微小RNA對骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展影響的研究進(jìn)展

顧宗欣，王五洲

(1.湖北省第三人民醫(yī)院陽邏院區(qū)骨外科，湖北 武漢 430415；2.中國人民解放軍第89醫(yī)院骨外科，山東 濰坊 261021)

微小RNA對骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展影響的研究進(jìn)展

顧宗欣1，王五洲2*

(1.湖北省第三人民醫(yī)院陽邏院區(qū)骨外科，湖北 武漢 430415；2.中國人民解放軍第89醫(yī)院骨外科，山東 濰坊 261021)

關(guān)節(jié)炎是一種常見的累及運(yùn)動系統(tǒng)的慢性疾病，根據(jù)其不同的致病機(jī)制，可分為骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)兩大類。骨關(guān)節(jié)炎是由于關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)的代謝平衡被打破，繼而引發(fā)關(guān)節(jié)產(chǎn)生退行性病變的慢性疾病，其病理變化主要是關(guān)節(jié)軟骨的退變及軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的改變[1]。OA主要的臨床表現(xiàn)為：受累關(guān)節(jié)的疼痛、腫脹、畸形及活動受限。我國60歲以上人群OA的患病率為50%，75歲以上人群患病率達(dá)80%，且該病的致殘率達(dá)53%[2]。近年來，OA的一些研究已取得了較大的進(jìn)展，但關(guān)于OA的發(fā)病及其病理過程的分子機(jī)制尚不清楚。

人類基因組中有超過98%的序列不編碼蛋白質(zhì)，這些不能編碼蛋白質(zhì)的RNA分子統(tǒng)稱為非編碼RNA(non-coding RNA)[3]。微小RNA(micro RNA，miRNA)是一類來源于內(nèi)源性染色體上的非編碼單鏈RNA，長度約為22個(gè)核苷酸[3]。研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的多細(xì)胞生物中均已發(fā)現(xiàn)各種不同種類的miRNA。miRNA在進(jìn)化上具有高度的保守性，能夠通過與靶基因的信使RNA(mRNA)特異性的堿基互補(bǔ)配對，引起靶mRNA降解或抑制其翻譯，從而對基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后的表達(dá)調(diào)控[4]。大量研究表明，miRNA參與生命過程中一系列的重要進(jìn)程，如細(xì)胞分化、凋亡、增殖、脂肪代謝、炎癥、免疫應(yīng)答及腫瘤發(fā)生等[5]。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA的表達(dá)差異與OA發(fā)生、發(fā)展過程中關(guān)節(jié)軟骨破壞、軟骨細(xì)胞凋亡、炎癥以及疼痛等病理變化密切相關(guān)。已經(jīng)有越來越多的文獻(xiàn)報(bào)道m(xù)iR-675miR-223、miR-140和miR-146a等與關(guān)節(jié)炎的發(fā)生及發(fā)展存在密切的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，miR-140在導(dǎo)OA中起著保護(hù)作用，在小鼠中敲低miR-140的表達(dá)，可誘導(dǎo)OA的發(fā)生，而超表達(dá)miR-140可延緩小鼠骨關(guān)節(jié)炎的的發(fā)生。研究報(bào)道，miR-675的表達(dá)能夠正向調(diào)控Ⅱ型膠原的表達(dá)，對OA的治療及關(guān)節(jié)軟骨的恢復(fù)起著一定的積極作用。最近發(fā)現(xiàn)miR-223在軟骨細(xì)胞中高表達(dá)，抑制miR-223能顯著降低軟骨細(xì)胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)并阻礙軟骨細(xì)胞形成，從而誘發(fā)OA的發(fā)生。本文就miRNA與OA關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1 miRNA在OA中的異常表達(dá)

隨著miRNA的發(fā)現(xiàn)以及研究的深入，越來越多的miRNA被證明在OA中異常表達(dá)。表達(dá)上調(diào)或者下調(diào)miRNA與OA的發(fā)生發(fā)展等過程密切相關(guān)。Tew等[6]檢測365例OA和正常人軟骨組織中miRNA的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)16個(gè)miRNA存在差異表達(dá)。Díaz-Prado等[7]發(fā)現(xiàn)1個(gè)miRNA在OA軟骨組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，而6個(gè)miRNA在OA軟骨組織中呈現(xiàn)低表達(dá)。Zhang等[8]報(bào)道8個(gè)miRNA在OA軟骨組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，而4個(gè)miRNA在OA軟骨組織中呈現(xiàn)低表達(dá)。

1.1 OA中表達(dá)上調(diào)的miRNA Wang等[9]研究發(fā)現(xiàn)miR-98在OA軟骨組織中的表達(dá)明顯高于正常軟骨組織；Zhang等[10]研究發(fā)現(xiàn)miR-21在OA軟骨組織中呈現(xiàn)高表達(dá)；研究報(bào)道m(xù)iR-139亦在OA軟骨組織中呈現(xiàn)高表達(dá)。通過miRNA芯片發(fā)現(xiàn)miR-30b在OA軟骨組織中的表達(dá)明顯高于正常軟骨組織。最近研究發(fā)現(xiàn)，miR-155、miR-223及miR-146a等亦在OA軟骨組織中呈現(xiàn)高表達(dá)。

1.2 OA中表達(dá)下調(diào)的miRNA Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn)，miR-502-5p在OA軟骨組織中的表達(dá)明顯低于正常軟骨組織。Song等[12]研究發(fā)現(xiàn)miR-222低表達(dá)于OA軟骨組織。通過miRNA芯片發(fā)現(xiàn)miR-29a和miR-140在OA軟骨組織中異常表達(dá)，進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)上述兩種miRNA在OA軟骨組織中呈現(xiàn)明顯低表達(dá)。最近研究發(fā)現(xiàn)，miR-675亦在OA軟骨組織中低表達(dá)[13]。

2 miRNA在OA中的作用

2.1 miRNA對軟骨細(xì)胞的增殖影響 OA的發(fā)生與軟骨細(xì)胞的增殖密切相關(guān)。當(dāng)細(xì)胞增殖能力遭到破壞，細(xì)胞數(shù)目將會減少，從而導(dǎo)致OA的發(fā)生。一些miRNA可通過抑制軟骨細(xì)胞增殖導(dǎo)致細(xì)胞減少，從而誘導(dǎo)OA發(fā)生。例如：Yan等[14]發(fā)現(xiàn)，體外過表達(dá)miR-34a可明顯抑制軟骨細(xì)胞的增殖，而敲低miR-34a則可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖；Gu等[15]報(bào)道體外過表達(dá)miR-9可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖，同時(shí)敲低miR-9可抑制軟骨細(xì)胞的增殖。Tu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，miR-127-5p可參與調(diào)控軟骨細(xì)胞的增殖過程，上調(diào)miR-127-5p可抑制軟骨細(xì)胞的增殖，進(jìn)而加速OA的發(fā)展。研究報(bào)道，體外下調(diào)miR-139可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖，而體外過表達(dá)miR-210亦可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖。

2.2 miRNA對關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)的影響 人血小板反應(yīng)蛋白解整合素金屬肽酶5(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 5，ADAMTS-5)和基質(zhì)金屬蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13，MMP-13)被認(rèn)為是導(dǎo)致 OA 關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)降解的重要水解酶。Miyaki等[17]研究發(fā)現(xiàn)miR-140可調(diào)控ADAMTS-5的表達(dá)，當(dāng)miR-140表達(dá)下調(diào)后，可引起ADAMTS -5表達(dá)增加，進(jìn)而引發(fā)軟骨基質(zhì)的降解，最終導(dǎo)致OA的發(fā)生。Ji等[18]發(fā)現(xiàn)miR-30a與ADAMTS-5在OA組織中呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，過表達(dá)miR-30a可顯著下調(diào)ADAMTS-5 的表達(dá)。Li等[19]發(fā)現(xiàn)miR-146a在OA組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，敲低miR-146a可上調(diào)ADAMTS-5 的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)OA的發(fā)生。近年來研究發(fā)現(xiàn)，MMP-13 也受miRNA 的調(diào)控。例如，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用miR-27a抑制物處理軟骨細(xì)胞后，MMP-13的表達(dá)可明顯升高。Wang等[20]發(fā)現(xiàn)miR-411與MMP-13在OA組織中呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，MMP-13是miR-411的靶基因，過表達(dá)miR-411可顯著下調(diào)MMP-13的表達(dá)。miR-27b在OA關(guān)節(jié)軟骨中表達(dá)的下降與MMP-13 表達(dá)的上升密切相關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-27b 通過與MMP-13 mRNA 上的3’-UTR 結(jié)合抑制 MMP-13 的轉(zhuǎn)錄從而達(dá)到阻斷軟骨細(xì)胞內(nèi)MMP-13蛋白的表達(dá)。

2.3 miRNA對軟骨細(xì)胞的凋亡的影響 軟骨細(xì)胞凋亡是OA病程中重要的分子事件。近年來研究表明，miRNA在OA發(fā)生中具有調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的能力。在OA動物模型中發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞凋亡的數(shù)量隨著miR-34a表達(dá)水平的增加而增加，當(dāng)用miR-34a抑制物處理OA動物模型后，軟骨細(xì)胞凋亡明顯減少。Wang等[9]發(fā)現(xiàn)miR-98可抑制軟骨細(xì)胞凋亡，上調(diào)miR-98可作為治療OA的一種新的分子途徑。Wang等[21]報(bào)道m(xù)iR-142-3p可通過下調(diào)高遷移率族蛋白1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)進(jìn)而抑制軟骨細(xì)胞凋亡。Yan等[14]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-34a可促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡，其作用機(jī)制主要通過抑制SIRT1/p53信號通路。此外，Song等[12]研究發(fā)現(xiàn)miR-222在OA組織中低表達(dá)，升高miR-222可抑制軟骨細(xì)胞凋亡。

2.4 miRNA對軟骨細(xì)胞炎癥的影響 對OA患者病變關(guān)節(jié)組織的病理學(xué)研究證實(shí)炎癥在OA的發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵的作用。研究發(fā)現(xiàn)miR-146a通過調(diào)節(jié)單核細(xì)胞或巨噬細(xì)胞表面的Toll受體而參與OA的急性炎癥反應(yīng)過程，而脂多糖可誘導(dǎo)OA組織中miR-146a的表達(dá)，進(jìn)而刺激炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。Wang等[21]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-142-3p可抑制軟骨細(xì)胞炎癥因子的表達(dá)，而干擾miR-142-3p則可增加軟骨細(xì)胞炎癥因子的表達(dá)。Tardif等[22]報(bào)道m(xù)iR-140可抑制OA動物模型中軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，提示miR-140可作為治療OA炎癥反應(yīng)的重要分子。Yang等[23]報(bào)道m(xù)iR-365可促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨炎癥因子的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)OA的發(fā)生及發(fā)展。此外，Zhang等[11]亦發(fā)現(xiàn)miR-502-5p可通過抑制白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)，進(jìn)而延緩OA組織中炎癥的發(fā)生。

3 miRNA與OA疼痛

疼痛是絕大多數(shù)OA患者的主要臨床癥狀，亦是引起OA患者活動受限的主要原因之一。因而，緩解或減輕疼痛是目前治療OA的首要目標(biāo)。疼痛主要由周圍疼痛感受器與中樞感覺系統(tǒng)之間的信號傳導(dǎo)聚集所產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA與OA疼痛密切相關(guān)。例如，miR-146a對白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)和腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6)具有重要調(diào)控作用，其主要通過改變上述細(xì)胞因子的表達(dá)進(jìn)而影響神經(jīng)細(xì)胞的分化，最終影響疼痛發(fā)生[24]。過表達(dá)miR-199a-3p可上調(diào)OA動物模型中炎癥因子的表達(dá)，進(jìn)而誘發(fā)疼痛效應(yīng)，脊柱中miR-146a和miR-183的表達(dá)異常亦可加劇膝關(guān)節(jié)的疼痛。MiR-558在OA組織呈現(xiàn)低表達(dá)，轉(zhuǎn)染miR-558模擬物可抑制炎癥因子的表達(dá)并減輕疼痛。

4 miRNA與OA的早期診斷

最新研究發(fā)現(xiàn)，miRNA對OA的早期診斷具有重要提示作用。如miR-146a、miR-155和miR-223在OA患者血清中的表達(dá)明顯高于正?；颊?，同時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)上述miRNA可作為OA輔助診斷的標(biāo)志物。Beyer等[25]發(fā)現(xiàn)let-7e在OA患者血清呈現(xiàn)低表達(dá)，let-7e可作為診斷OA的標(biāo)志物。此外，研究報(bào)道m(xù)iR-4284和miR-1282亦可作為診斷OA的標(biāo)志物。

5 miRNA與OA的治療

一些研究表明miRNA可能作為未來治療OA的分子靶點(diǎn)。例如，通過向關(guān)節(jié)內(nèi)注射miR-34a抑制物，成功降低軟骨細(xì)胞Col2a1的表達(dá)并增加iNOS表達(dá)，進(jìn)而緩解OA的發(fā)展過程。通過向關(guān)節(jié)內(nèi)注射miR-15a模擬物，抑制軟骨細(xì)胞B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，BCL-2)蛋白的翻譯，進(jìn)而誘導(dǎo)增殖的軟骨細(xì)胞的凋亡以減輕局部炎癥，達(dá)到緩解癥狀的作用。Cui等[26]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-634可抑制軟骨基質(zhì)生成并緩解OA的病程。此外，通過向關(guān)節(jié)內(nèi)注射miR-26a-5p模擬物，可抑制NF-κB信號通路，進(jìn)而緩解OA的病程。

6 結(jié)論與展望

綜上所述，隨著我國老齡化進(jìn)程的不斷加速，OA正日益成為我國社會的重大負(fù)擔(dān)。miRNA作為對基因表達(dá)起重要調(diào)節(jié)作用的一類小分子RNA，其在OA中的作用越來越引起重視。研究發(fā)現(xiàn)，大量miRNA在OA組織中呈現(xiàn)異常表達(dá)，并與OA的發(fā)病密切相關(guān)。

由于其良好的組織特異性和時(shí)序性，使得miRNA在OA的早期診斷及治療方面具有無法比擬的優(yōu)勢。雖然對miRNA與OA的研究尚不夠深入，但通過改變OA過程中miRNA的表達(dá)水平調(diào)控下游相關(guān)基因變化，進(jìn)而直接影響OA的病理過程，將作為OA臨床治療提供新的思路。目前為止，miRNA在OA中的研究仍處于初步探索階段，面臨的困難較多，如研究手段的相對貧乏、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫的缺乏以及大多數(shù)miRNA在OA中作用的分子機(jī)制尚不明確等。但我們堅(jiān)信，隨著研究的日益深入，這些問題將會被一一破解，也許在不久的將來這些神奇的miRNA將為OA的治療帶來新的變革。

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1008-5572(2017)12-1102-04

R684.3

A

*本文通訊作者：王五洲

顧宗欣，王五洲.微小RNA對骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展影響的研究進(jìn)展[J].實(shí)用骨科雜志，2017，23(12)：1102-1105.

2017-04-26

顧宗欣(1972- )，男，副主任醫(yī)師，湖北省第三人民醫(yī)院陽邏院區(qū)骨外科，430415。