miR-155在脓毒症脏器功能障碍中的研究进展

李志华,王毅,于湘友

新疆医科大学第一附属医院 重症医学科,乌鲁木齐830054

1 脓毒症与多器官功能障碍

脓毒症是由宿主对感染反应失调引起的威胁生命的器官功能障碍[1]。脓毒症和脓毒性休克是目前人类面临的主要医疗问题,每年影响全球数百万人,其中三分之一到六分之一的人死于此病[2]。脓毒症的发病机制复杂,可能与宿主免疫反应[3]、凝血功能障碍[4]及炎症因子过度释放[5]有关。脓毒症发病过程中炎症介质的过度释放,导致机体炎症反应失控,继而导致脓毒性休克及多脏器功能衰竭。脓毒症其发病率及死亡率较高,一直是全球重症医学治疗领域的难点及重点[6]。

2 微小核糖核酸

微小核糖核酸(miRNAs)是近年来研究较多的内源性非编码小RNA(sncRNA),它在真核生物中大量存在,长度在20～25 nt之间[7]。在细胞核中,编码miRNA 的基因在RNA 聚合酶II的作用下转录生成长度约几千个碱基的初级转录本pri-miRNA,继而经蛋白质复合体的第一次加工。这个蛋白质复合体由Drosha和Pasha两个蛋白质组成,分别是RNase III蛋白和双链RNA 结合蛋白。primiRNA 在Drosha的作用下被加工成含有60～70 nt具有发夹结构的miRNA 的前体(pre-miRNA)[8]。pre-miRNA 在相关转运蛋白的协助下从细胞核内转运到细胞质中。在细胞质中,pre-miRNA 被RNA 聚合酶III家族中的成员Dicer识别,对pre-miRNA 的茎环结构进行剪切和修饰,形成约20个碱基对长的miRNA:miRNA*双链。这种miRNA:miRNA*双链与Argonaute家族蛋白形成RNA 诱导的沉默复合体,其中的miRNA*被降解,miRNA 则被保留在miRISC 中,最终形成成熟的单链miRNA[9]。

miRNA 对基因表达的调控作用主要表现在转录后水平上,miRNA 与其靶基因m RNA 的3′非翻译区进行碱基完全或几乎完全的互补配对,促进靶基因m RNA 降解,沉默基因转录后表达或特异性的抑制基因表达[10]。miRNA 参与了细胞的生长、分化、衰老、凋亡、自噬、迁移、侵袭等多种过程[11-12]。

3 miR-155与脓毒症

脓毒症是一种常见的高死亡率疾病,已成为重症监护病房(ICU)的主要死亡原因[13]。目前超过25%～30%的脓毒症患者死于该病,脓毒性休克患者的住院死亡率接近40%～60%[14]。于脓毒症的高死亡率和高发病率,提高脓毒症患者生存率的关键在于早期诊断,并准确评估脓毒症患者的严重程度,选择合适的治疗方法。因此,寻找脓毒症早期诊断的生物标志物是非常重要的。

Micro-RNA-155(miR-155)是目前研究较多的一种miRNA。它位于21号染色体非转录B 细胞整合簇基因上的第三个外显子[15],miR-155 是miRNA 家族的一个独特成员[16],其在免疫细胞的发育中具有重要作用。因此,它们在先天性和适应性免疫反应中起到重要的调控作用[17-18]。近年来,miR-155表达分析显示miR-155的表达与脓毒症的严重程度以及器官功能障碍有关[19]。

4 miR-155对脓毒症器官功能的影响

4.1 miR-155在脓毒症肺脏中的研究进展

脓毒症引起全身炎症反应并随着疾病的进展严重者导致多脏器功能衰竭甚至死亡[20],急性肺损伤(ALI)及急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是脓毒症最常见的并发症之一[21],也是引起患者死亡的主要原因[22],主要特征是肺部出现严重的急性炎症反应,导致弥漫性肺泡损伤、肺泡毛细血管破裂、肺水肿及肺不张的形成[23]。

近年来,发现多种miRNA 参与体内炎症反应,而研究发现ARDS的发病机制与炎症反应激活有关,大量炎症介质释放到肺泡腔和血液中,导致ARDS的发生、发展[24]。Baihetinisha Tuerdi[25]采用盲肠结扎穿孔术建立脓毒症小鼠模型,发现和对照组相比,miR-155在脓毒症状态下表达量明显增高,同时在脂多糖(LPS)刺激的作用下,小鼠肺泡上皮细胞(MLE-12)中miR-155表达增加,下调miR-155的表达能够抑制LPS 刺激的MLE-12 上皮细胞凋亡和炎性细胞因子释放[25]。近年来的研究发现miR-155可以结合SOCS-1调控肺泡巨噬细胞的凋亡,导致I型干扰素的产生增多[26]。在LPS的刺激下,miR-155 基因敲除的小鼠中SOCS-1表达增加,而miR-155过表达小鼠中SOCS-1表达减少,这表明在LPS诱导的ALI中,SOCS-1可能受到miR-155的负调节,通过荧光素酶分析显示miR-155结合于SOCS-1 3′UTR端从而抑制SOCS-1 的表达[27]。在脓毒症等全身急性炎症反应中,SIRT1通过负性调节NF-κB 途径参与炎症的消退[28],通过CLP建模导致ALI的小鼠中,miR-155抑制剂通过靶向结合SIRT1显著提高CLP 小鼠的存活率,减轻肺组织的损伤,降低血清TNF-α 和IL-1β的表达,并减少中性粒细胞浸润和肺水肿[29]。这些研究结果将有助于提高我们对miR-155 在肺部炎症中作用机制的理解,并为探索脓毒症患者ARDS的治疗提供新的思路。

4.2 miR-155在脓毒症肠道损伤中的研究进展

肠道作为人体最大的细菌储源库,在一般情况下,微生物的组成对宿主健康起着至关重要的作用[30],但是在脓毒症等严重急性的刺激作用下肠道免疫功能受抑制,肠黏膜完整性被破坏,导致肠黏膜屏障功能受损,促使肠道细菌移位,引起机体过度炎症反应,诱发/加重全身炎症反应综合征(SIRS),最终形成多脏器功能衰竭或脓毒性休克[31]。肠道既是损伤的“靶”器官,又对炎性介质的产生起到扩增的作用,因此肠道常常被认为是脓毒症及MODS的“启动器官”[32]。

Cao等[33]研究发现,miR-155抑制剂通过抑制NF-κB通路激活,减少促炎症介质TNF-α和IL-6的释放,进而减轻脓毒症炎症反应并改善肠屏障功能。同时miR-155通过靶向调节HIF-1α/TFF-3轴参与DSS诱导的小鼠结肠炎的肠屏障功能障碍,其中miR-155抑制剂通过减少miR-155的表达,导致HIF-1α/TFF-3表达增加,进而改善DSS诱导的肠黏膜屏障功能障碍[34]。既往的研究发现肠黏膜通透性的改变在肠道屏障中发挥重要的作用,黏膜通透性增高提示肠黏膜屏障功能障碍,肠道黏膜的通透性主要受肠上皮细胞的完整性影响[35],而研究发现肠上皮的完整性主要取决于细胞间的紧密连接,如紧密连接蛋白Occludin、Claudin-1和Z O-1[36],一项研究[37]发现,脑外伤后出现血清及肠黏膜miR-155表达的增加,通过抑制Claudin-1的表达,导致肠黏膜通透性增高,引起肠黏膜损伤,下调miR-155表达则能增加肠黏膜Claudin-1的表达而减轻肠黏膜损伤的程。

4.3 miR-155在脓毒症肾脏损伤中的研究进展

脓毒症常引起多器官功能障碍,肾脏是最常累及的器官之一,将近60%的脓毒症患者伴发急性肾损伤导致肾功能损害[38],在合并急性肾损伤的危重症患者中,死亡率高达60%,但其发病机制尚未完全阐明,其中微血管功能障碍、内皮细胞损伤、氧化应激等均有可能参与急性肾损伤[39]。miR-155 可通过先天性免疫和获得性免疫反应参与肾损伤的病理过程[37]。

Ren等[37]的研究发现,在LPS诱导的急性肾损伤大鼠模型中,抑制miR-155的表达可导致SOCS1高表达,并抑制JAK/STAT 信号通路的激活,导致促炎性介质释放减少,从而减轻脓毒症肾损伤。目前,维生素D 类似物已被批准用于治疗慢性肾脏疾病,作为降低患者血液中甲状旁腺激素水平及尿蛋白的有效疗法[40-41]。对于脓毒症导致的急性肾损伤,维生素D 是否能发挥一定的作用,Du等[42]的一项研究发现,在LPS诱导的HK2细胞中,NF-κB通路被激活,导致miR-155及p53上调,进而引起凋亡调节因子(PUMA)的表达增加,促炎性介质过度释放引起急性肾损伤,但维生素D 受体(VDR)可阻断该通路的激活,从而减少肾小管上皮细胞凋亡导致的肾损伤,但这些研究仍需要大量的体外实验及临床研究来验证。

4.4 miR-155在脓毒症心脏损伤中的研究进展

脓毒症心肌病是脓毒症的一种常见且危重的心功能不全并发症,影响患者预后[43]。其发病机制涉及全身因素以及心肌细胞的分子、代谢和结构变化的相互作用,主要包括免疫和炎症反应失控[44]、心肌和线粒体能量代谢紊乱[45]、表观遗传模型的改变[46]等,但具体机制仍有待更进一步的研究。

Wang等[47]研究证实,脓毒症状态下miR-155通过靶向结合Pea 15a调节细胞凋亡,从而导致脓毒症诱导的心功能不全,并认为miR-155/Pea15a通路可能成为脓毒性性心肌功能障碍的潜在治疗靶点。近年来,Liu等[48]在研究M1型巨噬细胞在血管生成和心肌梗死后心肌修复中的作用和潜在机制中发现MI微环境中M1样巨噬细胞衍生的外泌体的作用。促炎性M1样巨噬细胞释放出大量促炎性外泌体(M1-Exos)。M1-Exos发挥抗血管生成作用并加速MI损伤。它们还表现出高表达的促炎性miRNA,例如miR-155。miR-155被转移到内皮细胞(ECs),通过下调其新的靶基因,包括Rac家族小GTPase 1(RAC1),p21激活激酶2(PAK2),从而抑制血管生成和心脏功能障碍Sirtuin 1(Sirt1)和蛋白激酶AMP 激活的催化亚基α2(AMPKα2)。M1-Exos通过同时靶向五个分子节点(基因)抑制Sirt1/AMPKα2-内皮型一氧化氮合酶和RAC1-PAK2信号通路,降低EC的血管生成能力,加重心肌损伤和抑制心脏愈合[49-50]。同时,最近有报道[51-52]称miR-155在多种心血管疾病中发挥重要作用,如动脉粥样硬化、肥厚性心脏重构、急性心肌梗死、酒精性心脏病、糖尿病心肌病等。

4.5 miR-155在脓毒症肝脏损伤中的研究进展

肝脏作为人体重要的器官之一,在脓毒症的代谢和免疫稳态中发挥重要作用[53]。脓毒症相关肝损伤(SRLI)是指脓毒症直接或间接导致的肝功能损伤,可导致机体出现一系列的症状、体征以及生化指标的异常[54],严重的脓毒性肝损伤可进一步导致多脏器功能障碍综合征。因此,探讨脓毒性肝损伤的发病机制,寻找有效的治疗方法具有重要意义。

Wang等[54]在CLP 动物模型中发现miR-155表达明显升高,且与炎症因子(TNF-α、IL-6)水平呈正相关,且伴有明显的肝损伤,提示miR-155 可能参与脓毒性肝损伤的发生。而Yang等[55]对脓毒性肝损伤的进一步研究发现,miR-155主要是通过靶向结合Nrf2调控氧化应激介导的内质网应激、线粒体损伤和细胞凋亡,从而参与脓毒性肝损伤的发生发展。有研究[56]发现,抑制miR-155的表达可以改善脓毒性肝损伤,而后者主要是通过激活JAK/STAT 通路加重脓毒性肝损伤。结果提示,miR-155可能作为脓毒性肝损伤的潜在治疗靶点。

5 展望

近年来,随着对miR-155 研究的深入,其调控的靶基因越来越多被发现,这对miR-155应用于脓毒症以及相关脏器并发症的治疗提供了新思路及新想法。尽管miR-155 在炎症性疾病中的调控中发挥重要作用,但将其运用于脓毒症等炎症性疾病的诊断及治疗仍需要更进一步的研究。