miR-122在臟器缺血再灌注損傷中作用機制的研究進展

謝穎馨 張萌 胡禮宏

miR-122 是最早發現的組織特異性表達的miRNA之一。臟器缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）指組織或器官缺血后血供再次恢復所引起的應激反應及細胞死亡對缺血組織或器官造成的結構損傷與功能障礙，是一種不可逆損傷。目前，預防或減輕IRI 的措施包括缺血預處理、血管擴張劑等藥物預處理。miR-122 在臟器中特異性表達，在心、腦、腎、肝臟等器官IRI 中也起到重要作用。肝臟IRI 常見于各種肝臟外科手術、肝臟移植、大創傷甚至是出血性休克的搶救過程等，是影響肝臟外科手術并發癥和患者生存及預后的重要因素[1]。因此，明確肝臟IRI 病理生理過程的具體分子機制顯得尤為重要。近年研究發現miRNA 在IRI 中發揮重要調控作用[2]，因此基于miRNA的基因靶向策略也成為IRI 治療的突破口之一。miR-122 可以作為IRI 損傷的指標，通過抗氧化應激、抗凋亡、抗炎等途徑來改善臟器IRI，本文就miR-122 在不同臟器IRI中的保護作用和相關機制作一綜述。

1 miR-122 及其主要生理功能

miRNA 是一類由內源基因編碼的長度為20～25 nt的小分子非編碼單鏈RNA 分子，人類超過60%的蛋白質編碼基因受miRNA 調控，主要通過與下游靶基因信使RNA（messenger RNA，mRNA）互補配對促使miRNA的降解或抑制靶miRNA 的翻譯，將蛋白控制在生命活動所需要的最佳水平，參與人體多種病理和生理過程，對細胞的增生、分化、凋亡等一系列生命現象發揮廣泛的生物學調控作用。miR-122 是最早發現的miRNA 之一，位于人類基因組的第18 號染色體，定位于18q21.31，是一種專一表達于肝臟的miRNA，占肝臟總miRNA 的70%[3]。miR-122 在肝細胞生長、應激反應、糖代謝和脂代謝、病毒感染、肝腫瘤等多種生物學過程方面起調控作用[4]。有研究發現miR-122 通過靶向作用1 型胰島素樣生長因子受體（type 1 insulin-like growth factor receptor，IGF-1R）的表達調控肝臟胰島素信號通路和糖代謝過程，對糖尿病的診斷和檢測具有指導意義[5]。近年來不少研究發現miR-122 在心、腦、腎、肝臟等器官IRI 中起到重要作用[6-9]。

2 miR-122 在臟器IRI 中的作用

2.1 心臟 心臟是人體最重要的器官之一，心肌IRI常見于心搏驟停、休克、急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）和心臟移植。miR-122 也廣泛參與了心肌細胞IRI。Badacz 等[10]通過多變量研究分析得出突發性缺血期間miR-122 表達可能是繼發性心血管事件的危險因素，miR-122 能增加鑒別AMI 患者和健康人員的敏感性，被認為是診斷AMI 的新診斷生物標志物。Peng 等[11]研究發現長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）X 染色體失活特異轉錄本（X-inactivation-specific transcript，XIST）通過抑制miR-122-5p 表達水平，促進了其下游靶基因叉頭框P2 基因（forkhead box P2，FOXP2）的激活表達，而過表達FOXP2 可抑制缺氧誘導凋亡蛋白的表達，減輕缺氧誘導的H9c2心肌細胞損傷，即lncRNA XIST通過靶向調節miR-122-5p/FOXP2 軸來減輕缺氧誘導的H9c2 心肌細胞的凋亡。Gong等[6]在研究中發現轉移相關的肺腺癌轉錄本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）基因敲低可以減輕氧-葡萄糖剝奪和再灌注（oxygen glucose deprivation/reperfusion，OGD/R）導致的心肌細胞凋亡。MALAT1 敲低可能是通過下調miR-122 的表達進而激活Akt/GSK-3β/β-連環蛋白信號通路來發揮其保護心肌細胞的作用。通過以上研究得出下調miR-122 表達可以減輕心肌缺血再灌注（ischemia-reperfusion，IR）導致的心肌細胞凋亡。

2.2 腦 腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI）是引發多種腦血管疾病的主要病理機制。因此，闡明CIRI 的保護機制對腦血管疾病的臨床治療意義重大[7]，miRNA 網絡的功能障礙已成為缺血性卒中的主要調節因子。有研究發現，miR-122 的過表達可以通過抗炎、抗氧化和減輕神經元凋亡等途徑減輕CIRI[12]。Guo 等[13]建立體外OGD 模型和小鼠體內短暫性大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型發現，miR-122 在體內或體外缺血性腦卒中模型中表達下調，而miR-122 的過表達減輕了N2A 細胞死亡和caspase-3 活性，減輕缺血性腦梗死和線粒體活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生；還有研究發現miR-122 通過與其mRNA 的3'-UTR 結合，下調了FOXO3 的體內外表達[13]。miR-122 過表達降低了NF-κB p65 蛋白表達和NF-κB 活性，增強了熱休克蛋白70（heat shock protein 70，HSP70）表達，即miR-122靶向調節FOXO3，抑制FOXO3 的轉錄后翻譯，miR-122-FOXO3 調控HSP70 介導的NF-κB 通路，誘導HSP70 表達，抑制NF-κB 活性，即miR-122 的過表達可以通過抗炎、抗氧化和減輕神經元凋亡等途徑減輕CIRI。此外，Wang 等[14]通過MCAO 建立小鼠缺血性腦卒中模型，結果發現miR-122 的過表達有效地減小了梗死面積。miR-122 能與RNA 聚合酶Ⅲ負調節因子（Maf1）的3'-UTR 結合，Maf1 表達與miR-122 表達呈負相關，miR-122 的過表達通過降低Maf1 的表達改善了急性缺血性腦卒中的結局。Xue 等[15]研究發現腦梗死引起的CIRI 過程中miR-122 的表達顯著增加，而蛋白質去糖酶（DJ-1）的表達明顯降低；miR-122 的下調可以引起腦組織丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量顯著降低，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶（catalase，CAT）活性明顯增加，ROS 含量顯著降低，caspase-3 活性明顯降低，細胞凋亡減少，同時發現miR-122 的下調可通過上調DJ-1-PTEN/PI3K/Akt 通路來減輕CIRI。盡管miR-122 在CIRI 中的保護作用是通過過表達還是表達下調還存在爭議，但目前的研究表明miR-122 可以通過抗炎、抗氧化和減輕神經元凋亡等途徑減輕CIRI。

2.3 腎 腎IRI 可由心臟手術、休克、腎血管梗阻和腎移植引起，主要導致急性腎損傷，ROS 的過量產生可引起氧化應激，觸發NF-κB 轉入細胞核，激活多種炎癥細胞因子和黏附分子，導致炎癥和細胞凋亡[8]。Cheng 等[16]在體外建立大鼠NRK-52E 細胞缺氧/復氧模型，體內建立大鼠腎臟IR 模型，探討右美托咪定（dexmedetomidine，DEX）預處理脂肪來源的干細胞（adipose-derived stem cell，ADSC）微囊泡（microvesicles vesicles，MV）的腎內動脈移植是否可以減少腎IRI，并將大鼠分為對照組（CON 組）、缺血/再灌注（IR 組）、ADSC 衍生MVIR 組（IR+MV 組）和DEX-MVIR 組（IR+DEXMV 組），結果發現與CON 組相比，IR 組中miR-122-5p 表達水平顯著上調，而IR+MV 組和IR+DEXMV組中miR-122-5p 表達水平顯著下調。在NRK-52E 細胞中，DEX-MV 比MV 更能有效地提高遷移能力，并進一步降低缺氧/復氧誘導的細胞死亡和ROS 水平。同樣，DEX-MV 在增加CD44 表達、改善IR 抑制的腎血流動力學和腎紅細胞生成素表達、抑制IR 增強的腎ROS水平、腎小管損傷評分、miR-122-5p 表達、pNF-κB 表達、Bax/caspase-3/poly（Adp-核糖）聚合酶（PARP）介導的細胞凋亡、血尿素氮和肌酐水平方面均優于MV；MV 和DEX-MV 減少了IR 誘導的炎癥和細胞凋亡。NRK-52E 細胞的使用證實了miR-122-5p 模擬物通過抑制促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）的表達加劇了Bax 介導的細胞凋亡，而miR-122-5p 抑制劑通過上調促紅細胞生成素和B 淋巴細胞瘤-2 基因（B cell lymphoma-2，Bcl-2）的表達來減少細胞凋亡。上述研究表明通過各種途徑下調miR-122 的表達，可以通過減輕細胞凋亡和炎癥反應來減輕腎IRI。

2.4 肝臟 肝臟IRI 是肝移植、低血容量休克等患者組織損傷的主要原因之一。盡管有不同的治療方法，包括藥理學、遺傳學和手術方案來減輕肝IRI 的不良反映，但到目前為止仍未找到一種滿意的治療方法。肝損傷后發生一系列生理生化變化。缺血期的組織缺氧、營養物質和代謝反應的破壞會損害線粒體活性，從而導致肝細胞損傷。IR 第二階段的再灌注通過激活一系列事件，如ROS 的產生、炎癥和凋亡介質的激活，來加劇組織功能的損傷[9]。

研究發現miR-122 不僅可以作為反映非缺血缺氧性肝急性損傷的敏感指標，而且在肝臟IRI 中也可作為反映急性肝損傷的指標[17]。Selten 等[18]通過檢測供肝保存液中的miR-122 水平發現，miR-122 的釋放與早期同種異體移植物功能障礙和移植后的移植物存活有關，可作為反映急性肝損傷的指標，有助于評估移植前分離肝移植物的功能。Wang 等[19]使用迷你豬建立心臟死亡供肝模型進行移植試驗，結果表明經熱缺血預處理和缺氧預處理的供體肝臟未見明顯的病理變化，而熱缺血損傷發生10、20 和30 min 時，肝組織miR-122 水平分別增加了1.73、2.08 和2.92 倍，不同時間熱缺血預處理的供體肝臟中miR-122 水平的升高表明miR-122 水平的變化早于組織病理學變化，miR-122 水平的升高出現供體肝臟缺血缺氧的早期階段。供肝組織中miR-122 的表達水平可能在器官損傷的評估中發揮作用。Farid 等[20]通過對健康對照者和肝移植受者異體肝移植活檢樣本和血清樣本進行分析發現，受體患者的血清中包括miR-122 在內的肝細胞來源miRNA（Hepatocyte-derived microRNA，HDmiR）水平升高，并與轉氨酶水平呈正相關。因為轉氨酶值正常（＜50 U/L）患者的HDmiR 水平比健康對照組高6～17倍[20]。有研究證明了肝移植術后患者肝損傷時,循環HDmiR 是穩定和可檢測的[20]。Van Caster 等[21]通過在Wistar 大鼠建立肝臟熱缺血再灌注損傷的模型，結果發現IR后循環中miR-122的相對表達水平升高，并與血清中AST、ALT 和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）的活性相關，但miR-122 肝組織的表達不受IR 的影響，提示循環中miR-122 表達水平與肝酶活性之間的相關性使miR-122 可以成為反映肝臟熱缺血再灌注損傷的生物標志物。上述研究表明miR-122 表達水平在肝IRI早期即可出現變化，可以作為反映早期肝IR 導致肝臟損傷的敏感指標，有助于評估供肝和新肝的功能。

研究發現可以通過影響miR-122 的激活和表達來減輕肝IRI 的程度。Akbari 等[22]建立大鼠肝IRI 模型和藏紅花預處理模型，發現藏紅花素預處理組肝組織損傷顯著輕于IR 組，血清AST、ALT 和ALP 水平顯著低于IR 組；IR 組血清miR-122 水平顯著升高，而藏紅花素預處理后miR-122 水平顯著降低；研究結果表明藏紅花素預處理可以通過下調miR-122 表達水平，提高抗氧化酶活性，來減輕肝IRI。Akbari 等[23]又在一項沒食子酸的肝臟保護作用研究中建立大鼠肝IRI 模型和沒食子酸預處理模型，發現沒食子酸預處理組組織病理學改變明顯輕于IR 組；血清AST、ALT 和ALP 水平明顯低于IR 組；與假手術組相比，IR 組血清中miR-122明顯升高，而沒食子酸預處理miR-122表達水平均顯著低于IR組，說明肝IRI可以激活miR-122表達，而沒食子酸預處理可以通過下調miR-122 表達來減輕肝IRI。而Mard等[24]建立大鼠肝IRI模型和硫酸鋅預處理模型探討硫酸鋅在肝IRI中的作用，發現肝IRI后血清miR-122水平明顯升高，SOD、CAT 和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等抗氧化酶活性降低，而硫酸鋅預處理后降低了肝損傷后的miR-122水平的升高，增加SOD、CAT 和GPX 等抗氧化酶活性。該研究結果顯示，硫酸鋅預處理通過下調miR-122 和miR-34a 表達水平，抑制氧化應激來減輕肝IRI[24]。同時Mard 等[25]在一項實驗模型對比研究中探討了藏紅花素、硫酸鋅、藏紅花素和硫酸鋅聯合應用對大鼠肝IRI 的保護作用。藏紅花素和硫酸鋅均可以通過降低了血清肝酶水平、miR-122、miR-34a、p53 表達，增加Nrf2 表達，提高抗氧化酶活性來減輕大鼠肝IRI，而藏紅花素和硫酸鋅聯合使用可以增強上述作用。

IGF-1R是miR-122的潛在靶基因，通過ser-473位點磷酸化激活Akt[26]。被激活的Akt反過來促進FOXO3a磷酸化，從而增加了p-FOXO3a從細胞核到細胞質的易位，并使FOXO3a 蛋白失活[27]。一旦FOXO3a 被磷酸化，它會下調促凋亡分子，如caspase-3[28]。亞低溫作為一種保護器官免受IRI 影響的手段，已受到了廣泛關注，Xiao 等[29]團隊建立了LO2 細胞缺氧-復氧損傷模型來模擬肝臟IRI，研究表明亞低溫預處理可以導致miR-122 表達明顯下調，而miR-122 表達下調可以促進IGF-1R 的轉錄表達和Akt 活性，抑制FOXO3a 活性和caspase-3 的表達，減輕細胞凋亡和肝細胞損傷，上述作用可以被miR-122 模擬物減弱。該研究最終得出亞低溫預處理下調miR-122 表達，激活IGF-1R/Akt 信號通路抑制細胞凋亡達到減輕肝IRI 的結論。

Zhang 等[30]建立大鼠肝IRI 模型和七氟烷后處理模型，結果發現與IR 組相比，IR +七氟烷組或IR+miR-122 拮抗劑組肝損傷改善，Suzuki 評分降低，AST、ALT、LDH、MDA、NO、TNF-α、IL-1β、IL-6 水平降低，SOD、IL-10 水平升高，肝細胞凋亡減輕，肝組織miR-122 降低，HO-1 表達增加，而細胞核內Nrf2 表達增加，而細胞質內Nrf2 表達降低。而上述指標在IR+miR-122 拮抗劑+七氟烷組表現更甚。該研究結果提示七氟烷后處理可以通過抑制miR-122 表達，激活Nrf2，促進了Nrf2 從細胞質向細胞核內轉移，激活了HO-1 表達，進而減輕炎癥反應、氧化應激、抑制肝細胞凋亡，達到減輕肝IRI 的作用，也說明miR-122/Nrf2/HO-1 信號通路參與了七氟烷后處理減輕肝IRI 的過程。上述研究表明在肝臟IRI 中miR-122 不但可以可作為反映急性肝損傷和肝IRI 程度的指標，而且參與了肝臟IRI 的過程，通過下調miR-122 表達可以減輕肝臟IR 造成的炎癥反應、氧化應激和肝細胞凋亡，進而減輕肝IRI。

2.5 肺 肺IRI 是一種發病率和死亡率較高的急性肺損傷（acute lung injury，ALI），可能發生在肺移植、肺栓塞、肺梗死、休克、體外循環等之后[31]，而嚴重的肺IRI會導致移植肺的功能障礙，進而影響肺移植術后短期和長期發病率和死亡率[32]。研究發現miR-122 廣泛參與了ALI 過程中，Li等[33]團隊通過研究分析證實IL-1 受體拮抗劑（IL-1 receptor antagonist，IL-1RN）是miR-122-5p 的靶點，該研究通過建立脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的ALI模型，用miR-122-5p 模擬物轉染A549 細胞24 h，10 μg LPS 處理轉染的細胞12 h。結果顯示，miR-122-5p模擬物可降低細胞活力，促進細胞凋亡；LDH 釋放試驗表明，miR-122-5p 模擬物增加了LDH 的釋放；將實驗分為miR-122-5p 模擬物組、抑制劑組、miR-122-5p 抑制劑組、miR-122-5p 抑制劑+白介素1 受體拮抗劑-小干擾RNA（IL1RN- interleukin 1 receptor antagonist gene- small interfering RNA，IL-1RN-siRNA）組進行對照實驗，結果顯示miR-122-5p抑制劑的作用與miR-122-5p 模擬物相反。miR-122-5p 抑制細胞對LPS 處理后的A549 細胞的所有作用均被IL-1RNsiRNA 顯著逆轉，提示miR-122-5p 通過下調靶向IL-1RN 減輕LPS 誘導的ALI。另外，Zhang 等[34]團隊通過將小鼠氣管內注射LPS，建立ALI 模型，并將小鼠分別注射miR-122-5p 拮抗劑和生理假性藥物，實驗發現注射miR-122-5p 拮抗劑的小鼠表現出肺損傷、炎癥和氧化應激。在體外實驗中，分離了原代小鼠肺微血管內皮細胞，并通過LPS 處理建立了細胞損傷模型，發現miR-122-5p 拮抗劑可抑制LPS 誘導的炎癥、細胞凋亡和氧化應激。上述研究提示下調miR-122 的表達，可以減輕ALI 中炎癥、細胞凋亡和氧化應激，探討miR-122 在肺IRI 中的作用也具有廣泛的前景。

3 總結與展望

通過以上研究發現，miR-122 廣泛參與各臟器的IRI，通過各種方式降低miR-122 的的表達來改善臟器IRI，miR-122 在組織器官IRI 中發揮重要作用，由此可見，器官缺血再灌注過程不僅能夠引起原位臟器的損傷，而且能通過某些信號分子誘導其他器官的損傷，其中miR-122 及其相關因子扮演著十分重要的作用。未來關于miR-122 在肝臟抑或是其他器官的研究會越來越多，被發現的傳導機制也會越來越清晰，這些研究對于臨床治療臟器缺血再灌注損傷也會起到積極的正面反饋效果。積極鑒定miR-122調控IRI的基因靶標及涉及的相關調控途徑是未來的研究熱點。通過研究miR-122 對心臟的影響作用，能夠為AMI、腦梗死、腎IRI、肝臟IRI尤其是肝移植還有肺移植的診療方案和治療提供一些新思路。作為臟器中特異性表達的miRNA，miR-122在臟器IRI中的保護作用具有廣闊的研究前景。