miR-21在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

李文潔 畢雪婷 王卓然 顧中一 李洋洋 費(fèi)鴻博 胡天琦 林崇韜 申玉芹

作者單位：130021長春，吉林大學(xué)口腔醫(yī)院·吉林省牙發(fā)育及頜骨重塑與再生重點實驗室（林崇韜為通訊作者）

miRNAs屬于真核生物體內(nèi)一類內(nèi)源性的非編碼單鏈小分子RNA，長度約為21～25個核苷酸，可特異性識別靶基因mRNA的3'端非翻譯區(qū)（3'-UTR），通過降解mRNA或翻譯后抑制來調(diào)控靶基因的表達(dá)[1，2]，從而在細(xì)胞的多種生理病理過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，如細(xì)胞增殖、分化、凋亡等[3]。其中，miR-21發(fā)現(xiàn)較早，存在相對廣泛，全長22個核苷酸，位于17號染色體的TMEM49基因編碼區(qū)域內(nèi)[4]。miR-21 的靶基因包括 PTEN、TPM1、PDCD4、TIMP3等，具有促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡的作用[5，6]。

一、miR-21與骨改建過程

在口腔牙周疾病等引起的炎癥性骨吸收中，骨形成能力受損是造成骨丟失的主要原因之一，提高骨形成能力是臨床治療這類疾病的關(guān)鍵。文獻(xiàn)表明，某些微小分子RNAs（miRNAs）是牙周病炎性骨吸收的靶向治療目標(biāo)。目前有多項實驗證實，在這些miRNAs中，miR-21是成骨分化和礦化過程的活性調(diào)節(jié)劑[7]，可上調(diào)多個成骨標(biāo)志性基因的表達(dá)，研究表明miR-21過表達(dá)能促進(jìn)成骨甚至加速骨折的愈合過程[8]。

1.1 miR-21可促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化：人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（human bone marrow mesenchymal stem cells，HBMMSCs）是一種骨髓的動態(tài)細(xì)胞成分，具有多向分化能力，是成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞的前體細(xì)胞，能夠支持骨愈合和骨重塑。研究發(fā)現(xiàn)miR-21表達(dá)上調(diào)能抑制HBMMSCs凋亡，增強(qiáng)其存活能力，有利于HBMMSCs干細(xì)胞功能的維持[9]，而且miR-21可通過調(diào)控其靶基因的表達(dá)抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的凋亡[10]，如通過影響PTEN的脂質(zhì)磷酸酶活性使細(xì)胞周期停滯，同時可影響PI3K的活性、調(diào)控Akt磷酸化過程，從而激活其下游信號，影響細(xì)胞黏附、分化及轉(zhuǎn)移，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增生[11]。另外，研究發(fā)現(xiàn)miR-21是HBMMSCs的成骨啟動因子[12，13]，miR-21 過表達(dá)能促進(jìn)HBMMSCs體外成骨分化及體內(nèi)的異位成骨能力[14]。miR-21可通過下調(diào)其靶基因Sox2[15]和Spry1[16]的表達(dá)，促進(jìn)HBMMSCs的成骨分化。有研究將miR-21導(dǎo)入HBMMSCs膜片發(fā)現(xiàn)miR-21可顯著增強(qiáng)HBMMSCs膜片的體外成骨分化能力，上調(diào)成骨分化標(biāo)記基因Runx2、Col1、Opn及Ocn的表達(dá)，并可增強(qiáng)ALP活性，促進(jìn)膠原分泌和礦化結(jié)節(jié)形成。因為臨床上迫切需要實現(xiàn)更快和更高質(zhì)量成骨，所以研究制備載有miR-21的HBMMSCs細(xì)胞膜片為骨組織再生領(lǐng)域的新型干細(xì)胞治療也提供了新思路[17]。與此同時，研究發(fā)現(xiàn)與裸氧化鈦相比，miR-21表面功能化的氧化鈦具有較高的細(xì)胞活力和細(xì)胞擴(kuò)散力，可誘導(dǎo)HBMMSCs中成骨相關(guān)基因的更高表達(dá)，故miR-21功能化鈦植入物亦有望作為一種新型牙科植入材料應(yīng)用于臨床治療牙缺失，以求實現(xiàn)更快更緊密更有效的骨整合[18]。此外，Chen D等人還發(fā)現(xiàn)miR-21可以逆轉(zhuǎn)腎上腺素對HBMMSCs成骨分化的抑制過程[19]。由此可見，在利用miR-21促進(jìn)HBMMSCs成骨方面具有不可小覷的潛在價值。

2.miR-21可促進(jìn)牙周膜干細(xì)胞的成骨向分化：牙周膜干細(xì)胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）是牙周組織工程的重要種子細(xì)胞之一，具有較大的骨向分化潛能，可在一定條件下分化為成骨細(xì)胞和成牙骨質(zhì)細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)在PDLSCs分化期間能檢測到miR-21的較高表達(dá)，而且其表達(dá)量呈時間依賴性增加，同時有學(xué)者發(fā)現(xiàn)miR-21可介導(dǎo)由拉應(yīng)力誘導(dǎo)的PDLSCs成骨向分化，推測miR-21通過激活或抑制激活素受體IIB型（activinreceptor type IIB，ACVR2B）影響PDLSCs的成骨分化過程[20]，因為ACVR2B是成骨分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，會與骨形態(tài)發(fā)生蛋白3（bone morphogenetic protein 3，BMP3）相互作用從而抑制成骨細(xì)胞分化[21]。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)ACVR2B也是miR-21的靶基因之一，將pre-miR-21轉(zhuǎn)染到PDLSCs中，再施加拉應(yīng)力，miR-21的表達(dá)水平會上調(diào)進(jìn)而下調(diào)ACVR2B的表達(dá)、增強(qiáng)ALP活性、上調(diào)Runx2和Ocn的表達(dá)，從而促進(jìn)拉應(yīng)力誘導(dǎo)的PDLSCs成骨向分化[22]。此外，miR-21可通過與牙周膜相關(guān)蛋白1（periodontal ligament associated protein-1，PLAP-1）3'UTR的748-755等7個堿基的靶向位點結(jié)合，靶向調(diào)節(jié)PLAP-1的表達(dá)水平，當(dāng)牙周膜干細(xì)胞中miR-21過表達(dá)時，可下調(diào)PLAP-1的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)牙周膜干細(xì)胞分化并能阻止牙周組織發(fā)生非生理狀態(tài)下的不良礦化[23]。由此可見，利用miR-21促進(jìn)牙周膜干細(xì)胞的成骨分化為研究牙周組織再生修復(fù)提供了新思路。

3.miR-21與破骨細(xì)胞:破骨細(xì)胞（osteoclast，OC）是骨髓的單核性造血干細(xì)胞經(jīng)細(xì)胞因子核因子kB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-kB ligand，RANKL）和巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony stimulatory sactor，M-CSF）聯(lián)合刺激下融合而成[24]，miR-21可調(diào)控破骨細(xì)胞的形成和分化，在破骨細(xì)胞發(fā)生時miR-21高表達(dá)并可介導(dǎo)由RANKL刺激的破骨細(xì)胞發(fā)生過程，在調(diào)控破骨細(xì)胞分化的正反饋回路c-Fos（一種與破骨細(xì)胞發(fā)生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，可與miR-21啟動子結(jié)合而上調(diào)miR-21表達(dá)[25]）/miR-21/PDCD4（程序性細(xì)胞凋亡蛋白 4，Programmed Cell Death 4） 中，RANKL誘導(dǎo)的c-Fos上調(diào)miR-21的表達(dá)水平，miR-21過表達(dá)下調(diào)PDCD4的表達(dá)從而促進(jìn)由RANKL刺激的破骨細(xì)胞發(fā)生，當(dāng)骨髓源性單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞前體缺乏DiGeorge綜合征臨界區(qū)基因8（一種與mRNA發(fā)生相關(guān)的RNA結(jié)合蛋白）和Dicer（一種與mRNA發(fā)生相關(guān)的來自核糖核酸酶Ⅲ家族的內(nèi)切核糖核酸酶）時，miR-21表達(dá)水平顯著降低使得PDCD4的表達(dá)顯著升高，則可抑制由RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞發(fā)生[26]；另外，研究發(fā)現(xiàn)骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）是miR-21的靶基因，miR-21可通過直接下調(diào)OPG表達(dá)和通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription3，STAT3）間接促進(jìn)由RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞發(fā)生[27]。體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠miR-21缺失時可上調(diào)PDCD4的表達(dá)從而抑制破骨細(xì)胞發(fā)生，阻斷由雌激素缺乏引起的骨喪失，這表明miR-21缺失在病理狀態(tài)下可抑制破骨細(xì)胞發(fā)生、保護(hù)骨量[28]；而分別在正常狀態(tài)及脂多糖誘導(dǎo)的牙周炎癥條件下，對miR-21缺失型（miR-21-/-）小鼠和野生型小鼠進(jìn)行正畸牙移動，發(fā)現(xiàn)miR-21缺失者均可抑制破骨細(xì)胞形成，阻止受壓力側(cè)和拉力側(cè)的牙槽骨吸收，表明miR-21在體內(nèi)正常和炎癥微環(huán)境中均可調(diào)控破骨細(xì)胞發(fā)生，影響牙槽骨改建過程[29]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)miR-21可介導(dǎo)由雌激素誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞凋亡過程，雌激素通過下調(diào)miR-21的表達(dá)，上調(diào)miR-21靶基因Fasl（破骨細(xì)胞的Fas配體，可通過自分泌機(jī)制引起破骨細(xì)胞凋亡）的表達(dá)，從而引起破骨細(xì)胞凋亡[30]。由此可見，miR-21在破骨細(xì)胞發(fā)生過程中具有不可替代的重要作用。

二、miR-21與口腔鱗狀細(xì)胞癌

口腔鱗狀細(xì)胞癌（簡稱口腔鱗癌，oral squamous cell carcinoma，OSCC）是發(fā)生于口腔黏膜的一種常見的惡性腫瘤。miR-21是第一個被鑒定為腫瘤性微小RNA的一類內(nèi)源性非編碼小分子RNA，可在多種腫瘤如膠質(zhì)瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌、肝癌等組織中高表達(dá)[31]，人類細(xì)胞中的miR-21前體會產(chǎn)生兩種成熟的miRNAs，即miR-21-5p和miR-21-3p，OSCC的轉(zhuǎn)移與癌細(xì)胞中miR-21-3p的過表達(dá)及miR-21-3p的功能障礙有關(guān)；OSCC癌細(xì)胞的生長、遷移和侵襲多與致癌性miR-21-5p有關(guān)[32]。

對比同一個OSCC患者癌組織與正常組織的細(xì)胞學(xué)樣本和組織學(xué)樣本發(fā)現(xiàn)miR-21的表達(dá)均上調(diào)，說明使用miR-21作為生物標(biāo)記物檢測OSCC具有可復(fù)性和穩(wěn)定性[33]，而且miRNAs標(biāo)志物在樣品處理過程中不容易產(chǎn)生微小的差異，這與其他種類的標(biāo)記物相比具有較大優(yōu)勢，有研究發(fā)現(xiàn)使用miR-486-3p，miR-139-5p和miR-21的特異性組合區(qū)分口腔舌鱗狀細(xì)胞癌和非癌組織樣本可達(dá)到最佳效果[34]。而且OSCC癌組織中miR-21的表達(dá)明顯高于癌旁組織和正常組織，尤其是癌巢中miR-21的表達(dá)量最高，但癌旁組織和正常組織相比未見明顯差異[35]。同時，miRNAs標(biāo)記物還有預(yù)測口腔潛在惡性疾病進(jìn)展的作用[36]，研究發(fā)現(xiàn)在OSCC晚期時miR-21的表達(dá)較早、中期高；在低分化OSCC中miR-21的表達(dá)較中分化、高分化OSCC高，提示miR-21的表達(dá)水平與口腔鱗癌的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，miR-21 的表達(dá)含量可以作為OSCC臨床分期和評估預(yù)后的潛在標(biāo)準(zhǔn)之一[37]。此外，徐津等人采用脂質(zhì)體共轉(zhuǎn)染反義寡聚核苷酸下調(diào)OSCC癌細(xì)胞中miR-21的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)可以抑制癌細(xì)胞的惡性增殖，降低癌細(xì)胞侵襲能力，提高癌細(xì)胞凋亡率，miR-21的表達(dá)下調(diào)后，可上調(diào)miR-21的靶基因PTEN的表達(dá)，進(jìn)而下調(diào)PI3K-Akt信號通路中的關(guān)鍵蛋白pAkt及其下游蛋白Cyclin D1、Bcl-2、MMP2的表達(dá)，從而抑制癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為[38]。

三、小結(jié)與展望

miR-21可以促進(jìn)HBMMSCs和PDLSCs等多種干細(xì)胞的成骨分化形成成骨細(xì)胞，盡管干細(xì)胞的多向分化潛能可能是臨床應(yīng)用上的不可控因素，但隨著對干細(xì)胞分化機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，利用非編碼基因調(diào)節(jié)劑miRNAs進(jìn)行遺傳修飾將會是一個重要方法。miR-21也能通過抑制RANKL和促進(jìn)OPG的功能等抑制破骨細(xì)胞的形成，從而起到保護(hù)骨量影響骨改建的作用，據(jù)此，也為進(jìn)一步研究含miR-21的牙科植入物等新型材料提供了方向，這在牙缺失或發(fā)生口腔疾病后的牙槽骨改建方面具有很好的應(yīng)用前景。另一方面，miR-21作為一種腫瘤性miRNA，與OSCC的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，可以輔助檢測OSCC、診斷OSCC臨床分期、評估OSCC臨床預(yù)后。同時，目前對miR-21應(yīng)用的研究使其有望成為一種治療OSCC的新手段。