環(huán)狀RNA在膿毒癥中的研究進(jìn)展

呂娟娟，吳 瑾

(四川大學(xué)華西第二醫(yī)院兒科，出生缺陷與相關(guān)婦兒疾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610040)

近年來，環(huán)狀RNA(circular RNAs，circRNA)已成為非編碼RNA領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。環(huán)狀RNA是一大類共價(jià)、閉合的內(nèi)源性非編碼RNA，廣泛存在于生物體中。與線性RNA 不同，環(huán)狀RNA由mRNA前體(pre-mRNA)反向剪接形成，以3＇-5＇磷酸二酯鍵形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，無5＇的帽子結(jié)構(gòu)和 3＇的poly A尾，不被核酸外切酶降解，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，半衰期更長(zhǎng)[1]。越來越多的證據(jù)表明，環(huán)狀RNA代表了一類廣泛而多樣的內(nèi)源性RNA，通過參與調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、充當(dāng)miRNA分子海綿、結(jié)合蛋白質(zhì)、翻譯成蛋白質(zhì)發(fā)揮生物學(xué)功能。目前對(duì)環(huán)狀RNA的結(jié)構(gòu)及功能有了初步的了解，但是環(huán)狀RNA在不同疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的作用還有待進(jìn)一步闡明。

膿毒癥是指因感染引起宿主反應(yīng)失調(diào)而導(dǎo)致危及生命的器官功能障礙，嚴(yán)重威脅人類健康[2]。2017年，全球每10萬人中有677.5例膿毒癥患者，并以每年9%的速度增長(zhǎng)，大約2%的住院患者和高達(dá)75%的重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)患者發(fā)生膿毒癥，其中約30%進(jìn)展為膿毒癥休克[3]。據(jù)報(bào)道，在我國(guó)ICU膿毒癥的發(fā)病率約為37%，死亡率約為33%，后者約為發(fā)達(dá)國(guó)家死亡率的2倍[4]。Huang等[5，6]的最新研究發(fā)現(xiàn)，入住ICU的COVID-19患者常具有膿毒癥患者的常見特征，即淋巴細(xì)胞減少、血漿細(xì)胞因子水平明顯升高等。因此有專家提出，幾乎所有COVID-19的危重患者都有死于膿毒癥的危險(xiǎn)。最近研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀RNA的調(diào)節(jié)機(jī)制貫穿整個(gè)基因表達(dá)過程，包括從mRNA的轉(zhuǎn)錄、剪切到翻譯，并且參與許多人類疾病發(fā)病過程。越來越多的證據(jù)證實(shí)，環(huán)狀RNA在膿毒癥和膿毒癥相關(guān)臟器功能障礙的病理生理機(jī)制中起重要的調(diào)節(jié)作用。Wei等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，與存活者相比，膿毒癥死亡患者中circPRKCI表達(dá)降低，而miR-545表達(dá)增加，多因素Logistic分析顯示circPRKCI是預(yù)測(cè)28天死亡率降低的獨(dú)立因素。

1 環(huán)狀RNA與膿毒癥心肌抑制

膿毒癥期間的心肌功能障礙(sepsis-induced myocardial dysfunction，SIMD)通常被稱為膿毒癥誘導(dǎo)的心肌抑制，其特征是心肌收縮力受損和射血分?jǐn)?shù)降低。心肌抑制是膿毒癥的一種潛在的嚴(yán)重并發(fā)癥，與隨后的高死亡率有關(guān)[8]。成人膿毒癥心肌抑制在早期階段的特點(diǎn)是高心輸出量，低外周血管阻力，四肢末梢溫暖。兒童患者則經(jīng)歷心輸出量低，外周阻力高，肢端涼的“冷休克”。一項(xiàng)流行病學(xué)研究表明，大約70%的嚴(yán)重膿毒癥患兒會(huì)出現(xiàn)心肌抑制，這可能導(dǎo)致死亡率增加[9]。然而，膿毒癥引起心肌抑制的分子機(jī)制尚不清楚，也沒有特異性的生物標(biāo)志物來幫助臨床醫(yī)生識(shí)別這種情況，目前尚沒有藥物療法可以逆轉(zhuǎn)膿毒癥引起的心肌抑制，更加突顯了對(duì)膿毒癥引起的心肌抑制的機(jī)制研究的必要性。在脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的膿毒癥休克小鼠模型中，共檢測(cè)到851種環(huán)狀RNA和639種miRNA的差異表達(dá)，其中11種環(huán)狀RNA和91種miRNA表達(dá)有明顯差異，提示它們可能在心肌抑制的病理生理過程中發(fā)揮重要作用[10]。但是，在膿毒癥誘導(dǎo)的心肌抑制中差異表達(dá)的環(huán)狀RNA和miRNA的具體功能大部分尚不清楚。

2 環(huán)狀RNA與膿毒癥急性肺損傷

膿毒癥期間肺是最易受累的器官之一。大約50%的膿毒癥患者出現(xiàn)急性肺損傷(acute lung injure，ALI)或急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)[11]，其顯著特征是肺泡細(xì)胞損傷、肺泡上皮細(xì)胞凋亡和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[12]。Li等[13]在LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠模型中觀察到環(huán)狀RNA譜的顯著變化，發(fā)現(xiàn)不同表達(dá)水平的環(huán)狀RNA參與不同信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，包括絲裂原活化蛋白激酶通路、FoxO通路、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子通路和Wnt通路等。Bao等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥組與對(duì)照組相比，肺泡巨噬細(xì)胞中環(huán)狀RNA表達(dá)有明顯變化，分析表明上調(diào)的環(huán)狀RNA參與多種生物學(xué)功能，如調(diào)節(jié)環(huán)狀RNA在線粒體分布以及與Notch結(jié)合，而下調(diào)的環(huán)狀RNA主要參與組蛋白H3K27甲基化等生物學(xué)過程，KEGG通路分析顯示TGF-β信號(hào)通路與上調(diào)的環(huán)狀RNA有關(guān)，從而提示環(huán)狀RNA在膿毒癥肺泡巨噬細(xì)胞分化和極化中起重要作用。Zou等[15]研究發(fā)現(xiàn)P2X7R拮抗劑A-438079通過抑制環(huán)狀RNA(circ 0001679、circ 0001212)和mRNA(Pln、Cdh2及Nprl3)的表達(dá)，減少肺泡細(xì)胞凋亡，下調(diào)TNF-α、IL-1β水平，來減輕膿毒癥誘導(dǎo)的ALI。有研究發(fā)現(xiàn)，敲減circ RasGEF1B的表達(dá)可降低LPS誘導(dǎo)的ICAM-1表達(dá)，同時(shí)circ RasGEF1B有助于調(diào)節(jié)成熟ICAM-1 mRNA的穩(wěn)定性，提示circ RasGEF1B可能在膿毒癥ALI發(fā)生中發(fā)揮重要作用[16]。環(huán)狀RNA 對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移、凋亡具有顯著的調(diào)節(jié)作用，而膿毒癥ALI典型的病理特征就是肺泡內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，提示環(huán)狀RNA在膿毒癥ALI的發(fā)病中可能有一定的作用[17]。Boeckel等[18]通過計(jì)算分析在常壓給氧或缺氧條件下培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生不同水平的環(huán)狀RNA，發(fā)現(xiàn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞可以產(chǎn)生大量的環(huán)狀 RNA，且缺氧環(huán)境下產(chǎn)成的circ cZNF292 在體外顯示出促血管生成活性，提示circ cZNF292可能參與ALI的發(fā)生。

3 環(huán)狀RNA與膿毒癥急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)

AKI是膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中最常見的嚴(yán)重并發(fā)癥之一[19]。AKI的發(fā)生隨著膿毒癥的嚴(yán)重程度而增加。因此，探索膿毒癥引起的急性腎損傷的潛在機(jī)制，尋找有效的治療靶點(diǎn)是非常必要的。越來越多的證據(jù)表明，環(huán)狀RNA在膿毒癥AKI進(jìn)展過程中具有調(diào)控基因表達(dá)的能力[20，21]。環(huán)狀RNA在AKI模型小鼠腎臟中的表達(dá)模式發(fā)生了改變，表明環(huán)狀RNA可能參與維持腎臟穩(wěn)態(tài)[22]。Shi等[23]研究表明，與健康受試者相比，膿毒癥患者的血清樣本中circPRKCI的表達(dá)顯著下調(diào)，circPRKCI通過上調(diào)miR-545介導(dǎo)的ZEB2來減少LPS誘導(dǎo)的HK2凋亡和炎癥損傷。同樣，circANRIL沉默通過靶向miR-9來減弱LPS誘導(dǎo)的HK2細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激[24]。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)circFANCA在膿毒癥誘導(dǎo)的AKI中高表達(dá)，circFANCA基因敲除通過靶向miR-93-5p調(diào)控OXSR1的表達(dá)，減輕LPS誘導(dǎo)的HK2細(xì)胞損傷。Shi等[26]的研究證明，circVMA21通過調(diào)節(jié)miR-9-39/SMG1/炎癥軸，減少大鼠和HK2細(xì)胞的凋亡和炎癥反應(yīng)，在膿毒癥相關(guān)AKI調(diào)節(jié)中起著重要作用。

4 環(huán)狀RNA與膿毒癥免疫損傷

據(jù)了解，膿毒癥的免疫病理生理學(xué)包括大量的宿主防御反應(yīng)，這些反應(yīng)分為異常過度反應(yīng)或抑制反應(yīng)[27]。環(huán)狀RNA的表達(dá)被證明是細(xì)胞類型特異性的，這可能表明環(huán)狀RNA的功能也依賴于細(xì)胞類型和分化狀態(tài)。據(jù)報(bào)道，與所有造血細(xì)胞系相比，去核血細(xì)胞，即紅細(xì)胞和血小板，含有最高水平的環(huán)狀RNA[28]。Khan等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥患者外周血單核細(xì)胞的環(huán)狀RNA水平顯著升高，與CD4+/CD8+T細(xì)胞和B細(xì)胞相比，單核細(xì)胞產(chǎn)生的環(huán)狀RNA最高，且具有高度特異性。其中單核細(xì)胞中circVCAN(chr5：83519349-83522309)和circCHD2(chr15：93000512-93014909)的水平在膿毒癥病人中明顯升高。但是關(guān)于環(huán)狀RNA在膿毒癥免疫調(diào)節(jié)方面具體作用尚缺乏進(jìn)一步的研究。

5 環(huán)狀RNA作為膿毒癥潛在的標(biāo)志物和靶標(biāo)

膿毒癥的發(fā)病率和死亡率較高，診斷延遲是其結(jié)局惡化的重要原因，早期診斷和治療是提高膿毒癥患者生存率的關(guān)鍵。因此，發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物對(duì)于膿毒癥的早期診斷、疾病進(jìn)展甚至預(yù)后至關(guān)重要。然而，目前用于膿毒癥早期診斷的生物標(biāo)志物如C反應(yīng)蛋白(CRP)、降鈣素原(PCT)和白細(xì)胞介素-6(IL-6)在其它非感染性炎癥條件下也可能增加，敏感性和特異性有限。環(huán)狀RNA廣泛表達(dá)于人體的各種細(xì)胞、外周血、唾液和其它體液中，在某些情況下表達(dá)水平要比相關(guān)的線狀RNA高10倍以上。因而很多環(huán)狀RNA作為疾病診斷的潛在標(biāo)志物正逐漸被挖掘出來，使環(huán)狀RNA成為包括膿毒癥在內(nèi)的許多疾病非侵入性生物標(biāo)志物的理想候選者。Nie等[30]研究首次發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA可以調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子水平，刺激炎癥和免疫反應(yīng)，為控制炎癥和免疫反應(yīng)提供了新的方向。而調(diào)節(jié)關(guān)鍵環(huán)狀RNA的潛在藥物可能有助于抑制炎癥風(fēng)暴的發(fā)生，可能是一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。

6 展望

環(huán)狀RNA的發(fā)現(xiàn)至今只有四十多年，未來在大樣本膿毒癥患者中評(píng)估環(huán)狀RNA的表達(dá)和生物學(xué)功能的研究非常值得期待。隨著研究的深入，相信會(huì)有越來越多的環(huán)狀RNA在膿毒癥中被發(fā)現(xiàn)，為改善膿毒癥的診斷和預(yù)后以及提高治療策略開辟新的途徑，有望降低膿毒癥相關(guān)的死亡率，提高患者的生存質(zhì)量。