血浆来源细胞外囊泡中的miRNA和中性粒细胞相关膜蛋白对脓毒症患者器官功能障碍和预后的早期预测

MiRNAs and Neutrophil-Related Membrane Proteins from Plasma-Derived Extracellular Vesicles for Early Prediction of Organ Dysfunction and Prognosis in Septic Patients.

作者信息Rongzong Ye, Yating Wei, Jingwen Li, Meili Xu, Haiyang Xie, Jiahao Huang, Liehua Deng, Chaoqian Li
PMID39649421
发布时间2024-12-17
DOI10.2147/JIR.S492902

实验完整度

包含多层级验证:PMN-EVs miRNA测序筛选、训练及验证队列RT-qPCR和ELISA验证、ROC和Kaplan-Meier预后分析、LPS大鼠模型及EV抑制剂干预的体内外自噬功能与机制验证。

主要模型

PMN-EVs和plasma-EVs样本 健康对照和脓毒症/脓毒性休克患者队列 LPS诱导的脓毒症大鼠模型 人PMNs体外共培养体系

重点核对

PMN-EVs分离:超速离心和分子排阻(SEC) miRNA表达验证:RT-qPCR(U6为内参,三重复) PMN相关膜蛋白验证:ELISA LPS大鼠模型:腹腔注射LPS 10 mg/kg EV抑制剂处理:GW4869 2.5 mg/kg,依诺肝素3 mg/kg

摘要

目的:脓毒症引起的器官功能障碍的发病机制仍然难以捉摸,死亡率仍然高得惊人。我们试图研究血浆和中性粒细胞(PMNs)之间细胞外囊泡(EVs)介导的通讯特征,并阐明血浆来源EVs(plasma-EVs)中的miRNA和PMN相关膜蛋白是否与脓毒症引起的器官功能障碍和预后相关。方法:从健康对照(N=3)和感染性休克患者(N=3)入住ICU后的血液样本中分离PMN来源的EVs(PMN-EVs)。我们对分离的EVs进行miRNA测序,随后进行生物信息学分析。在训练队列中成功建立了用于比较PMN-EVs和plasma-EVs的miRNA模型。此外,在验证队列中证实了plasma-EV模型中的miRNA和PMN相关膜蛋白。采用logistic回归模型、受试者工作特征(ROC)曲线和Kaplan-Meier分析来评估诊断和/或预后的效率。此外,进行体内和体外实验以探讨plasma-EVs在PMNs自噬中的作用。结果:健康对照和感染性休克患者之间的PMN-EVs中有55个miRNA显著差异表达。此外,在验证队列中证实了plasma-EV模型(6个miRNA和8种PMN相关膜蛋白),表明miR-34a-5p、miR-503-5p、miR-4772-3p、ITGAM、MPO和MMP9可作为区分肺、肝和肾功能障碍的脓毒症生物标志物。Kaplan-Meier生存分析显示,miR-34a-5p、miR-4772-3p、ITGAM和MMP9是潜在的预后预测因子。最后,我们发现脓毒症患者的plasma-EVs对PMNs自噬具有抑制作用,这种作用可被EV抑制剂如GW4869和依诺肝素逆转。结论:这些发现表明,plasma-EVs中的miRNA和PMN相关膜蛋白可作为识别脓毒症诱导的器官功能障碍和预测预后的有价值的诊断工具,使医生能够主动管理脓毒症并改善脓毒症患者的预后。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
脓毒症中血浆-EVs介导的信号通讯特征如何,以及其中的miRNA和PMN相关膜蛋白是否与器官功能障碍和预后相关?
核心机制
脓毒症患者的plasma-EVs抑制中性粒细胞自噬,可能通过影响自噬相关蛋白(ATG5、ATG7、Beclin-1、LC3B)和P62水平,且此作用可被EV释放抑制剂GW4869和摄取抑制剂依诺肝素逆转。
主要证据
在验证队列中,plasma-EVs中的miR-34a-5p、miR-503-5p、miR-4772-3p、ITGAM、MPO、MMP9表达升高与器官功能障碍相关;miR-34a-5p、miR-4772-3p、ITGAM、MMP9与28天死亡率相关;体外共培养显示脓毒症plasma-EVs降低自噬蛋白表达,LPS诱导大鼠模型和EV抑制剂实验支持此机制。
研究意义
研究鉴定了一组基于EV的生物标志物,可用于诊断脓毒症器官功能障碍和评估预后,有助于更全面地研究脓毒症发病机制、发现预测疾病进展的生物标志物,以及开发基于EV的治疗干预策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

PMN-EVs miRNA测序与差异表达分析

鉴定脓毒性休克患者与健康对照间PMN-EVs中差异表达的miRNAs,探索其在脓毒症中的潜在作用。

从3名脓毒性休克患者和3名健康对照的血液样本中分离PMN-EVs,进行miRNA测序,筛选出55个差异表达miRNAs(9个下调,46个上调)。利用miRWalk和miRDB预测靶基因,进行GO和KEGG富集分析,并构建TF-miRNA-mRNA调控网络。

2

miRNA表达验证(训练队列)

在独立训练队列中验证候选miRNA在PMN-EVs和plasma-EVs中的差异表达。

通过RT-qPCR检测13个候选miRNA在PMN-EVs中的表达,并在同一患者来源的plasma-EVs中验证9个miRNA。确认9个miRNA(miR-34a-5p, miR-96-5p, miR-182-5p, miR-199b-5p, miR-210-3p, miR-301a-3p, miR-503-5p, miR-1262, miR-4772-3p)在脓毒性休克患者中显著差异表达,且其中7个在plasma-EVs中变化一致。

3

miRNA和PMN相关膜蛋白验证(验证队列)

在更大规模验证队列中确证plasma-EVs中6个miRNA和8种PMN相关膜蛋白的表达,并评估其与器官功能障碍和预后的关系。

在84例脓毒症患者和18例健康对照中,用RT-qPCR验证6个miRNA(miR-34a-5p, miR-199b-5p, miR-210-3p, miR-503-5p, miR-1262, miR-4772-3p),用ELISA验证8种膜蛋白(CD33, CSF3R, CXCR2, CXCR4, ITGAM, MPO, MMP9, SELL)。按ARDS、ALF、AKI及28天生存状态进行亚组分析,发现miR-34a-5p、miR-503-5p、MMP9在ARDS组升高,MPO在ALF组升高,miR-199b-5p、miR-4772-3p、MPO、ITGAM在AKI组升高;非幸存者中miR-34a-5p、miR-4772-3p、ITGAM、MMP9水平更高。

4

生物标志物与器官功能障碍和预后的关联分析

评估plasma-EVs中miRNAs和膜蛋白对脓毒症器官功能障碍、严重程度和预后的诊断和预测价值。

采用Spearman相关分析、多因素logistic回归、ROC曲线和Kaplan-Meier分析。结果显示,miR-34a-5p、miR-503-5p和MMP9是ARDS的独立预测因子;MPO和ITGAM是ALF的独立预测因子;miR-4772-3p是AKI的独立预测因子。miR-34a-5p、miR-4772-3p、ITGAM、MMP9与SOFA、APACHE II评分正相关,并预测28天死亡率。联合标志物提高了诊断效能(AUC最高0.919)。

5

体内外验证plasma-EVs对中性粒细胞自噬的抑制作用

探究脓毒症plasma-EVs对中性粒细胞自噬的影响及其可逆性。

体外:将人PMNs与来自健康对照或脓毒症患者的plasma-EVs(100 μg/mL)共培养24小时,检测自噬蛋白表达。体内:建立LPS诱导的大鼠脓毒症模型(10 mg/kg),给予GW4869(2.5 mg/kg)或依诺肝素(3 mg/kg)处理,检测PMNs自噬蛋白。结果显示脓毒症plasma-EVs降低ATG5、ATG7、Beclin-1、LC3B表达,增加P62;EV抑制剂可逆转此效应。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
外周血中性粒细胞分离试剂盒Solarbio--
Exosupur排阻柱Echobiotech--
Amicon超滤管(100 kDa)Merck--
透射电子显微镜(HT-7700)Hitachi--
纳米流式细胞仪----
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0010
外泌体RNA纯化试剂盒Simgen5202050
Mir-X miRNA第一链合成试剂盒TaKaRa638315
TB Green Advantage qPCR预混液TaKaRaRR820A
MPO ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEA601Hu
MMP9 ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEA553Hu
ITGAM ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEB685Hu
CXCR4 ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEA940Hu
CXCR2 ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEC006Hu
CSF3R ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEB476Hu
CD33 ELISA试剂盒ELK BiotechnologyELK9595
SELL ELISA试剂盒ELK BiotechnologyELK5204
TNF-α ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.--
IL-1β ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.--
IL-6 ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.--
RIPA裂解液----
PVDF膜Millipore--
DiR标记试剂盒BiossD-9111
DAPIBiossC02-04002
脂多糖(大肠杆菌O111:B4)Sigma Aldrich--
GW4869----
依诺肝素----
ALIX抗体Zen-bioR23425
CD9抗体Zen-bio380441
TSG101抗体Zen-bio381538
Calnexin抗体Proteintech10427-2-AP
VDAC1抗体Proteintech55259-1-AP
GM130抗体Proteintech11308-1-AP
TIM23抗体Proteintech11123-1-AP
ATG5抗体Zen-bioR23497
Beclin1抗体Zen-bioR22856
P62抗体Zen-bio380612
CXCR4抗体Zen-bio380981
MMP9抗体Zen-bio380831
LC3B抗体AbmartT55992S
CXCR2抗体Abcamab65968
ITGAM抗体Abcamab133357
ATG7抗体AbwaysCY7051
β-actin抗体Zen-bio380624
抗兔IgG (H+L) (DyLight 800 4X PEG偶联物)CST5151

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者样本采集
患者纳入标准(Sepsis-3诊断)、排除标准、血样采集时间(ICU入院后)、采血量(20 mL)、抗凝剂(EDTA)、离心条件(3000×g, 15 min, 4°C)、血浆储存温度(-80°C)
阅读提示:Materials and Methods: Patients and Control Subjects
PMN分离
PMN分离试剂盒(Solarbio)、操作步骤(40 mL血液、试剂A和C、1000×g离心20 min)、红细胞裂解缓冲液、培养条件(1640培养基、10% EVs-free FBS、37°C、5% CO2、24小时)
阅读提示:Materials and Methods: PMNs Isolation
EV分离与鉴定
超速离心参数(100,000×g, 2h, 4°C)、0.22 μm过滤、SEC柱(Exosupur)、超滤管(100 kDa)、鉴定方法(TEM、NanoFCM、免疫印迹)
阅读提示:Materials and Methods: EVs Purification and Characterization from Plasma and PMNs
miRNA检测
RNA提取试剂盒(Simgen)、逆转录试剂盒(TaKaRa)、qPCR试剂(TB Green)、内参U6、PCR循环条件、相对定量方法(2-ΔΔCT)
阅读提示:Materials and Methods: RNA Extraction and Quantitative Real-Time PCR
膜蛋白检测
ELISA试剂盒(Cloud-Clone Corp.等)、标准曲线、OD测量波长(450 nm)
阅读提示:Materials and Methods: Enzyme-Linked Immunosorbent Assay
体外共培养
血浆EV浓度(100 μg/mL)、共培养时间(24小时)、PMN来源(人/鼠)、EV标记(DiR)和摄取观察时间(6小时)
阅读提示:Materials and Methods: In vitro Co-Culture of EVs Experiments; EV Fluorescence Labelling
体内动物模型
大鼠品系(SD)、性别(雄性)、年龄(6-8周)、LPS剂量(10 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、观察时间(24小时)、EV抑制剂剂量(GW4869 2.5 mg/kg,依诺肝素3 mg/kg)
阅读提示:Materials and Methods: LPS-Induced Sepsis Model; Treatment of EVs Inhibitors in Septic Rat
统计方法
正态性检验(Shapiro-Wilk)、组间比较方法、相关分析(Spearman)、回归模型、ROC分析、生存分析(Kaplan-Meier, Log rank)、显著性阈值(P<0.05)
阅读提示:Materials and Methods: Statistical Analysis