microRNA在脓毒症诊断中的研究进展_汪凌燕.pdf
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1、第 43 卷 第 3 期2023 年 03 月Vol.43 NO.3MAR.2023赣南医学院学报JOURNAL OF GANNAN MEDICAL UNIVERSITY投稿网址:http:/microRNA在脓毒症诊断中的研究进展汪凌燕1,张珂1,仇鹏业1,饶兴愉2(1.赣南医学院第一临床医学院;2.赣南医学院第一附属医院儿童医学中心,江西 赣州 341000)摘 要:随着重症监护技术的进步和标准化护理的广泛应用,近年来脓毒症患者死亡率正在逐步下降,而脓毒症的发病率仍呈逐年上升的趋势。脓毒症是急诊常见的致死、致残性危重病,对世界各地的卫生保健系统构成了重大挑战。在脓毒症3.0中,脓毒症被定义
2、为宿主对感染反应失调而致危及生命的器官功能障碍。无论病因如何,一旦发现脓毒症性休克,每延迟1 h的抗生素治疗,存活率就会下降7.6%。早期识别感染的原因和脓毒症患者的预后分层是重要的临床优先事项。早期诊断可显著提高脓毒症患者救治的成功率,但目前早期诊断的方法仍存在一定的局限性。microRNA(miRNA)是1922个碱基的短单链RNA分子,可以通过碱基配对结合mRNA,导致靶标被破坏或抑制mRNA蛋白质翻译。血液中的miRNA可作为潜在的生物标志物,并为疾病的治疗干预提供靶点。本文旨在总结miRNA在脓毒症关键性阶段所起的调控性作用,并评价miRNA作为一类新的诊断标志物与治疗靶点在脓毒症中
3、的应用价值。关键词:脓毒症;微RNA;生物标志物;治疗靶点中图分类号:R515.3 文献标志码:A 文章编号:1001-5779(2023)03-0247-07 DOI:10.3969/j.issn.1001-5779.2023.03.005Research progress of microRNA as a biomarker for diagnosis of sepsisWANG Ling-yan1,ZHANG Ke1,QIU Peng-ye1,RAO Xing-yu2(1.The First Clinical Medical College,Gannan Medical Universi
4、ty;2.Children Medical Center,The First Affiliated Hospital of Gannan Medical University,Ganzhou,Jiangxi 341000)Abstract :With the progress of intensive care technology and the wide application of standardized nursing,the mortality rate of sepsis patients is gradually decreasing in recent years.Howev
5、er,the morbidity of sepsis patients is still increasing year by year.Sepsis is a common fatal and disability-related critical disease in emergency care,which poses a major challenge to health care systems around the world.In sepsis 3.0,sepsis is defined as a life-threatening organ dysfunction caused
6、 by the parasitifers dysfunction to infection.There is evidence that,regardless of the causes,once sepsis shock is found,the survival rate will decrease by 7.6%for every hour of delayed antibiotic treatment.Early identification of the causes of infection and prognostic stratification of patients wit
7、h sepsis are important clinical priorities.Early diagnosis can significantly improve the treatment success rate of sepsis patients,but there are still certain limitations in early diagnosis methods.microRNA is a short single-stranded RNA molecule of 19-22 bases,which can bind to mRNA by base pairing
8、,resulting in target destruction or inhibiting the protein translation of the mRNA.mRNA in the blood may serve as potential biomarkers and provide opportunities for treatment interventions of diseases.This article aims to summarize the regulatory role of miRNA in the critical stage of sepsis and eva
9、luate the application value of miRNA as a new diagnostic marker and therapeutic target in sepsis.Key words :S Sepsis;MicroRNA;Biomarkers;Therapeutic target脓毒症的定义标准最早在1991年的共识会议上提出,该定义基于全身炎症反应综合征(Systemic inflammatory response syndrome,SIRS)的概念,根据疾病的严重程度将脓毒症分为脓毒症、严重脓毒作者简介:汪凌燕,女,2021级硕士研究生,研究方向:呼吸重症。E
10、-mail:watermelon_通信作者:饶兴愉,女,博士,副主任医师,硕士研究生导师,研究方向:呼吸重症。E-mail: 2472023 年赣 南 医 学 院 学 报投稿网址:http:/症、脓毒症休克。2001 年欧洲和美国协会共同参与,对此项共识定义进行了修订,为8种不同的器官系统定义了功能障碍极限值1。此后,欧美危重病医学会的一个联合工作组重新审查了脓毒症及脓毒症休克的长期定义,并于2016年提出了脓毒症及脓毒症休克的第三个国际共识定义(sepsis 3.0)2。脓毒症3.0将脓毒症定义为严重感染因素引起的机体过度反应,导致器官功能障碍或循环衰竭。在充足的液体复苏基础上仍伴有无法纠正
11、的持续性低血压即为脓毒症休克,其潜在的循环、细胞和代谢异常比脓毒症有更高的死亡风险2。脓毒症的发病机制包括炎症反应失衡、免疫功能障碍、线粒体损伤、凝血功能障碍、神经内分泌免疫网络异常、内质网应激、自噬等病理生理过程,并最终导致多器官功能障碍3。鉴于脓毒症临床特征的复杂性,其早期诊断仍存在极大的挑战性。目前170多个生物标志物已确定被用于评估脓毒症,包括C反应蛋白、降钙素原、各种细胞因子及细胞表面标记物等3。由于这一系列的标志物在特异性和敏感性方面都存在一定的局限性,因此,寻找新的潜在生物标志物和治疗靶点就变得极为迫切。miRNA在炎症反应中起重要作用,最近的研究表明,微RNA(MicroRNA
12、,miRNA)可作为早期诊断脓毒症的一类具有潜在价值的新型生物标志物。现就miRNA在脓毒症及其并发症的早期诊断及治疗过程中的作用进行综述,探讨这一新型生物标志物的应用价值。1 miRNA 1.1 miRNA 的 结 构 及 参 与 细 胞 调 控 的 机 制 microRNA是真核生物中一个巨大的基因表达调控家族,其长度约为21个核苷酸4,第一个miRNA(lin-4)来自秀丽隐杆线虫,由WIGHTMAN B等5在1993年发现,它是控制发育时间的内源性基因调节器。miRNA的生物发生始于人类RNA聚合酶或的转录,miRNA 的转录通常由 RNA 聚合酶完成,是由独立基因的RNA聚合酶(RN
13、AP)特异转录本或蛋白质编码基因的内含子加工而成的6。在经典途径中,初级前体(pri-miRNA)加工分为两个步骤,由两个核糖核酸酶(Ribonuclease,RNase)家族的酶催化,分别是 Drosha(首先在果蝇中发现)和Dicer,在dsRNA结合蛋白复合物(dsRBPs)中起作用。在细胞核中pri-miRNA被切割成大约70个核苷酸的茎环结构,称为pre-miRNA。这个过程是由一个微处理器复合体完成的,该复合体由 Drosha 和d DiGeorge 综合征关键区域基因 8(DGCR8)组成。Drosha是RNase 酶的成员,它是一种双链RNA特异性内切核糖核酸酶。DGCR8是一
14、种双链RNA结合蛋白,作为微处理器复合体的非催化亚基发挥作用7。哺乳动物中DGCR8和RNA结合蛋白这一经典案例很好地阐释了miRNA生物调控的经典途径。我们以此为例,第一步发生在细胞核中,Drosha-DGCR8复合体将 pri-miRNA 加工成约 70个核苷酸的前体发夹(pre-miRNA),该前体通过 Exportin-5/RanGTP复合体输出到细胞质中,某些pre-miRNA是由非常短的内含子剪接和脱支的结果,可省略Drosha-DGCR8 步骤 4。胞质前 miRNA 随后作为RNA诱导沉默复合物(RISC)负载复合物的一部分被RNase Dicer结合,包括TRBP和Ago28
15、。在哺乳动物中,Ago2可通过切割一些pre-miRNA的3臂支持Dicer加工,从而形成一个额外的加工中间体,称为 Ago2 切割前体 miRNA(ac-pre-miRNA)。随后,Dicer通过TRBP的协助,在细胞质中分裂产生120 bp的 miRNA/miRNA 双 链4。经 处 理 后,miRNA/miRNA双链中的一条被优先合并到miRNA诱导的沉默复合物(miRISC)中,而另一条链则被释放并降解。通常,保留链是在 miRNA/miRNA 双链中具有不稳定的碱基对5端,miRNA链并不总是miRNA的副产物,也可以加载到 miRISC中作为 miRNA发挥作用4,9。miRNA几
16、乎参与了所有被研究细胞的调控过程,因此,其表达与人类的许多疾病息息相关,这就为miRNA作为诊断脓毒症的生物标志物提供了潜在的价值。1.2miRNA 的功能 miRNA 可将一个 RNP 复合体招募到互补RNA中,即提供一个序列特异性的结合成分,使RNP作用于特定的靶标,从而指导靶基因的激活或抑制,并对蛋白质输出进行微调,是生物生长和细胞内稳态的关键调控因子。miRNA通过互补碱基配对,以完全或不完全的方式靶向mRNA,有证据表明,miRNA可以靶向30-UTR以外的 mRNA,而成熟的 miRNA 可以通过结合 50-UTR来改变基因的表达10。参考资料库(http:/www.mirbase
17、.org/)miRBase目前拥有大约1 917个人类前体和2 656个成熟miRNA,结合计算机高通量方法和实验技术,研究表明,确实存在2 300个人类成熟的miRNA,其中1 115个目前在miRBase中注释11。据推测,单个miRNA可以靶向数百个mRNA,相反,2483 期汪凌燕,等 microRNA在脓毒症诊断中的研究进展投稿网址:http:/单个mRNA被多个miRNA靶向。单个miRNA种类也可能抑制数百种蛋白质的产生12。众所周知,蛋白质是一切生命的物质基础,是机体细胞的重要组成部分,可以维持机体正常新陈代谢和各类物质在体内输送,也可作为抗体参与机体的体液免疫。BAYRAKT
18、AR R 等13提出,miRNA可能有助于细胞间的通讯,间隙连接(Gap junction,GJ)是所有实体组织质膜中的细胞间通道,用于相邻细胞之间的直接通信,它们允许小分子的被动转移。研究发现,成熟的miRNA双链体可以直接通过GJ通道转移,并靶向邻近细胞中的mRNA7。miRNA可用作治疗剂(miRNA模拟物)或作为治疗剂的靶点(抗miRs),使用基于miRNA的疗法治疗疾病。目前,处于临床开发阶段的癌症治疗方法就是通过miRNA模拟物补 充 肿 瘤 抑 制 性 miRNA 或 使 用 抗 miRs 抑 制oncomiRs。除癌症外,miRNA在其他疾病治疗中的应用价值也在不断的研究开发中
19、。miRNA是一个庞大的家族,其生物功能也具有多样性,在生长发育、细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡及细胞代谢等生物过程中皆占重要地位。1.3miRNA的特性 研究者们已从血液、唾液、尿液、粪便、脑脊液、滑膜液、胰液、胆汁、胃液及其他体液中分离出了各种miRNA,并正在检测其作为相关疾病生物标志物的实用性12。某些体液中细胞外miRNA的水平和组成与各种病理密切相关,包括癌症、糖尿病和组织损伤等。这些结果证实,体液中细胞外miRNA的表达水平是确定和监测个体生理状态的一种有潜在价值的方法13。一系列的研究证据表明14,可以通过无创或微创的方法获取miRNA,使之成为容易获取的生物标本,从而为疾病的诊
20、治新手段研发提供了可能。miRNA在外泌体和细胞外囊泡中由细胞分泌而成,分泌的 miRNA 在体液中保持相应的稳定状态。LIANG H W等15 建立了几个关于胞外miRNA稳定性的生物模型,并结合细胞外miRNA在体液中以高浓度和足够完整的方式循环,证实细胞外miRNA可能以某种方式进入细胞以防止其降解。miRNA由供体细胞通过小膜泡分泌,保护供体细胞免受胞外 RNase 活性的影响16,从而保持 miRNA 的稳定性。鉴于miRNA的碱基配对原则等结构与机制的特殊性,miRNA在时间与空间上都具有特异性,同时,多个转录因子的协同作用增加了其特异性。已有大量研究证据表明,miRNA 可在不同
21、生理机理中特异性表达。如:DIECKMANN K P 等17证实,miR-371a-3p的血清水平可作为生殖细胞肿瘤的敏感性和特异性新生物标记。SCHULTZ N A 等18推断 miR-26b、miR-34a、miR-122、miR-126、miR-145、miR-150、miR-223、miR-505、miR-636、miR-885可作为区分胰腺癌患者与健康人的特异性生物标志物。TOMIMARU Y 等19通过 qRT-PCR技术及病例对照研究方法证实,血浆miR-21可作为肝细胞癌潜在的特异性生物标志物。2 miRNA在脓毒症中的调控机制 2.1miRNA通过TNF途径参与炎症反应 mi
22、RNA在不同疾病先天性和适应性免疫的调控机制中发挥重要作用这一观点已被广泛接受。miRNA可调节辅助T细胞和控制T细胞的生长,这在控制宿主对疾病的反应过程中至关重要。在脓毒症的发生发展过程中,宿主免疫系统会发生促炎和免疫抑制。脓毒症在炎症状态下会产生多种细胞因子,如IL-10、IL-6等,其中最具代表性和最常见的有肿瘤坏死因子-(TNF-)。miRNA可直接靶向TNF途径介导炎症反应 20,PUIMGE L等 21 证明,miR-511实际上是一种TNF受体1蛋白,能影响TNF敏感性,部分预防了TNF依赖性内毒素休克综合征。此外,TNF-的产生在转录和翻译水平上受miRNA控制,DAN C等
23、22 研究表明,上调miR-181可促进TNF-mRNA降解。HUANG H C等 23 报道,在脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)刺激后,新生儿单核细胞中 miR-125b 水平与TNF-表达相关,TNF-表达升高时,miR-125b显著降低。除了TNF-,其他促炎细胞因子如IL-6在脓毒症患者中的表达也显著升高,ZHOU J H等24报道miR-146a下调与脓毒症患者IL-6水平升高相关。2.2miRNA通过Toll样受体调控炎症反应 在脓毒症早期,病原微生物与免疫细胞表面的Toll样受体结合,激活细胞内信号传导通路,使促炎因子和抗炎因子转录增加。miRNA可通过靶向
24、Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)信号通路调控炎症,TLR介导的信号通路主要激活核因子-B(Nuclear factor kappa-B,NF-B),NF-B是免疫调节和促炎介质表达的重要转录因子。研究表明,miR-146a、miR-125和miR-155等在TLR/NF-B介导的先天免疫和炎症反应的负调控中发挥重要作用25。MONK C E等26通过研究发现,初级miR155和其他几种miRNA的 2492023 年赣 南 医 学 院 学 报投稿网址:http:/转录依赖于 NF-B。TAGANOV K D 等报道,使用LPS刺激人单核细胞THP-1可以迅速诱导
25、miR-146a和miR-146b的表达27。miR-146a可以直接作用于IRAK-1和TRAF6,它们是TLR信号通路中的关键适配器分子28。由此证明,TLR介导的信号通路在脓毒症中至关重要。随着脓毒症的发展,免疫系统会被部分介导的miRNA重新编程进入免疫抑制状态,宿主免疫抑制被认为是导致脓毒症后期死亡的原因之一。miR-21和miR-181b在脓毒症小鼠骨髓源性抑制细胞中表达上调,通过影响转录因子Stat3和C/EBP阻止巨噬细胞和树突状细胞分化 29-30。此外,骨髓细胞的miR-155与LPS刺激的BMAL1水平呈负相关 31。也有研究证实,多种 miRNA 如 mi-R210、m
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