MicroRNA-23a reduziert lipopolysaccharidinduzierte zelluläre Apoptose und die Produktion entzündlicher Zytokine durch Rho-assoziierte Kinase 1/Sirtuin-1/Nuclear Factor-Kappa B-Crosstalk
Sepsis und klinische Relevanz
Sepsis ist ein lebensbedrohlicher Zustand, der durch Organfunktionsstörungen infolge dysregulierter Wirtsantworten auf Infektionen gekennzeichnet ist. Weltweit trägt sie zu über 31 Millionen Fällen und 5 Millionen Todesfällen pro Jahr bei. Sie verursacht 2–6 % aller Krankenhausaufnahmen und bis zu 15 % der intrahospitalen Todesfälle, wobei die Mortalität bei septischem Schock weiter ansteigt. Myokardiale Dysfunktion (sepsisinduzierte Kardiomyopathie) und akute Nierenverletzungen sind häufige Komplikationen, die die Prognose verschlechtern. Trotz Fortschritte in der Intensivmedizin bleiben wirksame pharmakologische Interventionen begrenzt, was die Dringlichkeit unterstreicht, neue therapeutische Targets zu erforschen.
Rolle von MicroRNAs in der Sepsis-Pathogenese
MicroRNAs (miRNAs), kleine nicht-kodierende RNAs mit 20–24 Nukleotiden, regulieren die Genexpression posttranskriptionell und spielen eine Rolle in der Sepsis-Entwicklung. miR-23a, Teil des miR-23a-27a-24-2-Clusters, ist in septischen Modellen herunterreguliert und mit verbesserten Outcomes bei sepsisinduzierter Lungenschädigung assoziiert. Seine Rolle bei myokardialen und renalen Verletzungen während der Sepsis sowie die zugrunde liegenden Mechanismen bleiben jedoch unklar. Diese Studie untersucht die protektiven Effekte von miR-23a gegen LPS-induzierte Zellschäden unter Fokus auf die Interaktion mit Rho-assoziierter Kinase 1 (ROCK1) und die Modulation des Sirtuin-1 (SIRT1)/Nuclear Factor-Kappa B (NF-κB)-Signalwegs.
Experimentelles Design und Modelle
Ein Ratten-Sepsis-Modell wurde durch intraperitoneale LPS-Injektion (10 mg/kg) etabliert; Sham-Kontrollen erhielten Kochsalzlösung. Die hämodynamische Überwachung bestätigte einen septischen Schock durch eine 25–30 %ige Reduktion des mittleren arteriellen Drucks (MAP). Zwölf Stunden nach LPS-Gabe wurden Serum sowie Gewebe (Myokard und Niere) gesammelt. In vitro wurden menschliche renale tubuläre Epithelzellen (HK-2) und Rattenkardiomyozyten (H9C2) mit LPS (50 μg/mL) behandelt, um sepsisinduzierte Schäden zu simulieren.
Zentrale Ergebnisse
1. miR-23a-Herunterregulation bei Sepsis
RT-qPCR zeigte eine signifikant reduzierte miR-23a-Expression in septischen Ratten gegenüber Sham-Kontrollen:
- Myokardgewebe: 1,00 ± 0,06 (Sham) vs. 0,27 ± 0,03 (Sepsis), P < 0,01.
- Nierengewebe: 1,00 ± 0,06 (Sham) vs. 0,43 ± 0,05 (Sepsis), P < 0,01.
LPS-behandelte H9C2- und HK-2-Zellen wiesen ebenfalls reduzierte miR-23a-Expression auf (H9C2: 1,00 ± 0,03 vs. 0,37 ± 0,04; HK-2: 1,00 ± 0,05 vs. 0,29 ± 0,03, P < 0,05).
2. miR-23a-Überexpression reduziert LPS-induzierte Schäden
Die Transfektion mit miR-23a-Mimik in LPS-behandelten Zellen führte zu:
- Erhöhter Proliferation: EdU-Assay zeigte gesteigerte DNA-Replikationsraten:
H9C2: 12,94 ± 1,21 (LPS) vs. 22,94 ± 2,26 (LPS + miR-23a), P < 0,05.
HK-2: 16,49 ± 1,71 (LPS) vs. 30,39 ± 2,61 (LPS + miR-23a), P < 0,01. - Reduzierter Apoptose: Durchflusszytometrie zeigte geringere Apoptoseraten:
H9C2: 32,57 ± 2,29 % (LPS) vs. 21,63 ± 2,35 % (LPS + miR-23a), P < 0,05.
HK-2: 34,52 ± 3,46 % (LPS) vs. 19,87 ± 1,52 % (LPS + miR-23a), P < 0,05. - Verminderter Entzündung: ELISA bestätigte reduzierte Zytokinspiegel:
IL-6: H9C2: 113,54 ± 12,30 vs. 87,69 ± 2,97 ng/mL; HK-2: 139,65 ± 16,62 vs. 100,82 ± 9,74 ng/mL (P < 0,05).
TNF-α: H9C2: 169,67 ± 18,84 vs. 133,36 ± 12,32 ng/mL; HK-2: 187,47 ± 16,74 vs. 155,79 ± 15,31 ng/mL (P < 0,05).
3. ROCK1 als direktes Target von miR-23a
Bioinformatik (TargetScan) und Dual-Luciferase-Assays validierten ROCK1 als miR-23a-Target. Die Co-Transfektion mit miR-23a-Mimik und Wildtyp-ROCK1-Vektor reduzierte die Luciferase-Aktivität um 65 % (0,97 ± 0,08 vs. 0,34 ± 0,06, P < 0,05); mutierter ROCK1 zeigte keine Änderung.
ROCK1 war in septischen Geweben hochreguliert:
- mRNA: Myokard: 1,00 ± 0,03 (Sham) vs. 2,64 ± 0,21 (Sepsis); Niere: 1,00 ± 0,04 vs. 3,21 ± 0,31 (P < 0,05).
- Protein: Myokard: 0,24 ± 0,03 vs. 0,51 ± 0,07; Niere: 0,36 ± 0,07 vs. 0,69 ± 0,08 (P < 0,01).
4. ROCK1-Überexpression hebt miR-23a-Schutzeffekte auf
Forcierte ROCK1-Expression in miR-23a-überexprimierenden Zellen:
- Reduzierte Proliferation: H9C2: 30,33 ± 3,12 (miR-23a + Lv-NC) vs. 19,78 ± 1,36 (miR-23a + Lv-ROCK1), P < 0,05.
- Erhöhte Apoptose: HK-2: 24,31 ± 2,24 % vs. 37,71 ± 3,31 %, P < 0,01.
- Gestiegene Caspase-3-Aktivität: H9C2: 0,11 ± 0,03 vs. 0,21 ± 0,03; HK-2: 0,12 ± 0,04 vs. 0,24 ± 0,03 (P < 0,05).
5. Beteiligung des SIRT1/NF-κB-Signalwegs
LPS supprimierte SIRT1 und aktivierte die NF-κB-p65-Phosphorylierung:
- SIRT1-Protein: H9C2: 0,43 ± 0,06 (Kontrolle) vs. 0,22 ± 0,03 (LPS); HK-2: 0,41 ± 0,05 vs. 0,12 ± 0,02 (P < 0,05).
- p-p65: H9C2: 0,68 ± 0,07 vs. 0,24 ± 0,03; HK-2: 0,54 ± 0,06 vs. 0,10 ± 0,02 (P < 0,01).
Die miR-23a-Überexpression normalisierte SIRT1 und inhibierte die p65-Phosphorylierung, Effekte, die durch ROCK1-Überexpression revertiert wurden.
6. Hydroxyfasudil validiert therapeutisches Potenzial
Der ROCK1-Inhibitor Hydroxyfasudil milderte sepsisinduzierte Schäden in Ratten:
- Reduzierte Apoptose: Myokardialer Apoptose-Index: 16,85 ± 1,73 (LPS + PBS) vs. 8,46 ± 0,89 (LPS + Hydroxyfasudil), P < 0,05.
- Gesenkte Biomarker: Serum-cTnI (15,04 ± 1,55 vs. 6,75 ± 0,68 ng/mL) und Cr (116,48 ± 12,19 vs. 68,54 ± 7,26 ng/mL), P < 0,01.
- Supprimierte p65-Phosphorylierung: Myokard: 37,44 ± 3,26 vs. 18,85 ± 2,34; Niere: 34,19 ± 3,42 vs. 15,09 ± 1,51 (P < 0,05).
Fazit
Diese Studie klärt den Mechanismus auf, durch den miR-23a LPS-induzierte Apoptose und Entzündung durch Targeting von ROCK1 abschwächt, wodurch die SIRT1/NF-κB-Achse moduliert wird. Die Ergebnisse legen nahe, dass miR-23a ein potenzielles Therapeutikum für sepsisassoziierte Organdysfunktionen darstellt.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001369