膿毒癥致急性肺損傷相關的microRNAs研究進展

王寧寧 林家凱 羅小燕 孫斌

濱州醫學院附屬醫院急診科，濱州 256600

膿毒癥是一種以全身炎性反應為特征的破壞性極強的綜合征［1］，是世界范圍內造成急重癥患者死亡的常見病因。因其進展迅速，發病機制復雜，早期病因診斷困難，病死率為28%～56%［2］。膿毒癥可致機體促炎和抗炎過程失衡，誘導全身炎癥級聯反應發生，導致特異性免疫功能障礙，最終可能會發生多器官功能障礙綜合征［3］。

膿毒癥是急性肺損傷（acute lung injury，ALI）或急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）最常見的病因。當致病因素觸發ALI時，肺巨噬細胞被激活，招募中性粒細胞和循環巨噬細胞至肺損傷部位，進一步釋放各種炎癥因子和介質，既可直接損傷肺泡上皮細胞和血管內皮細胞，也可間接誘導細胞發生氧化應激損傷，最終引起細胞發生程序性死亡，加重ALI的病理狀態，使肺泡毛細血管通透性增加，引起彌漫性肺組織水腫，進一步繼發為RDS［4-6］。

MicroRNAs是一種小分子非編碼核糖核酸，通過與特定mRNA的3，UTR結合達到負調節基因表達的目的，一個microRNAs可以結合多個mRNAs，一個mRNA可以被多個microRNAs調控［7］。MicroRNAs在不同的病理過程中起關鍵作用，與膿毒癥引起的不同器官功能障礙之間存在聯系，具備作為疾病診療標志物的潛力。例如，Yuan等［8］實驗證明，在膿毒癥大鼠模型中，microRNA-30a通過調節Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子（JAK/STAT）信號通路靶向細胞因子信號轉導抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS-1），使肝臟細胞增殖受抑制，并促進肝細胞凋亡，提示microRNA-30a可能是診斷膿毒癥致肝損傷的一個潛在指標。Zhang等［9］實驗證明，microRNA-21-5p可通過下調轉錄因子Runt相關轉錄因子1（RUNX1）來減輕膿毒癥引起的腎臟損傷，從而對膿毒癥引起的急性腎衰竭中腎臟組織內皮形成保護。

MicroRNAs具有較高的生物特異性、選擇性和保守性，可作為臨床診斷及治療膿毒癥的理想生物標志物，通過分析其變異水平能輔助確診膿毒癥并判斷疾病預后［10］。因此深入研究microRNAs與膿毒癥之間的關系，有助于膿毒癥的早期診斷和治療，現對相關microRNAs異常表達及作用機制進行綜述。

炎癥變化相關的microRNAs

全身炎性反應綜合征的啟動是膿毒癥致急性肺損傷發病機制的一個關鍵環節，與炎癥相關的細胞因子和趨化因子產生有關［11］。

1.與TLR-4/NF-κB調節軸相關：microRNA-21與microRNA-17

ALI可引起高遷移率族蛋白B1、線粒體DNA和熱休克蛋白等細胞損傷相關模式分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）的釋放［12］。Toll樣受體（toll like receptors，TLRs）通過識別一系列DAMPs，激活核轉錄因子-κB（NF-κB）通路，進而誘導炎性因子表達和釋放，啟動一系列級聯反應，導致炎性反應惡化［13］。

相關研究證實，過表達microRNA-21的細胞暴露于脂多糖后，能抑制TLR-4的表達和NF-κB的激活，導致促炎細胞因子水平被顯著抑制，抗炎細胞因子水平被顯著升高，可見microRNA-21通過靶向NF-κB信號通路負向調節脂多糖誘導的炎性反應，實現對機體的保護［14］。Fu［15］實驗同樣表明，microRNA-17可通過TLR-4/NF-κB信號通路抑制炎性反應，減輕脂多糖誘導的小鼠ALI。由此證明，microRNAs在免疫炎癥過程中，通過調節TLR/NF-κB信號通路，調控炎性反應，microRNA/TLR-4/NF-κB調節軸可能是ALI患者治療的候選靶點。

2.與巨噬細胞激活和極化相關：microRNA-30d-5p與microRNA-16-5p

巨噬細胞被過度激活，從而失控性釋放炎性因子是膿毒癥致肺損傷的關鍵因素［16］。巨噬細胞作用微妙，早期發揮促炎作用，在晚期則表現出抗炎作用。

Jiao等［17］研 究 表 明，microRNA-30d-5p通 過 抑 制SOCS-1，從而致NF-κB信號通路被激活，可增強巨噬細胞的激活和死亡，促進膿毒癥后的炎性反應并誘發肺損傷。Tian等［18］實驗證明，microRNA-16-5p可促進巨噬細胞極化并減輕小鼠肺損傷。MicroRNAs通過靶向特定的炎癥因子及炎癥相關的信號通路，調控ALI過程中肺泡巨噬細胞的激活及極化，調節機體的炎性反應。進一步證明靶向不同的microRNAs調節巨噬細胞的激活和極化，可能是ALI/ARDS患者的一個新的治療靶點。

3.與SOCS1-JAK/STAT信號通路相關：microRNA-155

JAK/STAT信息通道被認為是炎性反應的重要信號通路，由酪氨酸激酶的相關受體、酪氨酸激酶JAK和轉錄因子STAT組成，可受多種細胞因子、干擾素、激素和生長因子的調控［19-20］。SOCS被認為是JAK/STAT信號通路的負調控蛋白，可下調炎癥因子表達，減輕機體炎性反應［21］。

有研究證實，microRNA-155抑制劑能使SOCS1 mRNA的表達上調，從而抑制JAK/STAT信號通路激活，減輕肺組織炎性反應［22］。可見microRNA-155可通過靶向SOCS1-JAK/STAT信號通路負向調控肺組織炎性反應，為治療膿毒癥致ALI提供新的研究方向。

氧化應激相關的microRNAs

氧化應激是膿毒癥誘導ALI的另一個特征。巨噬細胞和中性粒細胞等炎癥細胞擴散到肺上皮細胞和內皮細胞上，在肺組織內積累增加，產生多余的活性氧（ROS），損傷全身血管內皮細胞功能，破壞線粒體功能，并引起肺泡細胞的氧化損傷［23］。

1.與調節沉默信息調節因子1（SIRT1）相關：microRNA-133a

SIRT1是調節氧化應激和炎癥的重要因子［24］。激活SIRT1能抑制ROS的產生，從而防止膿毒癥引起的氧化應激和肺損傷［25］。

Chen等［26］研 究 表 明，在 膿 毒 癥 小 鼠 模 型 中microRNA-133a的表達增加，為進一步探討其潛在分子機制，研究者利用生物信息學分析發現SIRT1的3’UTR和microRNA-133a之間存在結合位點，microRNA-133a過表達會下調SIRT1蛋白水平；激活的SIRT1可以抑制炎癥細胞因子的表達，逆轉microRNA-133a對膿毒癥小鼠肺臟的氧化應激損傷，此項研究有力地支持了microRNA-133a作為膿毒癥標志物的臨床分析，為膿毒癥致肺損傷的早期發現提供了一個靶點。

2.與線粒體自噬相關：microRNA-221-5p

線粒體在氧化應激過程中起重要作用，它既是ROS的產生者，也是ROS損傷的目標，對細胞氧利用、能量產生、免疫信號傳導和細胞凋亡產生有害影響［27］。C-Jun氨基末端蛋白激酶2（JNK2）通過靶向小線粒體替代閱讀框（smARF）促進泛素介導的蛋白酶體降解，從而應激誘導線粒體自噬，防止線粒體功能障礙，抑制炎癥小體的活化，減輕炎性反應［28］。

Yang等［29］實驗表明，在膿毒癥致ALI小鼠模型中，JNK2的缺失加劇了肺部炎癥和損傷，與疾病嚴重程度呈負相關。微小RNA測序結果表明，microRNA-221-5p的種子序列與JNK2 mRNA的3’UTR相匹配，與JNK2 mRNA水平呈動態負相關。因此，microRNA-221-5p通過靶向JNK2，致線粒體功能障礙，從而加重膿毒癥小鼠的肺部炎癥和損傷，為疾病的早期診斷提供一個理想的生物標志物。

細胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）相關的microRNAs

PCD包括細胞凋亡、細胞壞死樣凋亡、細胞自噬和細胞焦亡［30］。

1.細胞凋亡相關microRNAs

外源性刺激因素和內源性炎癥介質可通過各種凋亡途徑引起內皮細胞凋亡，降低關鍵炎癥介質的表達、抑制細胞凋亡，可保持肺內皮屏障的功能［31］。內皮是啟動、維持及調節機體對感染反應的關鍵，內皮細胞功能的改變，是膿毒癥病理生理過程的核心［32］。

1.1.MicroRNA-195 Bcl-2蛋白家族能調節內源性細胞凋亡，它包括促凋亡成員和抗凋亡成員，當抗凋亡成員占優勢時，則細胞凋亡減少［33］。前病毒插入位點1（PIM-1）激酶已被證實參與多種細胞過程，例如細胞凋亡、細胞存活、基因轉錄和一般信號轉導途徑，它是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，PIM-1激酶已被認為是一種重要的抗凋亡因子［34］。

Zheng等［35］實驗表明，抑制microRNA-195可減少膿毒癥小鼠的多器官損傷，通過抑制microRNA-195會導致Bcl-2、PIM-1因子表達的上調，抗內皮細胞凋亡，防止肺微血管白蛋白滲漏，減輕器官損傷。因此在疾病的早期通過調控抑制microRNA-195，可作為一種膿毒癥治療的潛在干預措施，從而進一步提高膿毒癥患者的存活率。

1.2.MicroRNA-139-5p Rho相關卷曲螺旋蛋白激酶（rho-associated coiled-coil containing kinases，ROCKs）在膿毒癥誘導的肺損傷中起關鍵作用，Rho/ROCK信號通路是調節血管內皮細胞通透性的主要信號通路，與膿毒癥患者的預后呈負相關［36］。Zhao等［37］實驗表明，microRNA-139-5p通過下調ROCK1表達，減輕ALI誘導的細胞凋亡，確保正常的肺泡-毛細血管通透性屏障不被破壞，突顯其對肺臟的保護作用，因此microRNA-139-5p也可作為膿毒癥誘導的肺損傷的潛在治療靶點。

1.3.MicroRNA-128-3p 半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（caspase）家族是一組在細胞凋亡過程中起非常重要作用的效應分子，能導致正常肺泡-毛細血管通透性屏障的破壞，使富含白蛋白的水腫液泄漏到肺間質和肺泡中，引起彌漫性肺組織水腫，加重肺組織損傷［38］。Liu等［39］實驗證明，microRNA-128-3p過表達降低了促炎因子白細胞介素（IL）-6和IL-1β的表達，并抑制了細胞凋亡指標caspase-3的轉錄活性，顯著逆轉肺損傷過程中的細胞凋亡，microRNA-128-3p可能為膿毒癥致肺損傷的臨床治療提供新的分子靶點。

2.細胞自噬相關的microRNAs

細胞將細胞器或細胞質蛋白吞噬形成囊泡，再與溶酶體融合成自噬溶酶體，進一步降解其內容物，該過程稱為自噬，自噬在膿毒癥的誘導中得到證實［40］。控制細胞自噬過程，對膿毒癥診斷及治療意義重大。

自噬相關基因7（ATG7）是一種重要的自噬基因，與編碼自噬小體形成所必需的E1酶有關，ATG7的缺失可誘導IL-1β表達，并激活炎性小體釋放，進一步加重炎癥對機體的損傷［41］。Li等［42］實驗證明，microRNA-210-3p能抑制ATG7對自噬的影響，增加炎性細胞因子的表達，降低了內皮屏障功能，增加了通透性，并顯著減少了血管生成，從而誘發ALI，這也為臨床診斷膿毒癥患者提供了新的策略。

3.細胞焦亡相關的microRNAs

焦亡是促炎細胞死亡程序的一種。細胞焦亡依賴于caspase-1，當caspase-1被激活時，可導致IL-1β和IL-18加工和成熟，分泌到細胞外，募集更多的炎癥因子，形成級聯性炎性反應，從而對機體造成損傷［43］。Chen等［44］研究中，當抑制膿毒癥小鼠microRNA-34a時，可導致caspase-1的活化受影響，能進一步減少IL-1β和IL-18的分泌，改善細胞焦亡，最終使肺部炎癥得以改善。microRNA-34a可作為治療膿毒癥引起的肺損傷的潛在治療靶點。

結 語

目前，越來越多的學者認為高炎癥表現、氧化應激反應及內皮細胞程序性死亡在膿毒癥致ALI的病理生理中起著核心作用，microRNAs在此發揮重要調節作用，有助于膿毒癥的早期診斷和治療。

對于膿毒癥致肺損傷患者的早期診斷是臨床治療疾病的主要挑戰。越來越多的研究表明，在膿毒癥致ALI過程中，特異性microRNAs發揮著重要的調控作用。從這個意義上說，通過識別特異性生物標志物，有可能實現ALI的早期診斷，具備一定的診療價值。然而，單一的生物標志物可能不足以診斷這種異質性綜合征，生物標志物的組合可能會提高診斷的準確度。因此，對膿毒癥致ALI中生物標志物組合進行系統深入研究，在臨床治療上具有重要意義，也將成為未來實驗研究的重心。

此外，針對膿毒癥致ALI的治療，我們可以嘗試設計microRNAs模擬物轉入受損的肺組織中，以靶向調控各類信號通路，實現對膿毒癥患者的早期治療。今后對microRNAs的探究也將為膿毒癥致肺損傷的病理生理學機制提供新理念，為膿毒癥的治療提供新靶點。