA分子,长度为17～25个核苷酸,其通过与目的mRNA的3′端非翻译区结合,特异性抑制靶mRNA分子的翻译,从而影响基因表达[4]。1993年,LEE等[5]在秀丽隐杆线虫中发现了第一个miRNA lin-4基因,并阐明了它的作用。近年来,研究发现miRNAs在维持生物体自身稳态及参与疾病病理、生理过程等方面都发挥了重要作用[6]。本文就部分miRNA在脓毒症中的潜在作用机制进行系统的综述。

1 miRNA-150

miRNA-150基因位于人类染色体19q13.33上,它通过靶向c-Myb在造血过程中发挥重要作用。c-Myb是一种亮氨酸拉链转录因子,在淋巴细胞发育中起重要作用[7]。miRNA-150在B淋巴细胞、T淋巴细胞和自然杀伤细胞中高表达,同时在免疫细胞分化和免疫应答过程中作为基因表达的主调控因子出现,因此,它在免疫应答的调控中发挥了重要作用[8]。VASILESCU等[9]最早发现和证实了血清中的miRNA-150可作为早期诊断脓毒症的标志物,脓毒症患者miRNA-150表达水平显著下调。MA等[10]发现,血清miRNA-150对脓毒症患者具有诊断和独立预测预后价值,与肾功能不全、28 d生存率及血清白细胞介素-6 (IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平呈负相关。近来,LIU等[10]使用人脐静脉内皮细胞(HUVECs)和脓毒症小鼠模型了解miRNA-150的作用机制,发现过表达miRNA-150可抑制HUVECs免受脂多糖(LPS)诱导的细胞凋亡,同时可以靶向核因子κB(NF-κB),猜测miRNA-150可能是通过人类肺腺癌转移相关转录本1介导的NF-κB通路调控脓毒症诱导的血管内皮细胞内质网应激。ZHANG等[12]发现在脓毒症发生、发展的过程中涉及NF-κB、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶等多个信号通路,其有多个预测靶点,包括先天病原体检测、凋亡信号、细胞因子转导和MAPK/NF-κB转导信号,证实miRNA-150可以靶向趋化因子受体4型(CXCR4),而CXCR4在缺血组织的干细胞动员和迁移中发挥重要作用,所以miRNA-150可能是干细胞向缺血组织迁移以进行新血管形成和修复的新型治疗靶标。相关文献表明miRNA-150在血管渗漏、免疫应答的过程中发挥重要作用[13]。吴梅秋等[14]发现脓毒症患者血清miR-150表达水平相对健康者明显降低,并且与C反应蛋白(CRP)、中性粒细胞与淋巴细胞比值、序贯器官功能衰竭评估评分、急性生理与慢性健康状态评估评分呈负相关。潘琴艳等[15]研究发现下调miR-150有助于细菌的大量增殖,引发炎症级联反应,从而加重患者病情。在上述研究中,miRNA-150表达水平在脓毒症发生、发展过程中均呈下降趋势。因此笔者认为miRNA-150在脓毒症的发病机制中具有重要作用。

2 miRNA-146a

miRNA-146家族由miR-146a和miR-146b两个成员基因组成,miRNA-146a位于人类5号染色体上,miRNA-146b位于人类10号染色体上。POE等[16]通过启动子发现miRNA-146a是一个NF-κB依赖基因,其通过下调IL-1受体相关激酶1(IRAK1)和TNF受体相关因子6(TRAF6)蛋白水平的负反馈调节回路控制Toll样受体和细胞因子信号转导发挥作用,同时IRAK1和TRAF6为miRNA-146翻译后抑制的靶基因,miRNA-146参与TLR4/MyD88/IRAK1/TRAF6的信号级联反应,触发IκB激酶、c-Jun氨基末端激酶、NF-κB和激活蛋白-1的激活,导致免疫应答基因上调。通过NF-κB/IRAK1/TRAF6/miR-146a负反馈调控环,炎症反应活性降低。miRNA-146在多种细胞炎症反应中发挥负性调节作用[17]。有研究表明,在单核细胞和巨噬细胞中,LPS通过NF-κB通路刺激miRNA-146表达,同时导致炎症细胞因子减少[18],再次印证了上述机制。一项研究通过对脓毒症患者外周血单个核细胞的1 163个mi-RNA分析显示,miRNA-182、miRNA-143、miRNA-145、miRNA-146a、miRNA-150和miRNA-155在脓毒症患者中调控异常,并鉴定出miRNA-146a下调与IL-6表达增加和单核细胞增殖相关[19]。MÖHNLE等[20]研究发现脓毒症患者的miRNA-146a水平降低,并且在疾病的初始高炎症期间miRNA-146a靶向蛋白激酶Cε(PRKCε)表达增加,它是由PRKCε信号转导和转录激活因子4(STAT4)组成的功能复合物的一部分,在这个复合物中,PRKCε磷酸化STAT4,而后者又能促进人CD4+T淋巴细胞中的Th1细胞分化过程,该研究明确miRNA-146a为人T淋巴细胞中Th1细胞分化的有效抑制剂,并表明miR-146a失调有助于阐明脓毒症的发病机制。

KARAM等[21]发现在儿童脓毒症患者中miRNA-146a水平较健康儿童明显降低,血清miRNA-146a表达与CRP、降钙素原、IL-6和TNF-α水平呈负相关。因此,miRNA-146a在小儿脓毒症中具有重要的诊断和预后价值,可用于制订治疗策略。在SU等[22]的一项研究中,使用与清除剂受体/Toll样受体9激动剂偶联的miRNA-146a,模拟寡核苷酸,在体内外降低了巨噬细胞和髓系白血病中NF-κB的活性,从而减轻了单核细胞介导的细胞因子风暴,抑制了信息传递和致瘤性。该研究阐明了一种可行的方法,可将模拟miRNA特异性、系统性地输送到人和小鼠骨髓细胞,用于免疫活性调节。因此miRNA-146a在人外周血中呈下调趋势,其作为一种抗炎性细胞因子的作用及作为miRNA模拟物传递的可能性,强调了该miRNA为治疗策略领域的潜在新工具,但未来仍需进一步研究。

3 miRNA-223

miRNA-223是一种位于X染色体上并且高度保守的miRNA,在髓系细胞中特异性表达,促进祖细胞的髓系分析并维持粒细胞的基本功能,同时还参与造血、免疫反应和炎症紊乱的调节[23]。其作用机制是通过抑制IκB激酶α(IKKα)和P52蛋白的产生阻止巨噬细胞的活化。IKKα作为细胞质IKK复合物的一部分,在促炎信号的作用下可以调节NF-κB的释放和转位,因此此通路可能通过抑制NF-κB通路,从而阻止巨噬细胞的激活[24]。总体而言,miRNA-223在脓毒症患者中的表达水平不一致,存在一定的个体差异。WU等[25]发现与健康人群相比,miRNA-223在脓毒症患者中高表达,血浆miRNA-223与疾病严重程度和炎症标志物水平密切相关。一项对LPS诱导的脓毒症小鼠体内的巨噬细胞进行探索的研究发现,LPS刺激miRNA-223过表达细胞与LPS刺激的对照组细胞相比,糖酵解途径活性较低,线粒体呼吸活性较高,并下调了缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)表达水平,推测miRNA-223通过下调HIF-1α表达水平干扰糖酵解途径,从而达到抗炎状态[26]。LI等[27]为了研究miRNA-223与脓毒症的风险、严重程度和病死率的关系,共纳入122例脓毒症患者和122例健康人,研究结果表明miRNA-223的表达水平在脓毒症死亡患者中升高。为了明确脓毒症患者和健康人之间的差异表达mRNA (DEmRNAs)和差异表达miRNAs (DEmiRNAs)水平,QIN等[28]进行了RNA测序和生物信息学分析,共鉴定出1 199个DEmRNAs和23个DEmiRNAs,与健康人群相比,脓毒症患者miRNA-233水平呈上升趋势。T淋巴细胞受体信号通路、癌症信号通路、FoxO信号通路、甲型流感通路是脓毒症的基因组通路。目前缺少miRNA-233与脓毒症关联一致性的研究,仍需大量试验数据佐证。

4 其他miRNA

近年来,不少与脓毒症发生、发展、预后相关的miRNA也逐渐被发现,如脓毒症患者中miRNA-1-3p和应激相关内质网蛋白1 (SERP1)的表达水平均增加。SERP1是miRNA-1-3p的直接靶基因,上调miRNA-1-3p可以抑制内皮细胞增殖,促进其凋亡,并且可以通过靶向SERP1增加内皮细胞的通透性,导致内皮细胞功能紊乱,削弱血管屏障功能[29]。此外,血清miRNA-206的表达与脓毒症的严重程度及预后呈正相关[30]。脓毒症伴急性肾损伤的患者中,miRNA-452通过NF-κB通路在肾小管细胞中表达,所以miRNA-452的升高,尤其是尿液中miRNA-452的升高,可以作为脓毒症患者早期发现急性肾损伤的有效生物标志物[31]。一项实时定量PCR技术对121例脓毒症患者和60例健康人的血液标本进行对比的研究显示,脓毒症患者miRNA-545表达水平升高,且死亡组miRNA-545表达水平较存活组增加[32]。有研究采用同样的方法检测脓毒症患者血清中miRNA-204-5p的表达,LPS通过上调HUVECs中高表达的长链非编码RNA(HULC)和瞬时受体电位M型7(TRPM7)的表达,下调miR-204-5p的表达,进而抑制HUVECs的细胞活力,诱导HUVECs凋亡、炎症损伤和氧化应激[33]。推测其信号通路为LPS通过调控HUVECs中HULC/miR-204-5p/TRPM7信号通路,破坏细胞活力,促进细胞凋亡、炎症反应和氧化应激。这些miRNA在脓毒症中的表达、通路及可能的发生机制开阔了人们的视野,但仍需大量实验加以证明。

脓毒症是一种受多种遗传及外界因素共同作用的疾病,众多miRNA被认为可能与脓毒症发病机制存在关联性。目前众多国内外学者对其遗传学机制开展研究,但研究尚处在探索阶段。本文主要从遗传学角度概述了近年来脓毒症相关miRNA的研究,为进一步了解和治疗脓毒症提供新思路。