lncRNA在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病及病變機(jī)制中的可能作用

林潔+葉錦霞+陳俊+付長龍+吳廣文

【摘 要】 骨關(guān)節(jié)炎是以軟骨退變?yōu)楹诵牟±硖卣鳌⒗奂瓣P(guān)節(jié)周圍組織的一種關(guān)節(jié)病變?，F(xiàn)代研究表明，lncRNA對骨關(guān)節(jié)炎病理變化起一定的調(diào)控作用。在總結(jié)大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，lncRNA可能從影響軟骨細(xì)胞功能、軟骨基質(zhì)代謝、滑膜增生、新生血管生成方面調(diào)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎病理變化。后續(xù)還需進(jìn)一步研究和驗(yàn)證lncRNA對骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病及病變的作用。

【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎；lncRNA；病理變化；機(jī)制；探討

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種中老年人常見的關(guān)節(jié)病變，以軟骨結(jié)構(gòu)和功能的退變?yōu)楹诵牟±硖卣鳎∥焕奂瓣P(guān)節(jié)周圍組織，是導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛及功能活動受限的退行性病變[1]。OA的發(fā)病及具體病變機(jī)制尚不明確，隨著基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的深入研究，非編碼核糖核酸（RNA）調(diào)控作用不斷被挖掘出來[2]，各類長鏈非編碼RNA（lncRNA）被大量發(fā)現(xiàn)，其發(fā)揮的調(diào)控作用也引起人們廣泛關(guān)注，lncRNA在OA的病理過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作

用[3]。本文以lncRNA為基點(diǎn)切入，探討其調(diào)控OA病理變化的作用關(guān)鍵點(diǎn)及可能機(jī)制，以期為OA的防治及研究提供一個新方向。

1 lncRNA的生物學(xué)功能

lncRNA是長度在200～100 000個核苷酸之間的非編碼RNA，其生物學(xué)來源廣泛，大多數(shù)lncRNA具有mRNA樣結(jié)構(gòu)，包括甲基鳥苷帽子和多聚腺苷酸尾巴，不同于短鏈非編碼RNA，lncRNA在一級序列保守性較低，但二級、三級結(jié)構(gòu)保守性較高[4-6]。目前，IncRNA的分類標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，可按生物學(xué)來源、轉(zhuǎn)錄物長度、與蛋白質(zhì)編碼RNA的相似程度、生物學(xué)功能進(jìn)行分類[7]。隨著基因芯片技術(shù)、高通量測序技術(shù)的發(fā)展，lncRNA的結(jié)構(gòu)、種類、作用不斷被揭示。在生物學(xué)功能方面，越來越多研究表明，lncRNA在生物體內(nèi)廣泛參與脫氧核糖核酸甲基化、染色質(zhì)重塑、組蛋白修飾等過程，能直接或間接影響信使RNA、短鏈非編碼RNA等分子的作用，在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工等多層面對基因進(jìn)行調(diào)控，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、周期、新陳代謝等功能，以及腫瘤的發(fā)生發(fā)

展[8-10]。lncRNA在組織分化發(fā)育過程中，具有明顯的時空表達(dá)特異性，在不同疾病中有其特征性的表達(dá)方式[11-12]。隨著各項(xiàng)檢測技術(shù)不斷發(fā)展，包括lncRNA在內(nèi)的基因“暗物質(zhì)”的結(jié)構(gòu)和功能不斷被揭示，未來一定會在生物的生理病理機(jī)制研究中占據(jù)一定地位[13]。

2 OA的發(fā)病機(jī)制及病理改變

OA的發(fā)病與力學(xué)、年齡、遺傳等因素密切相關(guān)，病變部位涉及軟骨、軟骨下骨、關(guān)節(jié)滑膜、周圍血管、肌肉等多處關(guān)節(jié)組成結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)軟骨退變是OA發(fā)病的根本，也是啟動其他病理進(jìn)程的首要因素，軟骨退變的直接原因在于軟骨細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的平衡被打亂，即軟骨細(xì)胞減少、細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行性降解。軟骨細(xì)胞是軟骨組織中的唯一細(xì)胞，其生理功能如凋亡、自噬、分泌等在軟骨退變過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。OA關(guān)節(jié)液中含有大量炎癥因子，炎癥因子進(jìn)一步介導(dǎo)軟骨基質(zhì)降解，加劇軟骨退變。此外，楊威等[14]研究認(rèn)為，滑膜炎是驅(qū)動OA發(fā)生發(fā)展的因素之一，具體表現(xiàn)為滑膜細(xì)胞增生，產(chǎn)生大量積液、滑膜增厚且纖維化。Lingaraj等[15-16]研究認(rèn)為，在OA病變早期，軟骨下骨和滑膜中的血管明顯增生，血管增生是造成滑膜炎、血管翳生長、骨和軟骨破壞及骨贅形成的原因，局部關(guān)節(jié)血管內(nèi)靜脈淤血在OA的病理損害進(jìn)程中發(fā)揮一定作用。

3 IncRNA影響OA發(fā)病的可能作用

OA的發(fā)病與lncRNA的關(guān)系十分密切，相對比正常軟骨組織，OA關(guān)節(jié)軟骨表達(dá)異常的lncRNA達(dá)到約125～4000余種[17-18]。此外，在關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)合成代謝、滑模炎癥的產(chǎn)生、新生血管生成及軟骨細(xì)胞自噬、凋亡等與OA發(fā)生發(fā)展有關(guān)的因素中，lncRNA起著重要的調(diào)控作用。

3.1 lncRNA調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞功能 軟骨細(xì)胞是軟骨中的唯一細(xì)胞，分散于細(xì)胞外基質(zhì)中，對維持軟骨的完整性以及軟骨的負(fù)重功能具有重要作用。軟骨細(xì)胞功能退變是引起OA的重要因素，因此調(diào)節(jié)好軟骨細(xì)胞增殖、凋亡、自噬、分泌等功能是OA預(yù)防和治療的關(guān)鍵。整合素是一種介導(dǎo)細(xì)胞和其外環(huán)境之間連接的跨膜受體，發(fā)揮著信息傳遞的作用。整合素α1是軟骨內(nèi)成骨過程中的正調(diào)節(jié)蛋白，在軟骨的生成和骨化過程中發(fā)揮重要的作用。Kim等[19]

發(fā)現(xiàn)，OA關(guān)節(jié)軟骨中HOTTlP的表達(dá)上調(diào)、HoxAl3的表達(dá)下調(diào)，抑制了整合素α1的合成，促使關(guān)節(jié)軟骨的破壞。研究發(fā)現(xiàn)[20]，OA軟骨細(xì)胞中l(wèi)ncRNA GAS5的表達(dá)較正常軟骨細(xì)胞明顯上調(diào)，其與基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的分泌、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬有密切關(guān)系，該研究還認(rèn)為lncRNA GAS5的調(diào)節(jié)作用與miR-21相關(guān)。Pearson等[17]通過研究發(fā)現(xiàn)，PACER、CILinc01、CILinc02在OA軟骨細(xì)胞中表達(dá)明顯異常，并認(rèn)為其可能參與了軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)過程。

3.2 lncRNA調(diào)節(jié)軟骨基質(zhì)代謝 ECM具有保護(hù)軟骨細(xì)胞免受機(jī)械應(yīng)力破壞的作用，其合成和分解代謝的動態(tài)平衡維持著正常關(guān)節(jié)的完整功能，而ECM代謝平衡依賴于各種細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)。ECM降解的直接原因在于MMPs、聚蛋白多糖酶（ADAMTS）、MMPs組織抑制劑（TIMP）、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）-2、FGF-18、FGF-8等物質(zhì)分泌異常[21]。作為合成性細(xì)胞因子之一，胰島素樣生長因子-2（IGF-2）能有效地促進(jìn)軟骨細(xì)胞的功能分化，調(diào)節(jié)細(xì)胞基質(zhì)的合成[22]。lncRNA H19具有調(diào)控IGF-2表達(dá)的作用[23]，從而發(fā)揮對OA病理的調(diào)控作用。MMPs可以降解各種細(xì)胞外基質(zhì)成分，如膠原蛋白、蛋白聚糖、纖連蛋白和層黏連蛋白等[24]。ADAMTS能明顯降解蛋白聚糖核心蛋白[25]。Lin等[26]將lncRNA CIR沉默后發(fā)現(xiàn)，MMP-13和ADAMTS-5的表達(dá)明顯下調(diào)，軟骨組織中膠原蛋白和聚糖含量增多，基質(zhì)降解酶含量降低。另一項(xiàng)研究中[27]，OA軟骨細(xì)胞中l(wèi)ncRNA如HOTAIR、GAS5、PMS2L2、RP11-445H22.4、H19、CTD-2574D22.4的表達(dá)較正常軟骨細(xì)胞明顯上調(diào)，相應(yīng)地，OA細(xì)胞中MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13、ADAMTS-4等多種蛋白酶表達(dá)明顯較正常軟骨細(xì)胞增多，說明lncRNA參與ECM代謝調(diào)節(jié)。

3.3 lncRNA調(diào)節(jié)滑膜細(xì)胞功能 滑膜的增生、分泌炎癥介質(zhì)和軟骨降解酶是OA病程繼續(xù)發(fā)展的重要因素，滑膜炎始終參與OA病理過程[28]。Kang等[29]指出，前列腺基因表達(dá)印跡（PCGEM）1在OA滑膜細(xì)胞中的表達(dá)明顯增多，過度表達(dá)的PCGEM1對滑膜細(xì)胞的作用包括抑制凋亡、減少自噬及促進(jìn)增殖，此外PCGEM1還下調(diào)miR-770的表達(dá)水平，miR-770對滑膜細(xì)胞增殖有抑制作用，推測PCGEM1對于OA的病理過程具有一定調(diào)節(jié)作用。

3.4 lncRNA調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)周圍血管增生 隨著病情的發(fā)展，OA的侵蝕性病變出現(xiàn)于滑膜和軟骨或骨的交接處，此時滑膜細(xì)胞及新生血管數(shù)量增加，在持續(xù)分泌的各種炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的作用下，導(dǎo)致關(guān)節(jié)進(jìn)一步損壞。此外，因局部關(guān)節(jié)血管內(nèi)靜脈淤滯導(dǎo)致的高血壓、高血凝及低纖溶等可能在OA的病理損害進(jìn)程中發(fā)揮一定作用，故OA的發(fā)生發(fā)展與新生血管生成的關(guān)系十分密切。Su等[30]研究發(fā)現(xiàn)，與正常軟骨組織相比較，OA關(guān)節(jié)軟骨中l(wèi)ncRNA MEG3的表達(dá)明顯下調(diào)，血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）蛋白及其信使RNA的表達(dá)明顯上調(diào)，VEGF具有誘導(dǎo)血管新生的作用，故通過下調(diào)OA患者lncRNA MEG3的表達(dá)可能會抑制VEGF的表達(dá)，從而使關(guān)節(jié)周圍血管增生受到抑制，達(dá)到延緩病程的作用。

4 小 結(jié)

綜上所述，lncRNA作為調(diào)節(jié)基因表達(dá)的新研究熱點(diǎn)，可能通過調(diào)控軟骨細(xì)胞功能、軟骨基質(zhì)代謝、滑膜增生及周圍新生血管生成等對OA的發(fā)病進(jìn)程發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。后續(xù)可通過基因芯片測序、高通量測序技術(shù)積累大量lncRNA具有差異表達(dá)的數(shù)據(jù)，建立并完善lncRNA數(shù)據(jù)庫。在上述基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)挖掘具有差異表達(dá)lncRNA，利用GeneOntology、KEGG PATHWAY database等數(shù)據(jù)庫推測lncRNA與何種分子、蛋白密切相關(guān)?？山柚蚯贸夹g(shù)、RNA干擾技術(shù)、基因及蛋白檢測技術(shù)，以體外軟骨細(xì)胞、OA動物模型、OA患者為研究對象，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證lncRNA對OA發(fā)病及病理變化的影響，為OA的診斷、預(yù)后、防治等方面的研究奠定基礎(chǔ)。

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收稿日期：2017-01-08；修回日期：2017-03-19