miR-564在關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)中作用機制的研究進展*

孫祥燚 趙建寧 周利武 徐海棟 張雷*

關(guān)節(jié)軟骨是滑膜關(guān)節(jié)的重要組成部分，其主要功能是機體關(guān)節(jié)活動時傳導載荷、緩沖應(yīng)力、吸收震蕩[1]。當扭傷、過度負重等各種原因造成關(guān)節(jié)軟骨損傷時，由于缺乏血運供應(yīng)及神經(jīng)支配，關(guān)節(jié)軟骨的自我修復(fù)能力往往有限[2]。根據(jù)國際軟骨損傷修復(fù)協(xié)會（International Cartilage Repair Society，ICRS）對關(guān)節(jié)軟骨損傷的分級：直徑≥3 mm的關(guān)節(jié)軟骨損傷，又稱為關(guān)節(jié)軟骨缺損（articular cartilage defects,ACD），修復(fù)的組織主要為纖維軟骨，但是大多不能完全修復(fù)；當損傷的直徑進一步增大（≥6 mm），還會進一步損傷周圍骨壁以及周圍關(guān)節(jié)軟骨，從而引起周圍的軟骨下骨及關(guān)節(jié)軟骨的塌陷，最終不可避免的出現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎[3]。膝關(guān)節(jié)損傷-ACD-骨關(guān)節(jié)炎這一疾病模式在國際上及我國均非常常見，目前對于終末期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎，主要采取關(guān)節(jié)置換術(shù)，這無疑給病人的精神和經(jīng)濟帶來巨大的負擔，假如能在 ACD階段阻斷這一疾病模式，必將給骨關(guān)節(jié)炎的患者帶來極大的福利。

生理狀態(tài)下，當發(fā)生關(guān)節(jié)軟骨損傷時，關(guān)節(jié)滑膜組織中的滑膜間充質(zhì)干細胞 (synovium-derived mesenchymal stem cells，SMSCs)會移行至關(guān)節(jié)軟骨缺損處，和局部的其他細胞一起共同參與軟骨損傷的修復(fù)[4]。因此，要想阻斷 ACD向骨關(guān)節(jié)炎的進一步發(fā)展，就要研究如何增強SMSCs向軟骨細胞增殖和分化，從而促進機體自我修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷。近年來，大量研究表明miR-564有可能在促進滑膜間充質(zhì)干細胞向軟骨細胞的增殖與分化的過程中發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用。miR-564是位于第3號染色體上的非編碼 RNA，在基因表達的過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，其可能在軟骨修復(fù)的TGF-BMP通路中發(fā)揮作用，未來有望通過作用于miR-564實現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)。因此，本文就目前miR-564在關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)中作用機制的研究進展作一綜述。

1 關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)策略

目前針對關(guān)節(jié)軟骨損傷的治療，學者及臨床醫(yī)師提出了以下幾代修復(fù)技術(shù)：第一代修復(fù)技術(shù)以自體細胞為主，包括微骨折、馬賽克移植、自體軟骨細胞移植等，這幾種修復(fù)技術(shù)的主要缺點是均為有創(chuàng)操作，在修復(fù)的過程中對自身的關(guān)節(jié)軟骨均會造成不同程度的損傷[5]；第二代修復(fù)技術(shù)在自體細胞的基礎(chǔ)上增加了細胞基質(zhì)，例如基質(zhì)誘導的自體軟骨細胞移植，主要缺點是移植的軟骨結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，生物力學性能下降[6]；第三代修復(fù)技術(shù)主要是運用組織工程的方法，主要包括NT/ET（軟骨塊和自然纖維蛋白膠的混合物，Denovo公司）、CAIS（自體軟骨植入系統(tǒng)，Depuy公司）等，由于種子細胞來源于同種異體，因此有免疫排斥和傳播疾病的風險。上述三代修復(fù)技術(shù)共有的缺點是在處理4 mm以上的ACD時效果一般，其根本原因在于上述過程無法模擬軟骨生理自我修復(fù)過程，從而無法形成天然的軟骨組織[7]。研究認為，提高機體自身的軟骨修復(fù)過程（原位修復(fù)）是關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)的突破口。

針對關(guān)節(jié)軟骨損傷的原位修復(fù)，目前的研究熱點主要在于軟骨細胞在體內(nèi)增殖分化的條件，軟骨祖細胞和干細胞在軟骨生長修復(fù)中的作用，細胞生長因子及miRNA對軟骨細胞生長分化的影響等[8]。在SMSCs促進軟骨細胞增殖與分化的過程中，有多種通路參與其中，這些通路主要包括：Wnt通路、TGF-BMPs通路、FGF通路、MAPK通路等[9]。在這些通路中，細胞生長因子及miRNA可能發(fā)揮了極其重要的作用[10]。研究表明，miR-564可能通過多種通路進而影響SMSCs成軟骨過程中轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨損傷的原位修復(fù)，但是其中的具體機制尚未明確。

2 miR-564的基本結(jié)構(gòu)與功能

miRNAs是真核生物中廣泛存在的一組非編碼的、內(nèi)源性的小RNA(大約長為18-24個核苷酸)，通過結(jié)合3′非翻譯區(qū)（3′-UTR）導致靶mRNA降解或著抑制mRNA翻譯，從而參與基因表達的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)[11]。人類基因組目前已知的至少有2600個miRNA，并且被預(yù)測60%的基因組調(diào)控過程中有miRNA的參與[12]，在多種生物過程中發(fā)揮著重要作用，主要包括細胞增殖與分化、細胞凋亡、代謝與信號轉(zhuǎn)導等[13]。miR-564是位于第3號染色體上的非編碼 RNA，長約122bp，大量研究表明，miR-564廣泛參與生物體內(nèi)基因表達的調(diào)節(jié)。

miR-564最早由Lai等提出，其研究表明miR-564同其他六種miRNA可作為潛在精神分裂癥患者的生物學標志[14]。后來的研究表明，miR-564與miR-31、miR-155在在一些疾病中的下調(diào)與BCR-ABL的激活有關(guān)，并且猜測這一過程與MAPK,ErbB,mTOR和VEGF信號通路有關(guān)[15]。最近的研究表明miR-564與腫瘤疾病密切相關(guān)，Jiang等[16]研究表明miR-564可通過作用于靶蛋白TGF-1抑制膠質(zhì)母細胞瘤的增殖與分化；Merve等[17]發(fā)現(xiàn)miR-564可作為乳腺癌轉(zhuǎn)移的抑制劑，并且發(fā)現(xiàn)這一作用主要是基于作用于PI3K和MAPK信號通路。

3 miR-564調(diào)控關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)的機制

3.1 miR-564通過TGF-BMPs通路促進軟骨損傷修復(fù)

TGF-BMPs通路在關(guān)節(jié)軟骨缺損修復(fù)中處于至關(guān)重要的作用，目前已有廣泛的研究表明TGF家族及BMP家族可通過TGF-BMPs促進SMSCs成軟骨化。Maruki等[18]通過體外實驗證明，TGF 1能夠促進兔關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)。Wang等[19]通過構(gòu)建豬關(guān)節(jié)軟骨損傷的模型發(fā)現(xiàn)，BMP2及TGF 3感染的SMSCs能夠促進軟骨損傷的修復(fù)；并且闡述了其中的機制：當TGF家族復(fù)合物與TGF受體結(jié)合，促進下游的Smad2/3蛋白磷酸化并與下游的Smad4結(jié)合形成Smad2/3/4復(fù)合物，同樣的當BMP家族與BMP受體結(jié)合后，可促進下游的 Smadl/5/8磷酸化并與 Smad4結(jié)合形成Smadl/4/5/8復(fù)合物，然后這兩種Smad蛋白異二聚體遷移入核，并在核中與其相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合來調(diào)節(jié)下游基因表達，從而促進軟骨細胞的增殖與分化。在上述過程中Smad4蛋白處于兩條途徑的關(guān)聯(lián)點，可能是TGF-BMPs通路中關(guān)鍵性調(diào)節(jié)蛋白，而Jiang等[20]通過研究證實miR-564可與TGF 1的3'UTR結(jié)合，進而調(diào)節(jié)靶蛋白TGF 1的表達，并且驗證了 miR-564可引起下游 Smad4下調(diào)。由此可知，miR-564參與了TGF-BMPs通路的調(diào)控，并且作用于這一通路的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)蛋白Smad4。因此可以猜測下調(diào)miR-564可以促進 Smad4蛋白的表達，進而通過下游形成的的兩種Samd蛋白異二聚體 (Smad2/3/4、Smadl/4/5/8)促進軟骨細胞的增殖與分化，最終促進軟骨損傷的修復(fù)。

3.2 生物信息學預(yù)測miR-564在軟骨損傷中的作用

目前廣大學者已證實多種靶基因與關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)相關(guān)，這其中就包括 miR-564作用的靶基因，例如核受體：FOXO1與SKI；膜受體：CDH11與SIK3；G蛋白偶聯(lián)受體PTCH1；鋅指結(jié)構(gòu)蛋白受體ZIC2等。研究表明在骨關(guān)節(jié)炎的患者中，靶基因 CDH11與 PTCH1的表達有所增加，其中CDH11屬于鈣粘蛋白家族，其作用機制尚未明確[21]；而PTCH1已被證實通過Hh信號通路導致關(guān)節(jié)軟骨損傷，并且與軟骨損傷的的嚴重程度具有相關(guān)性[22]，因此 miR-564有可能通過下調(diào)靶基因 CDH11和 PTCH1來抑制關(guān)節(jié)軟骨的損傷。大量學者研究證實靶基因 FOXO1、SKI、SIK3及ZIC2能夠促進關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)：Akasaki等[23]發(fā)現(xiàn)FOXO1在青年人健康的關(guān)節(jié)軟骨中顯著表達，并且發(fā)現(xiàn)TGF-和PDGF能顯著促進FOXO1的表達，由此猜測FOXO1可在關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)發(fā)揮重要作用；相關(guān)的實驗證實靶基因 SKI能夠抑制多種炎癥因子（白介素家族）導致的關(guān)節(jié)軟骨分解[24]；Yahara等[25]研究發(fā)現(xiàn)SIK3能夠抑制骨關(guān)節(jié)炎的的進展，并且通過進一步的實驗發(fā)現(xiàn)PterosinB可通過SIK3促進關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)；Sternberg等[26]認為鋅指結(jié)構(gòu)蛋白受體 ZIC2能夠促進 SMSCs成軟骨化，既然miR-564都能夠調(diào)節(jié)于上述四種靶基因，那么miR-564就有可能通過作用于他們進而來實現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)?？偠灾壳耙寻l(fā)現(xiàn)miR-564作用的多種靶基因與關(guān)節(jié)軟骨損傷或修復(fù)有關(guān)，未來或許有更多的靶基因被證實參與這一調(diào)控過程，當然具體的相關(guān)研究還有待進一步的實驗證實。

4 展望

關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)是目前關(guān)節(jié)外科的難點，雖然臨床上針對關(guān)節(jié)軟骨損傷方案眾多，但是尚未取得實質(zhì)性的突破。近年來，隨著基因治療時代的來臨，為多種疾病提供了新的治療策略，這也能提示著我們未來有望通過從基因?qū)用嫱黄脐P(guān)節(jié)軟骨損傷這一難題。最近的研究表明miR-564有可能通過TGF-BMPs通路來促進軟骨細胞的增殖與分化，進而實現(xiàn)軟骨損傷的修復(fù)；并且發(fā)現(xiàn)miR-564作用的多種靶基因與關(guān)節(jié)軟骨代謝相關(guān)，那么就有可能通過miR-564作用的靶基因?qū)崿F(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨損傷修復(fù)，當然具體的機制與效果還有待進一步探討。希望未來通過廣大學者的不懈努力，最終能夠為廣大的關(guān)節(jié)軟骨損傷的患者帶來新的治療希望。