miR-122在脏器缺血再灌注损伤中作用机制的研究进展

谢颖馨 张萌 胡礼宏

miR-122 是最早发现的组织特异性表达的miRNA之一。脏器缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）指组织或器官缺血后血供再次恢复所引起的应激反应及细胞死亡对缺血组织或器官造成的结构损伤与功能障碍，是一种不可逆损伤。目前，预防或减轻IRI 的措施包括缺血预处理、血管扩张剂等药物预处理。miR-122 在脏器中特异性表达，在心、脑、肾、肝脏等器官IRI 中也起到重要作用。肝脏IRI 常见于各种肝脏外科手术、肝脏移植、大创伤甚至是出血性休克的抢救过程等，是影响肝脏外科手术并发症和患者生存及预后的重要因素[1]。因此，明确肝脏IRI 病理生理过程的具体分子机制显得尤为重要。近年研究发现miRNA 在IRI 中发挥重要调控作用[2]，因此基于miRNA的基因靶向策略也成为IRI 治疗的突破口之一。miR-122 可以作为IRI 损伤的指标，通过抗氧化应激、抗凋亡、抗炎等途径来改善脏器IRI，本文就miR-122 在不同脏器IRI中的保护作用和相关机制作一综述。

miRNA 是一类由内源基因编码的长度为20～25 nt的小分子非编码单链RNA 分子，人类超过60%的蛋白质编码基因受miRNA 调控，主要通过与下游靶基因信使RNA（messenger RNA，mRNA）互补配对促使miRNA的降解或抑制靶miRNA 的翻译，将蛋白控制在生命活动所需要的最佳水平，参与人体多种病理和生理过程，对细胞的增生、分化、凋亡等一系列生命现象发挥广泛的生物学调控作用。miR-122 是最早发现的miRNA 之一，位于人类基因组的第18 号染色体，定位于18q21.31，是一种专一表达于肝脏的miRNA，占肝脏总miRNA 的70%[3]。miR-122 在肝细胞生长、应激反应、糖代谢和脂代谢、病毒感染、肝肿瘤等多种生物学过程方面起调控作用[4]。有研究发现miR-122 通过靶向作用1 型胰岛素样生长因子受体（type 1 insulin-like growth factor receptor，IGF-1R）的表达调控肝脏胰岛素信号通路和糖代谢过程，对糖尿病的诊断和检测具有指导意义[5]。近年来不少研究发现miR-122 在心、脑、肾、肝脏等器官IRI 中起到重要作用[6-9]。

2.1 心脏 心脏是人体最重要的器官之一，心肌IRI常见于心搏骤停、休克、急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）和心脏移植。miR-122 也广泛参与了心肌细胞IRI。Badacz 等[10]通过多变量研究分析得出突发性缺血期间miR-122 表达可能是继发性心血管事件的危险因素，miR-122 能增加鉴别AMI 患者和健康人员的敏感性，被认为是诊断AMI 的新诊断生物标志物。Peng 等[11]研究发现长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）X 染色体失活特异转录本（X-inactivation-specific transcript，XIST）通过抑制miR-122-5p 表达水平，促进了其下游靶基因叉头框P2 基因（forkhead box P2，FOXP2）的激活表达，而过表达FOXP2 可抑制缺氧诱导凋亡蛋白的表达，减轻缺氧诱导的H9c2心肌细胞损伤，即lncRNA XIST通过靶向调节miR-122-5p/FOXP2 轴来减轻缺氧诱导的H9c2 心肌细胞的凋亡。Gong等[6]在研究中发现转移相关的肺腺癌转录本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）基因敲低可以减轻氧-葡萄糖剥夺和再灌注（oxygen glucose deprivation/reperfusion，OGD/R）导致的心肌细胞凋亡。MALAT1 敲低可能是通过下调miR-122 的表达进而激活Akt/GSK-3β/β-连环蛋白信号通路来发挥其保护心肌细胞的作用。通过以上研究得出下调miR-122 表达可以减轻心肌缺血再灌注（ischemia-reperfusion，IR）导致的心肌细胞凋亡。

2.2 脑 脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI）是引发多种脑血管疾病的主要病理机制。因此，阐明CIRI 的保护机制对脑血管疾病的临床治疗意义重大[7]，miRNA 网络的功能障碍已成为缺血性卒中的主要调节因子。有研究发现，miR-122 的过表达可以通过抗炎、抗氧化和减轻神经元凋亡等途径减轻CIRI[12]。Guo 等[13]建立体外OGD 模型和小鼠体内短暂性大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型发现，miR-122 在体内或体外缺血性脑卒中模型中表达下调，而miR-122 的过表达减轻了N2A 细胞死亡和caspase-3 活性，减轻缺血性脑梗死和线粒体活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生；
还有研究发现miR-122 通过与其mRNA 的3"-UTR 结合，下调了FOXO3 的体内外表达[13]。miR-122 过表达降低了NF-κB p65 蛋白表达和NF-κB 活性，增强了热休克蛋白70（heat shock protein 70，HSP70）表达，即miR-122靶向调节FOXO3，抑制FOXO3 的转录后翻译，miR-122-FOXO3 调控HSP70 介导的NF-κB 通路，诱导HSP70 表达，抑制NF-κB 活性，即miR-122 的过表达可以通过抗炎、抗氧化和减轻神经元凋亡等途径减轻CIRI。此外，Wang 等[14]通过MCAO 建立小鼠缺血性脑卒中模型，结果发现miR-122 的过表达有效地减小了梗死面积。miR-122 能与RNA 聚合酶Ⅲ负调节因子（Maf1）的3"-UTR 结合，Maf1 表达与miR-122 表达呈负相关，miR-122 的过表达通过降低Maf1 的表达改善了急性缺血性脑卒中的结局。Xue 等[15]研究发现脑梗死引起的CIRI 过程中miR-122 的表达显著增加，而蛋白质去糖酶（DJ-1）的表达明显降低；
miR-122 的下调可以引起脑组织丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量显著降低，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）活性明显增加，ROS 含量显著降低，caspase-3 活性明显降低，细胞凋亡减少，同时发现miR-122 的下调可通过上调DJ-1-PTEN/PI3K/Akt 通路来减轻CIRI。尽管miR-122 在CIRI 中的保护作用是通过过表达还是表达下调还存在争议，但目前的研究表明miR-122 可以通过抗炎、抗氧化和减轻神经元凋亡等途径减轻CIRI。

2.3 肾 肾IRI 可由心脏手术、休克、肾血管梗阻和肾移植引起，主要导致急性肾损伤，ROS 的过量产生可引起氧化应激，触发NF-κB 转入细胞核，激活多种炎症细胞因子和黏附分子，导致炎症和细胞凋亡[8]。Cheng 等[16]在体外建立大鼠NRK-52E 细胞缺氧/复氧模型，体内建立大鼠肾脏IR 模型，探讨右美托咪定（dexmedetomidine，DEX）预处理脂肪来源的干细胞（adipose-derived stem cell，ADSC）微囊泡（microvesicles vesicles，MV）的肾内动脉移植是否可以减少肾IRI，并将大鼠分为对照组（CON 组）、缺血/再灌注（IR 组）、ADSC 衍生MVIR 组（IR+MV 组）和DEX-MVIR 组（IR+DEXMV 组），结果发现与CON 组相比，IR 组中miR-122-5p 表达水平显著上调，而IR+MV 组和IR+DEXMV组中miR-122-5p 表达水平显著下调。在NRK-52E 细胞中，DEX-MV 比MV 更能有效地提高迁移能力，并进一步降低缺氧/复氧诱导的细胞死亡和ROS 水平。同样，DEX-MV 在增加CD44 表达、改善IR 抑制的肾血流动力学和肾红细胞生成素表达、抑制IR 增强的肾ROS水平、肾小管损伤评分、miR-122-5p 表达、pNF-κB 表达、Bax/caspase-3/poly（Adp-核糖）聚合酶（PARP）介导的细胞凋亡、血尿素氮和肌酐水平方面均优于MV；
MV 和DEX-MV 减少了IR 诱导的炎症和细胞凋亡。NRK-52E 细胞的使用证实了miR-122-5p 模拟物通过抑制促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）的表达加剧了Bax 介导的细胞凋亡，而miR-122-5p 抑制剂通过上调促红细胞生成素和B 淋巴细胞瘤-2 基因（B cell lymphoma-2，Bcl-2）的表达来减少细胞凋亡。上述研究表明通过各种途径下调miR-122 的表达，可以通过减轻细胞凋亡和炎症反应来减轻肾IRI。

2.4 肝脏 肝脏IRI 是肝移植、低血容量休克等患者组织损伤的主要原因之一。尽管有不同的治疗方法，包括药理学、遗传学和手术方案来减轻肝IRI 的不良反映，但到目前为止仍未找到一种满意的治疗方法。肝损伤后发生一系列生理生化变化。缺血期的组织缺氧、营养物质和代谢反应的破坏会损害线粒体活性，从而导致肝细胞损伤。IR 第二阶段的再灌注通过激活一系列事件，如ROS 的产生、炎症和凋亡介质的激活，来加剧组织功能的损伤[9]。

研究发现miR-122 不仅可以作为反映非缺血缺氧性肝急性损伤的敏感指标，而且在肝脏IRI 中也可作为反映急性肝损伤的指标[17]。Selten 等[18]通过检测供肝保存液中的miR-122 水平发现，miR-122 的释放与早期同种异体移植物功能障碍和移植后的移植物存活有关，可作为反映急性肝损伤的指标，有助于评估移植前分离肝移植物的功能。Wang 等[19]使用迷你猪建立心脏死亡供肝模型进行移植试验，结果表明经热缺血预处理和缺氧预处理的供体肝脏未见明显的病理变化，而热缺血损伤发生10、20 和30 min 时，肝组织miR-122 水平分别增加了1.73、2.08 和2.92 倍，不同时间热缺血预处理的供体肝脏中miR-122 水平的升高表明miR-122 水平的变化早于组织病理学变化，miR-122 水平的升高出现供体肝脏缺血缺氧的早期阶段。供肝组织中miR-122 的表达水平可能在器官损伤的评估中发挥作用。Farid 等[20]通过对健康对照者和肝移植受者异体肝移植活检样本和血清样本进行分析发现，受体患者的血清中包括miR-122 在内的肝细胞来源miRNA（Hepatocyte-derived microRNA，HDmiR）水平升高，并与转氨酶水平呈正相关。因为转氨酶值正常（＜50 U/L）患者的HDmiR 水平比健康对照组高6～17倍[20]。有研究证明了肝移植术后患者肝损伤时,循环HDmiR 是稳定和可检测的[20]。Van Caster 等[21]通过在Wistar 大鼠建立肝脏热缺血再灌注损伤的模型，结果发现IR后循环中miR-122的相对表达水平升高，并与血清中AST、ALT 和乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）的活性相关，但miR-122 肝组织的表达不受IR 的影响，提示循环中miR-122 表达水平与肝酶活性之间的相关性使miR-122 可以成为反映肝脏热缺血再灌注损伤的生物标志物。上述研究表明miR-122 表达水平在肝IRI早期即可出现变化，可以作为反映早期肝IR 导致肝脏损伤的敏感指标，有助于评估供肝和新肝的功能。

研究发现可以通过影响miR-122 的激活和表达来减轻肝IRI 的程度。Akbari 等[22]建立大鼠肝IRI 模型和藏红花预处理模型，发现藏红花素预处理组肝组织损伤显著轻于IR 组，血清AST、ALT 和ALP 水平显著低于IR 组；
IR 组血清miR-122 水平显著升高，而藏红花素预处理后miR-122 水平显著降低；
研究结果表明藏红花素预处理可以通过下调miR-122 表达水平，提高抗氧化酶活性，来减轻肝IRI。Akbari 等[23]又在一项没食子酸的肝脏保护作用研究中建立大鼠肝IRI 模型和没食子酸预处理模型，发现没食子酸预处理组组织病理学改变明显轻于IR 组；
血清AST、ALT 和ALP 水平明显低于IR 组；
与假手术组相比，IR 组血清中miR-122明显升高，而没食子酸预处理miR-122表达水平均显著低于IR组，说明肝IRI可以激活miR-122表达，而没食子酸预处理可以通过下调miR-122 表达来减轻肝IRI。而Mard等[24]建立大鼠肝IRI模型和硫酸锌预处理模型探讨硫酸锌在肝IRI中的作用，发现肝IRI后血清miR-122水平明显升高，SOD、CAT 和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等抗氧化酶活性降低，而硫酸锌预处理后降低了肝损伤后的miR-122水平的升高，增加SOD、CAT 和GPX 等抗氧化酶活性。该研究结果显示，硫酸锌预处理通过下调miR-122 和miR-34a 表达水平，抑制氧化应激来减轻肝IRI[24]。同时Mard 等[25]在一项实验模型对比研究中探讨了藏红花素、硫酸锌、藏红花素和硫酸锌联合应用对大鼠肝IRI 的保护作用。藏红花素和硫酸锌均可以通过降低了血清肝酶水平、miR-122、miR-34a、p53 表达，增加Nrf2 表达，提高抗氧化酶活性来减轻大鼠肝IRI，而藏红花素和硫酸锌联合使用可以增强上述作用。

IGF-1R是miR-122的潜在靶基因，通过ser-473位点磷酸化激活Akt[26]。被激活的Akt反过来促进FOXO3a磷酸化，从而增加了p-FOXO3a从细胞核到细胞质的易位，并使FOXO3a 蛋白失活[27]。一旦FOXO3a 被磷酸化，它会下调促凋亡分子，如caspase-3[28]。亚低温作为一种保护器官免受IRI 影响的手段，已受到了广泛关注，Xiao 等[29]团队建立了LO2 细胞缺氧-复氧损伤模型来模拟肝脏IRI，研究表明亚低温预处理可以导致miR-122 表达明显下调，而miR-122 表达下调可以促进IGF-1R 的转录表达和Akt 活性，抑制FOXO3a 活性和caspase-3 的表达，减轻细胞凋亡和肝细胞损伤，上述作用可以被miR-122 模拟物减弱。该研究最终得出亚低温预处理下调miR-122 表达，激活IGF-1R/Akt 信号通路抑制细胞凋亡达到减轻肝IRI 的结论。

Zhang 等[30]建立大鼠肝IRI 模型和七氟烷后处理模型，结果发现与IR 组相比，IR +七氟烷组或IR+miR-122 拮抗剂组肝损伤改善，Suzuki 评分降低，AST、ALT、LDH、MDA、NO、TNF-α、IL-1β、IL-6 水平降低，SOD、IL-10 水平升高，肝细胞凋亡减轻，肝组织miR-122 降低，HO-1 表达增加，而细胞核内Nrf2 表达增加，而细胞质内Nrf2 表达降低。而上述指标在IR+miR-122 拮抗剂+七氟烷组表现更甚。该研究结果提示七氟烷后处理可以通过抑制miR-122 表达，激活Nrf2，促进了Nrf2 从细胞质向细胞核内转移，激活了HO-1 表达，进而减轻炎症反应、氧化应激、抑制肝细胞凋亡，达到减轻肝IRI 的作用，也说明miR-122/Nrf2/HO-1 信号通路参与了七氟烷后处理减轻肝IRI 的过程。上述研究表明在肝脏IRI 中miR-122 不但可以可作为反映急性肝损伤和肝IRI 程度的指标，而且参与了肝脏IRI 的过程，通过下调miR-122 表达可以减轻肝脏IR 造成的炎症反应、氧化应激和肝细胞凋亡，进而减轻肝IRI。

2.5 肺 肺IRI 是一种发病率和死亡率较高的急性肺损伤（acute lung injury，ALI），可能发生在肺移植、肺栓塞、肺梗死、休克、体外循环等之后[31]，而严重的肺IRI会导致移植肺的功能障碍，进而影响肺移植术后短期和长期发病率和死亡率[32]。研究发现miR-122 广泛参与了ALI 过程中，Li等[33]团队通过研究分析证实IL-1 受体拮抗剂（IL-1 receptor antagonist，IL-1RN）是miR-122-5p 的靶点，该研究通过建立脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的ALI模型，用miR-122-5p 模拟物转染A549 细胞24 h，10 μg LPS 处理转染的细胞12 h。结果显示，miR-122-5p模拟物可降低细胞活力，促进细胞凋亡；
LDH 释放试验表明，miR-122-5p 模拟物增加了LDH 的释放；
将实验分为miR-122-5p 模拟物组、抑制剂组、miR-122-5p 抑制剂组、miR-122-5p 抑制剂+白介素1 受体拮抗剂-小干扰RNA（IL1RN- interleukin 1 receptor antagonist gene- small interfering RNA，IL-1RN-siRNA）组进行对照实验，结果显示miR-122-5p抑制剂的作用与miR-122-5p 模拟物相反。miR-122-5p 抑制细胞对LPS 处理后的A549 细胞的所有作用均被IL-1RNsiRNA 显著逆转，提示miR-122-5p 通过下调靶向IL-1RN 减轻LPS 诱导的ALI。另外，Zhang 等[34]团队通过将小鼠气管内注射LPS，建立ALI 模型，并将小鼠分别注射miR-122-5p 拮抗剂和生理假性药物，实验发现注射miR-122-5p 拮抗剂的小鼠表现出肺损伤、炎症和氧化应激。在体外实验中，分离了原代小鼠肺微血管内皮细胞，并通过LPS 处理建立了细胞损伤模型，发现miR-122-5p 拮抗剂可抑制LPS 诱导的炎症、细胞凋亡和氧化应激。上述研究提示下调miR-122 的表达，可以减轻ALI 中炎症、细胞凋亡和氧化应激，探讨miR-122 在肺IRI 中的作用也具有广泛的前景。

通过以上研究发现，miR-122 广泛参与各脏器的IRI，通过各种方式降低miR-122 的的表达来改善脏器IRI，miR-122 在组织器官IRI 中发挥重要作用，由此可见，器官缺血再灌注过程不仅能够引起原位脏器的损伤，而且能通过某些信号分子诱导其他器官的损伤，其中miR-122 及其相关因子扮演着十分重要的作用。未来关于miR-122 在肝脏抑或是其他器官的研究会越来越多，被发现的传导机制也会越来越清晰，这些研究对于临床治疗脏器缺血再灌注损伤也会起到积极的正面反馈效果。积极鉴定miR-122调控IRI的基因靶标及涉及的相关调控途径是未来的研究热点。通过研究miR-122 对心脏的影响作用，能够为AMI、脑梗死、肾IRI、肝脏IRI尤其是肝移植还有肺移植的诊疗方案和治疗提供一些新思路。作为脏器中特异性表达的miRNA，miR-122在脏器IRI中的保护作用具有广阔的研究前景。

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