非编码RNA在脓毒症致急性肺损伤发病机制中的研究进展

张 莉，张传涛，高培阳

1成都中医药大学临床医学院，四川成都 610075；2成都中医药大学附属医院，四川成都 610072

脓毒症是一种由各种感染引起的全身炎症性疾病，可导致多器官功能障碍甚至死亡[1]。高住院率和高死亡率促使该病造成的经济负担位于全球前列[2-3]。肺组织是其中最早、最易受累的器官，脓毒症患者中25% ～ 50%会发生急性肺损伤(acute lung injury，ALI)，且急性肺损伤病死率高达40%[4-5]。目前认为脓毒症致急性肺损伤是一个多通路、多基因调控过程，非编码RNA在其中发挥了重要作用。非编码RNA(ncRNA)是一类不能编码蛋白质的RNA，能在基因组水平及染色体水平对基因表达进行调控，决定细胞分化命运，参与多种疾病的发生和发展过程[6]。目前关于ncRNA中的微小RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)以及环状RNA(circRNA)的研究日益广泛，本文就近年来对非编码RNA在脓毒症急性肺损伤发病机制中的研究进展做一综述。

1 miRNA与脓毒症急性肺损伤

内皮屏障受损导致的肺血管通透性增加是脓毒症急性肺损伤的主要特征，内皮细胞凋亡及功能障碍、炎性因子刺激、内皮相关蛋白表达缺失等导致内皮屏障受损，促使肺血管通透性增加，可能导致以肺泡充血、肺水肿和随后的低氧血症为特征的病理生理状况。微小RNA是一类由内源性基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码RNA，通过与靶基因的mRNA直接结合来抑制靶基因的表达。研究表明miRNA通过不同途径作用于下游靶点参与脓毒症急性肺损伤的发生发展[7]。近年来的研究集中在循环miRNA作为脓毒症急性肺损伤新型预后和治疗生物标志物的潜在应用上。

1.1 miRNA介导的炎性因子释放 巨噬细胞具有吞噬、抗原呈递和调节免疫等特性，在脓毒症ALI的发病中发挥了重要作用[8]，有研究者以ALI小鼠模型BALF液中的巨噬细胞为对象研究miRNA表达情况。You等[9]将ALI小鼠模型中支气管肺泡灌洗液分离肺巨噬细胞进行培养，LPS诱导后微阵列分析显示miR-802表达下调，体外过表达miR-802后炎性因子产生减少，并减轻了LPS诱导的急性肺损伤。同时证实Peli2是miR-802的靶基因，Peli2在ALI小鼠模型中表达上调，提示miR-802与Peli2的表达呈负相关，miR-802/Peli2轴可能参与脓毒症ALI的发病而成为潜在治疗靶点。Ying等[10]揭示了miR-127在小鼠巨噬细胞发育及炎症和肺损伤发病机制中具有关键作用，通过气管内施用miR-127导致小鼠肺部炎症和损伤扩大，相反拮抗miR-127的作用能够抑制促炎性细胞因子的产生，同时证实miR-127可靶向B细胞淋巴瘤6(Bcl6)，并显著下调其表达，随后下调双重特异性磷酸酶1(Dusp1)，进而增强JNK激酶的活化，从而促进炎性巨噬细胞的发育。

外泌体(exosome)是直径为30 ～ 150 nm、包含复杂RNA和蛋白质的小膜泡，所有培养的细胞均可分泌外泌体，同时其存在于血液、唾液、尿液、脑脊液和乳汁等天然体液中，研究表明外泌体释放的miRNA参与脓毒症急性肺损伤的发病[11]。Jiang等[12]通过体内实验发现，静脉注射从ALI小鼠获得的血清外泌体，可增加幼稚小鼠肺中M1巨噬细胞的数量，并引起幼稚小鼠的肺部炎症，ALI小鼠的血清外泌体将miR-155传递给巨噬细胞，刺激核因子κB(NF-κB)激活，从而产生肿瘤坏死因子α(TNF-α)和IL-6；并且研究发现血清外泌体释放的miR-155分别通过靶向SHIP1和SOCS1促进巨噬细胞的增殖和炎症，这提示血清外泌体miR-155/SHIP1/SOCS1轴是脓毒症急性肺损伤发病机制之一，miR-155可能成为防治ALI的潜在靶点。Cao等[13]研究发现来自脓毒症患者血清外泌体及脓毒症小鼠肺组织中miR-145表达显著降低，RNA测序数据集显示，在miR-145过表达的BEAS-2B细胞中观察到了炎症特征的负向富集，同时miR-145过表达与TGF-β/Smad信号通路呈负相关，TGFBR2是miR-145的靶基因，提示miR-145可以通过靶向TGFBR2灭活TGF-β/Smad信号通路从而减少IL-2和TNF-α分泌，改善脓毒症导致的肺损伤。

血管紧张素转换酶2(ACE2)是肾素-血管紧张素系统中血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)的负调节剂，在ALI中起关键作用。Liu等[14]研究发现ACE2之所以起作用是由于miR-200c-3p在ALI患者血浆中表达上调，激活NF-κB信号通路从而减少ACE2的水平，引起AngⅡ水平的升高，导致肺损伤，提示miR-200c-3p/NF-κB/ACE2/AngⅡ途径可能是脓毒症ALI的发病机制之一，血浆miR-200c-3p在ALI的发病中起关键作用。Rajput等[15]也做过类似的研究，从脓毒症ALI的病理特点血管通透性增加的角度出发，研究影响血管通透性的相关生物标志。已知Ang Ⅱ诱导血管渗漏，既往发现脓毒症ALI患者血浆中miRNA-150表达下调，进一步研究得知野生型(WT)和miR-150-/-小鼠内皮细胞(EC)中miR-150模拟物的转导抑制了AngⅡ的产生，提示miR-150可能通过靶向AngⅡ参与AIL的发病。

除了从巨噬细胞、血清外泌体、血浆等标本中研究miRNA在脓毒症急性肺损伤的表达外，Ling等[16]发现脓毒症相关性ALI大鼠肺组织中miR-494的表达上调，此时炎症反应和氧化应激增强，通过IHC和ELISA检测发现miR-494负调控NQO1并阻断Nrf2信号通路，提示miR-494可能与ALI的发病有关。Wu等[17]研究发现miR-326通过NF-κB信号通路对脓毒症急性肺损伤小鼠炎症反应产生影响，通过逆转录定量PCR(RT-qPCR)和Western blot分析检测肺组织中miR-326、BCL2A1、炎症反应相关基因和NF-κB信号通路的表达水平，ELISA法检测血清IL-6、IL-10、IL-1β和TNF-α水平。结果显示与对照组相比miR-326表达上调，血清炎性因子表达增加，并且证实bcl2A1是miR-326的靶基因，miR-326通过靶向bcl2A1基因抑制其表达从而激活NF-κB信号通路，提示miR-326参与ALI的发病。Zhang等[18]发现通过体内气道滴入miR-146a激动剂(agomir)能够增加脓毒症小鼠肺组织中miR-146a的表达，ELISA测定支气管肺泡灌洗液(BALF)中的TNF-α表达水平与miR-146a的表达呈负相关，提示miR-146a可能参与脓毒症ALI发病。

1.2 miRNA介导的肺血管内皮相关蛋白表达和细胞凋亡 Zhou等[19]研究发现肺内皮祖细胞(EPC)外泌体可预防脓毒症患者内皮功能障碍和肺损伤，RT-qPCR检测发现miR-126-3p和miR-126-5p在EPC外泌体中含量丰富，miR-126-3p或miR-126-5p的过表达减弱了LPS诱导的SAEC中紧密连接蛋白Claudin1、Claudin4和闭合蛋白Occludin的mRNA表达下调，提示EPC外泌体减轻肺泡水肿和肺损伤的机制可能与miR-126-3p和miR-126-5p导致的ALI相关上皮紧密连接的丧失减少有关。

Tang等[20]研究发现，在LPS诱发的急性肺损伤小鼠模型中，肺组织中miR-126-5p的表达下调，而肺血管内皮生长因子-A(VEGFA)的mRNA和蛋白质含量与miR-126-5p的表达呈负相关，在LPS处理后的Ⅱ型肺泡(ATⅡ)细胞中观察到了相似的结果，通过荧光素酶报告基因检测发现miR-126-5p通过靶向其3'-非翻译区来抑制VEGFA表达从而减轻急性肺损伤，提示miR-126-5p可能与脓毒症ALI的发病机制有关。

Meng等[21]使用盲肠结扎穿刺(CLP)小鼠模型和原代鼠肺微血管内皮细胞(MPVECs)体外模型研究了miR-539-5p在败血症诱导的ALI中的调控作用。用miR-539-5p模拟物或对照模拟物转染MPVEC，然后用LPS处理，结果显示与对照组相比，miR-539-5能够抑制LPS处理的MPVEC中Caspase-3活性，减少细胞凋亡，从而对脓毒症诱导的急性肺损伤发挥一定的治疗潜力。

2 lncRNA与脓毒症急性肺损伤

lncRNA是由RNA聚合酶Ⅱ转录形成，长度超过200个核苷酸，没有明确的蛋白质编码作用的一类RNA[22]。目前的基因编码(GENCODE)数据库显示在人类基因组中存在大约17 904个lncRNA和14 739个假基因。lncRNA通过基因组印迹、细胞周期调节、细胞分化在各种生物系统中发挥关键作用，并与多种疾病相关[23-25]。根据lncRNA与编码基因的相对位置关系，可分为正义lncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、基因间lncRNA和内含子lncRNA。lncRNA多样性暗示其可能存在多种功能，但lncRNA作为内皮细胞对LPS应答的潜在贡献者以及脓毒症的病理生理机制决定因素的调控作用尚未得到详细研究。

目前对于lncRNA在脓毒症ALI中的研究主要是通过体外细胞培养方式进行，并且主要集中在表达谱的分析上，暂时未对其进行深入的功能性研究。Wang等[26]通过微阵列分析、生物信息学分析、实时PCR等发现，暴露于LPS的人肺微血管内皮细胞(HPMEC)中213个lncRNA和212个mRNA显著差异表达，与lncRNA共表达的mRNA在TNF信号通路中显著富集；提示lncRNA在LPS诱导的肺内皮炎症和屏障功能障碍中起重要作用，并且可能是ALI和ARDS的潜在预防和治疗靶标。Chowdhury等[27]通过RNA测序对经过LPS处理3 h和24 h的HPMEC的lncRNA表达谱中的变化进行分类，结果显示LPS处理在3 h的HPMEC中分别有2 426个和8 355个上调和下调的lncRNA，在24 h内分别上调和下调了3 601个和4 709个lncRNA。其中EGO、HOTAIRM1和lnc-IL7R是三种具有已知调节功能的lncRNA，它们经LPS处理后在内皮细胞中差异表达，提示lncRNA可能在维持肺内皮完整性方面具有一定作用。

3 circRNA与脓毒症急性肺损伤

circRNA是由反向剪接产生的一组非编码RNA，其特征是共价闭合的连续环状结构，没有3'-和5'-末端。有研究者针对缺氧导致的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中circRNA的表达变化进一步分析circRNA对HUVEC增殖、迁移、凋亡的影响，表明circRNA在内皮屏障功能中的作用，提示其在脓毒症ALI的发病中可能有一定的作用[28]。Boeckel等[29]进行了类似的研究，通过计算分析在常氧或缺氧条件下培养的人脐静脉内皮细胞产生的核糖核酸(ribo-minus RNA)鉴定内皮环状RNA，以分析内皮细胞中circRNA的表达、调节和功能，研究表明circRNA cZNF292在体外显示出促血管生成活性，提示circRNA cZNF292可能参与ALI的发生。另外，有学者研究circRNA敲除对LPS诱导的ICAM-1表达的影响，发现敲减circRasGEF1B的表达可降低LPS诱导的ICAM-1表达，同时circRasGEF1B调节成熟的ICAM-1 mRNA的稳定性，提示circRasGEF1B可能在脓毒症急性肺损伤的发病中发挥重要作用[30]。尽管某些研究并未针对circRNA在脓毒症急性肺损伤导致的内皮屏障破坏中的作用进行具体分析，但在一定程度上反映了circRNA在ALI的发病中可能有一定的作用。

4 结语

脓毒症导致的ALI或急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是威胁生命的疾病，内皮屏障受损导致肺血管通透性增加是其最主要的病理生理特征。近年来针对非编码RNA在脓毒症ALI中的研究日益增多，如非编码RNA介导巨噬细胞参与的炎症反应、炎症通路激活、炎性因子释放等导致肺血管通透性增加以及内皮细胞凋亡、黏附连接破坏等。

目前非编码RNA在脓毒症急性肺损伤中的研究主要集中在miRNA，但对于lncRNA和circRNA的研究相对较少，同时缺乏深入的功能性探讨，可从lncRNA和circRNA角度出发，分析脓毒症ALI的发病机制。另外，笔者在查阅文献时发现，针对脓毒症急性肺损伤中非编码RNA参与的发病机制，目前药物干预性研究较少，主要集中在药物对于相关炎性因子、通路等的影响上，这提示我们可以从非编码RNA参与的角度出发，研究药物靶向非编码RNA的作用，以期为临床提供更加有效的治疗措施。