环状RNA在脓毒症中的研究进展

吕娟娟，吴 瑾

(四川大学华西第二医院儿科，出生缺陷与相关妇儿疾病教育部重点实验室，四川 成都 610040)

近年来，环状RNA(circular RNAs，circRNA)已成为非编码RNA领域的研究热点。环状RNA是一大类共价、闭合的内源性非编码RNA，广泛存在于生物体中。与线性RNA 不同，环状RNA由mRNA前体(pre-mRNA)反向剪接形成，以3＇-5＇磷酸二酯键形成环状结构，无5＇的帽子结构和 3＇的poly A尾，不被核酸外切酶降解，结构更稳定，半衰期更长[1]。越来越多的证据表明，环状RNA代表了一类广泛而多样的内源性RNA，通过参与调节基因转录、充当miRNA分子海绵、结合蛋白质、翻译成蛋白质发挥生物学功能。目前对环状RNA的结构及功能有了初步的了解，但是环状RNA在不同疾病发生、发展过程中的作用还有待进一步阐明。

脓毒症是指因感染引起宿主反应失调而导致危及生命的器官功能障碍，严重威胁人类健康[2]。2017年，全球每10万人中有677.5例脓毒症患者，并以每年9%的速度增长，大约2%的住院患者和高达75%的重症监护病房(ICU)患者发生脓毒症，其中约30%进展为脓毒症休克[3]。据报道，在我国ICU脓毒症的发病率约为37%，死亡率约为33%，后者约为发达国家死亡率的2倍[4]。Huang等[5，6]的最新研究发现，入住ICU的COVID-19患者常具有脓毒症患者的常见特征，即淋巴细胞减少、血浆细胞因子水平明显升高等。因此有专家提出，几乎所有COVID-19的危重患者都有死于脓毒症的危险。最近研究发现，环状RNA的调节机制贯穿整个基因表达过程，包括从mRNA的转录、剪切到翻译，并且参与许多人类疾病发病过程。越来越多的证据证实，环状RNA在脓毒症和脓毒症相关脏器功能障碍的病理生理机制中起重要的调节作用。Wei等[7]的研究发现，与存活者相比，脓毒症死亡患者中circPRKCI表达降低，而miR-545表达增加，多因素Logistic分析显示circPRKCI是预测28天死亡率降低的独立因素。

1 环状RNA与脓毒症心肌抑制

脓毒症期间的心肌功能障碍(sepsis-induced myocardial dysfunction，SIMD)通常被称为脓毒症诱导的心肌抑制，其特征是心肌收缩力受损和射血分数降低。心肌抑制是脓毒症的一种潜在的严重并发症，与随后的高死亡率有关[8]。成人脓毒症心肌抑制在早期阶段的特点是高心输出量，低外周血管阻力，四肢末梢温暖。儿童患者则经历心输出量低，外周阻力高，肢端凉的“冷休克”。一项流行病学研究表明，大约70%的严重脓毒症患儿会出现心肌抑制，这可能导致死亡率增加[9]。然而，脓毒症引起心肌抑制的分子机制尚不清楚，也没有特异性的生物标志物来帮助临床医生识别这种情况，目前尚没有药物疗法可以逆转脓毒症引起的心肌抑制，更加突显了对脓毒症引起的心肌抑制的机制研究的必要性。在脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)诱导的脓毒症休克小鼠模型中，共检测到851种环状RNA和639种miRNA的差异表达，其中11种环状RNA和91种miRNA表达有明显差异，提示它们可能在心肌抑制的病理生理过程中发挥重要作用[10]。但是，在脓毒症诱导的心肌抑制中差异表达的环状RNA和miRNA的具体功能大部分尚不清楚。

2 环状RNA与脓毒症急性肺损伤

脓毒症期间肺是最易受累的器官之一。大约50%的脓毒症患者出现急性肺损伤(acute lung injure，ALI)或急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)[11]，其显著特征是肺泡细胞损伤、肺泡上皮细胞凋亡和炎性细胞浸润[12]。Li等[13]在LPS诱导的ALI小鼠模型中观察到环状RNA谱的显著变化，发现不同表达水平的环状RNA参与不同信号通路的调节，包括丝裂原活化蛋白激酶通路、FoxO通路、神经营养因子通路和Wnt通路等。Bao等[14]的研究发现，脓毒症组与对照组相比，肺泡巨噬细胞中环状RNA表达有明显变化，分析表明上调的环状RNA参与多种生物学功能，如调节环状RNA在线粒体分布以及与Notch结合，而下调的环状RNA主要参与组蛋白H3K27甲基化等生物学过程，KEGG通路分析显示TGF-β信号通路与上调的环状RNA有关，从而提示环状RNA在脓毒症肺泡巨噬细胞分化和极化中起重要作用。Zou等[15]研究发现P2X7R拮抗剂A-438079通过抑制环状RNA(circ 0001679、circ 0001212)和mRNA(Pln、Cdh2及Nprl3)的表达，减少肺泡细胞凋亡，下调TNF-α、IL-1β水平，来减轻脓毒症诱导的ALI。有研究发现，敲减circ RasGEF1B的表达可降低LPS诱导的ICAM-1表达，同时circ RasGEF1B有助于调节成熟ICAM-1 mRNA的稳定性，提示circ RasGEF1B可能在脓毒症ALI发生中发挥重要作用[16]。环状RNA 对人脐静脉内皮细胞增殖、迁移、凋亡具有显著的调节作用，而脓毒症ALI典型的病理特征就是肺泡内皮细胞的凋亡，提示环状RNA在脓毒症ALI的发病中可能有一定的作用[17]。Boeckel等[18]通过计算分析在常压给氧或缺氧条件下培养的人脐静脉内皮细胞产生不同水平的环状RNA，发现人脐静脉内皮细胞可以产生大量的环状 RNA，且缺氧环境下产成的circ cZNF292 在体外显示出促血管生成活性，提示circ cZNF292可能参与ALI的发生。

3 环状RNA与脓毒症急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)

AKI是脓毒症发生发展过程中最常见的严重并发症之一[19]。AKI的发生随着脓毒症的严重程度而增加。因此，探索脓毒症引起的急性肾损伤的潜在机制，寻找有效的治疗靶点是非常必要的。越来越多的证据表明，环状RNA在脓毒症AKI进展过程中具有调控基因表达的能力[20，21]。环状RNA在AKI模型小鼠肾脏中的表达模式发生了改变，表明环状RNA可能参与维持肾脏稳态[22]。Shi等[23]研究表明，与健康受试者相比，脓毒症患者的血清样本中circPRKCI的表达显著下调，circPRKCI通过上调miR-545介导的ZEB2来减少LPS诱导的HK2凋亡和炎症损伤。同样，circANRIL沉默通过靶向miR-9来减弱LPS诱导的HK2细胞凋亡、炎症反应和氧化应激[24]。Li等[25]研究发现circFANCA在脓毒症诱导的AKI中高表达，circFANCA基因敲除通过靶向miR-93-5p调控OXSR1的表达，减轻LPS诱导的HK2细胞损伤。Shi等[26]的研究证明，circVMA21通过调节miR-9-39/SMG1/炎症轴，减少大鼠和HK2细胞的凋亡和炎症反应，在脓毒症相关AKI调节中起着重要作用。

4 环状RNA与脓毒症免疫损伤

据了解，脓毒症的免疫病理生理学包括大量的宿主防御反应，这些反应分为异常过度反应或抑制反应[27]。环状RNA的表达被证明是细胞类型特异性的，这可能表明环状RNA的功能也依赖于细胞类型和分化状态。据报道，与所有造血细胞系相比，去核血细胞，即红细胞和血小板，含有最高水平的环状RNA[28]。Khan等[29]的研究发现，脓毒症患者外周血单核细胞的环状RNA水平显著升高，与CD4+/CD8+T细胞和B细胞相比，单核细胞产生的环状RNA最高，且具有高度特异性。其中单核细胞中circVCAN(chr5：83519349-83522309)和circCHD2(chr15：93000512-93014909)的水平在脓毒症病人中明显升高。但是关于环状RNA在脓毒症免疫调节方面具体作用尚缺乏进一步的研究。

5 环状RNA作为脓毒症潜在的标志物和靶标

脓毒症的发病率和死亡率较高，诊断延迟是其结局恶化的重要原因，早期诊断和治疗是提高脓毒症患者生存率的关键。因此，发现新的生物标志物对于脓毒症的早期诊断、疾病进展甚至预后至关重要。然而，目前用于脓毒症早期诊断的生物标志物如C反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)和白细胞介素-6(IL-6)在其它非感染性炎症条件下也可能增加，敏感性和特异性有限。环状RNA广泛表达于人体的各种细胞、外周血、唾液和其它体液中，在某些情况下表达水平要比相关的线状RNA高10倍以上。因而很多环状RNA作为疾病诊断的潜在标志物正逐渐被挖掘出来，使环状RNA成为包括脓毒症在内的许多疾病非侵入性生物标志物的理想候选者。Nie等[30]研究首次发现环状RNA可以调节促炎细胞因子水平，刺激炎症和免疫反应，为控制炎症和免疫反应提供了新的方向。而调节关键环状RNA的潜在药物可能有助于抑制炎症风暴的发生，可能是一个新的治疗靶点。

6 展望

环状RNA的发现至今只有四十多年，未来在大样本脓毒症患者中评估环状RNA的表达和生物学功能的研究非常值得期待。随着研究的深入，相信会有越来越多的环状RNA在脓毒症中被发现，为改善脓毒症的诊断和预后以及提高治疗策略开辟新的途径，有望降低脓毒症相关的死亡率，提高患者的生存质量。