microRNA在調(diào)控成骨細胞、破骨細胞中的研究進展

宋亞平

【摘 要】microRNA（miRNA）通過特異性結(jié)合靶向目標(biāo)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后的表達，從而控制著細胞的分化、增殖和凋亡。近年研究表明miRNA在骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生和發(fā)展中產(chǎn)生了重大影響。研究miRNA在調(diào)控成骨細胞和破骨細胞中的作用為骨質(zhì)疏松癥的治療提供了新的思路。

【關(guān)鍵詞】miRNA；成骨細胞；破骨細胞；調(diào)控

miRNA 是存在于真核生物中的一類非編碼單鏈小分子RNA，控制著約30%編碼蛋白的基因活性，但只有非常少量的功能特點為人所知，miRNA調(diào)控著生物通路、基因的表達及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，最終使得miRNA在細胞的分化、增殖、凋亡中產(chǎn)生重要效應(yīng)[1]。隨著對miRNA的深入研究發(fā)現(xiàn)越來越多的疾病，例如骨質(zhì)疏松癥與miRNA密切相關(guān)。本文就關(guān)于miRNA調(diào)控影響骨質(zhì)疏松癥的兩種重要細胞：成骨細胞、破骨細胞作一綜述。

1 骨質(zhì)疏松癥中miRNA的多態(tài)性

人的骨骼通過成骨細胞和破骨細胞不斷重建的，它們的有序供給對骨骼內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定有著重要作用。破骨細胞吸收骨質(zhì)，而成骨細胞合成新骨。當(dāng)成骨細胞和破骨細胞的數(shù)量、形態(tài)和功能發(fā)生改變便造成了骨吸收和形成的失調(diào)，導(dǎo)致了骨質(zhì)疏松癥等骨骼疾病的產(chǎn)生[2]。

骨質(zhì)疏松癥以骨礦物質(zhì)密度的降低為特征，而成骨細胞和破骨細胞生成的失衡則導(dǎo)致了骨礦物質(zhì)密度降低，產(chǎn)生了脆弱的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，低骨礦化密度的表征受到較強的基因調(diào)控，目前，對于骨質(zhì)疏松癥的基因研究最主要的目的是確定調(diào)控骨質(zhì)疏松癥基因的遺傳變異程度，基因突變改變了蛋白的序列，繼而導(dǎo)致了疾病的發(fā)生[3-4]。Lei等研究表明3非編碼區(qū)存在3個miRNA靶結(jié)合位點的多態(tài)性，這些多態(tài)性與股骨頭頸礦化密度有關(guān)，它們通過改變與特異miRNA結(jié)合的親和性的影響，導(dǎo)致了骨質(zhì)疏松癥的易感性[3]。

2 miRNA對成骨細胞分化的作用

周明亮等[5]研究表明miRNA 分子參與了成骨細胞分化成熟過程中的各個階段，通過調(diào)節(jié)BMP、TGF-β 等一系列信號通路調(diào)控成骨細胞的分化成熟。

2.1 miR-2861、miR-29b、miR-2 10促進成骨細胞的分化

miR-2861通過結(jié)合HDAC5（Runx2的一個強化因子）抑制其轉(zhuǎn)錄后水平的表達，從而促進成骨細胞的分化，Runx2參與調(diào)控成骨細胞分化進程中細胞外基質(zhì)蛋白的基因表達，同時通過調(diào)節(jié)軟骨、成骨細胞的分化完成對骨生成的控制，對成骨細胞的成熟、穩(wěn)定起了重要的作用[6]。

miR-29b為成骨細胞正向調(diào)節(jié)因子。Li研究表明在成骨細胞中轉(zhuǎn)染miR-29b，Alkp的活性和Runx2蛋白水平等得到增強，miR-29b作為“骨形成-miR”避免了骨纖維變性或限制1型膠原的蛋白的累積使得礦化沉積有序進行[7]。

miR-210為成骨細胞分化的正向調(diào)節(jié)因子，AcvR1b是miR-210的靶向基因，miR-210通過與其特異性結(jié)合抑制AcvR1b的表達，進而抑制了TGF- β/細胞活化素信號通路，促進成骨細胞的分化。Yosuke[8]等證實，在成骨細胞分化過程中miR-210的表達得到上調(diào)。

2.2 miR-138、miR-204/211抑制成骨細胞的分化

miR-138的過度表達抑制了人間充質(zhì)干細胞向成骨細胞的分化，而通過抗miR-138抑制miR-138的功能則促進了成骨細胞特異基因的表達、堿性磷酸酶的活性和基質(zhì)的礦化，在體內(nèi)miR-138的過度表達使異位性骨形成減少了85%，而當(dāng)miR-138被抑制時，異位性骨形成則增加了65%[9].。

miR-204和miR-211為同源miRNA，其作為骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化的負向調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細胞的分化。Yosuke[8] 研究表明miR-204的表達顯著的降低了堿性磷酸酶的活性和礦化骨基質(zhì)的形成，并通過負向調(diào)節(jié)Runx2蛋白水平，從而抑制成骨細胞的分化和骨礦化。

3 miRNA對破骨細胞分化的作用

破骨細胞是唯一的吸收骨組織的細胞，它不僅涉及骨的調(diào)整也涉及骨病理性骨喪失如骨質(zhì)疏松癥[2]。研究破骨細胞生成的機制對于治療骨質(zhì)疏松癥有著至關(guān)重要的作用。

miR-21為RANKL誘導(dǎo)破骨細胞分化的miRNA表達標(biāo)志之一，Toshifumi [9]等證實了在RANKL誘導(dǎo)破骨細胞分化中miR-21的刺激作用，miR-21的減少增加了PDCD4蛋白水平，最終導(dǎo)致了RANKL誘導(dǎo)破骨細胞生成受到抑制，這種由miR-21介導(dǎo)的新的調(diào)控破骨細胞生成的分子機制對骨質(zhì)疏松癥的基因治療產(chǎn)生重大影響。

miRNA-223在破骨細胞的分化過程中發(fā)揮了重要作用。有研究[9]證實了miR-233通過正反饋回路緊密連接介導(dǎo)破骨細胞的功能和分化，它的上調(diào)負向調(diào)節(jié)著NFI-A水平，從而刺激破骨細胞的分化和功能，M-CSFR是破骨細胞成熟分化的關(guān)鍵，NFI-A的過度表達會降低M-CSFR的表達水平，減弱破骨細胞的形成和功能，從而證實了miR-233在調(diào)節(jié)破骨細胞分化的重要作用。

4 展望

目前，miRNA對于調(diào)控成骨細胞、破骨細胞分化作用的研究中還處于初級階段，許多調(diào)節(jié)成骨細胞、破骨細胞的miRNA的作用機制還不明確，以及更多的調(diào)控骨質(zhì)疏松癥的miRNA有待發(fā)現(xiàn)。隨著研究的進一步深入，將對骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防及治療將提供新的線索。

參考文獻

[1] Sato F， Tsuchiya S， Meltzer S J， et al. MicroRNAs and epigenetics[J]. Febs Journal， 2011， 278（10）： 1598-1609.

[2] Datta H K， Ng W F， Walker J A， et al. The cell biology of bone metabolism[J]. Journal of clinical pathology， 2008， 61（5）： 577-587.

[3] Lei S F， Deng H W. Polymorphisms in predicted miRNA binding sites and osteoporosis[J]. Journal of bone and mineral research， 2011， 26（1）： 72-78.

[4] 劉忠厚.骨礦與臨床[M].北京：中國科學(xué)出版社，2006.

[5] 周名亮， 李謐等. 微小 RNA 對成骨細胞分化成熟的調(diào)控及臨床意義[J]. 中國修復(fù)重建外科雜志， 2012， 26（6）： 756.

[6] Ivey K N， Srivastava D. MicroRNAs as regulators of differentiation and cell fate decisions[J]. Cell stem cell， 2010， 7（1）： 36-41.

[7] Li Z， Hassan MQ， et al. Biological functions of miR-29b contribute to positive regulation of osteoblast differentiation[J]. Journal of Biological Chemistry， 2009， 284（23）： 15676-15684.

[8] Mizuno Y， Tokuzawa Y， et al. miR-210 promotes osteoblastic differentiation through inhibition [J]. FEBS letters， 2009， 583（13）： 2263-2268.

[9] Eskildsen T， Stenvang J， et al. MicroRNA-138 regulates osteogenic differentiation of human stromal （mesenchymal） stem cells in vivo[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences， 2011， 108（15）： 6139-6144.

[10] Fukao T， Fukuda Y， Kiga K， et al. An evolutionarily conserved mechanism for microRNA-223 expression revealed by microRNA gene profiling[J]. Cell， 2007， 129（3）： 617-631.