miR-27a在骨關(guān)節(jié)炎治療中的研究進展

胡舜琪 李熙雷

摘 要 越來越多的研究證據(jù)表明，miR-27a在骨關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis， OA）中異常表達并通過NF-κB、PI3K/Ak/ mTOR等多種途徑參與調(diào)節(jié)。在體外試驗中，miR-27a能夠靶向調(diào)控下游特定基因的表達，從而產(chǎn)生對軟骨細胞的保護效應(yīng)，顯著抑制關(guān)節(jié)軟骨的病變。隨著對miR-27a在OA中的作用機制的深入探索，可以更加精準(zhǔn)有效地干預(yù)其病理生理進程，有望從根本上改善患者的預(yù)后，為未來的臨床治療提供新的思路。

關(guān)鍵詞 骨關(guān)節(jié)炎 miRNA 發(fā)病機制

中圖分類號：R684.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1533（2020）05-0050-04

Research progress of miR-27a for the treatment of osteoarthritis*

HU Shunqi**， LI Xilei***

（Department of Orthopedics， Zhongshan Hospital， Fudan University， Shanghai 200032， China）

ABSTRACT More and more research evidences indicate that miR-27a is abnormally expressed in osteoarthritis and is regulated by various pathways such as NF-κB and PI3K/Ak/mTOR. In vitro， miR-27a is able to target specific genes downstream， resulting in a protective effect on chondrocytes and a significant inhibition of articular cartilage lesions. With the further exploration of the mechanism of miR-27a in osteoarthritis， it is possible to intervene the pathophysiological process more accurately and effectively， which is expected to fundamentally improve the prognosis of patients and provide new ideas for the future clinical treatment.

KEY WORDS osteoarthritis； miRNA； pathogenesis

microRNA（微小RNA，miRNA）在秀麗隱桿線蟲中被發(fā)現(xiàn)之后，就引起了學(xué)者們的關(guān)注。miRNA是一種高度保守的非編碼單鏈RNA，可以在基因轉(zhuǎn)錄后水平沉默其同源靶基因。大量報道已經(jīng)證實，miRNA通過對靶基因的調(diào)控，廣泛參與多種疾病的生理和病理過程，例如分化、形態(tài)發(fā)生（morphogenesis）和癌變[1-3]。

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis， OA）是一種累及整個關(guān)節(jié)的復(fù)雜疾病，人們至今尚未能完全解釋OA的發(fā)病機理，臨床上也缺乏特異性的有效治療措施。表觀遺傳學(xué)研究證實，miRNA被認為是導(dǎo)致OA的一個重要因素[4-5]。 microRNA-27a（以下簡稱為miR-27a）已在腫瘤領(lǐng)域顯示出作為藥物靶標(biāo)或生物標(biāo)志物的巨大潛力，其在OA中發(fā)揮的調(diào)控作用和應(yīng)用價值也隨著研究的不斷深入而逐漸顯現(xiàn)出來。本文就miR-27a在OA治療中的作用機制以及臨床應(yīng)用做如下綜述。

1 OA的現(xiàn)狀

OA是一種慢性的、諸多原因引起的關(guān)節(jié)軟骨疾病，其病理特征是慢性炎癥下的滑膜關(guān)節(jié)正常軟骨局灶性的喪失、關(guān)節(jié)組織重塑和滑膜炎性改變[6]。OA會導(dǎo)致患者出現(xiàn)明顯的疼痛和運動功能受限。據(jù)估計，全世界大約有2.5億人受到OA的困擾，并且隨著人口老齡化的加劇和肥胖人群的迅速增長，OA的發(fā)病率會進一步上升[7]。僅在美國，每年對OA成年患者所投入的醫(yī)療支出已達到了450億美元[8]，這對患者家庭以及整個社會無疑是巨大的經(jīng)濟負擔(dān)。

目前有效的OA治療手段依然非常有限。根據(jù)美國骨科醫(yī)師學(xué)會（AAOS）指南，有癥狀的患者往往只能依靠曲馬多或非甾體類抗炎藥（NSAIDs）緩解疼痛[9]，最終采取手術(shù)方式進行關(guān)節(jié)置換[10]，而且OA患者經(jīng)常表現(xiàn)出多種癥狀，對臨床干預(yù)的反應(yīng)也存在著較大差異。這意味著OA是一種異質(zhì)性疾病，需要為患者提供更加精確的治療技術(shù)[11-12]。面對患者日益增加的醫(yī)療需求，傳統(tǒng)治療方法存在著較大的局限性，尋找新的治療方案成為一個亟待解決的問題。

2 OA的發(fā)生機制

OA的發(fā)病機制非常復(fù)雜，尚未完全闡明，涉及多種因素，例如遺傳易感性、衰老、環(huán)境等[13]，上述因素相互交織，共同引發(fā)了炎性細胞因子的表達增高，造成了軟骨細胞的炎癥微環(huán)境。當(dāng)軟骨細胞暴露于炎癥因子時，又會導(dǎo)致活性氧（ROS）的產(chǎn)生和炎癥介質(zhì)的釋放增加[14]，ROS、前列腺素和一氧化氮（NO）等炎癥介質(zhì)通過改變線粒體的功能引起氧化應(yīng)激和軟骨細胞凋亡[15]，產(chǎn)生下游一系列的信號級聯(lián)反應(yīng)。最新的研究進展表明，炎癥因子IL-1β和TNF-α介導(dǎo)了基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）和血小板反應(yīng)蛋白解聚素樣金屬蛋白酶（ADAMTS）的上調(diào)，在基質(zhì)降解酶的驅(qū)動下，軟骨細胞的細胞外基質(zhì)（ECM）的降解大于合成，導(dǎo)致細胞穩(wěn)態(tài)無法維持。隨著關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)蛋白的降解，產(chǎn)生的蛋白降解片段會形成反饋并進一步刺激ECM的破壞[16-17]，繼而產(chǎn)生惡性循環(huán)。

ECM主要由Ⅱ型膠原和蛋白聚糖組成，健康的軟骨細胞具有致密的ECM，它可以在生命周期中承受高達300%體重的負荷[18]，這對于負重關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性至關(guān)重要。盡管OA是整個關(guān)節(jié)的疾病，但軟骨細胞的細胞外基質(zhì)（ECM）降解被公認為是正常軟骨組織在OA中破壞的基礎(chǔ)，也是OA的重要標(biāo)志[19]。

其次，ECM的破壞導(dǎo)致促血管生成因子和抗血管生成因子失平衡，在細胞因子、前列腺素、NO、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）等促血管因子作用下，造成病理性的血管形成。而軟骨基質(zhì)的降解有助于血管浸潤，將無血管的軟骨組織轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨妊芑墓墙M織。血管生成伴隨著感覺神經(jīng)的生長，最終誘發(fā)OA患者產(chǎn)生疼痛[20]。同時，軟骨的血管化也是導(dǎo)致滑膜炎的重要因素之一 [21]。

3 miRNAs在調(diào)控基因表達中的機制

miRNA由一類大小為22至25個核苷酸的非編碼RNA分子組成。miRNA利用兩種機制與靶基因相互作用：一種是miRNA通過靶向結(jié)合信使RNA（mRNA）中的3-非翻譯區(qū)域（3-UTR），從而在轉(zhuǎn)錄后水平上以互補序列結(jié)合來調(diào)節(jié)其在細胞質(zhì)中的表達，最終抑制mRNA的翻譯；另一種機制是miRNA通過RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）與其靶基因的互補mRNA結(jié)合，通過對mRNA的切割和降解來抑制蛋白的表達。隨著miRNAs在疾病演進過程中所發(fā)揮的效應(yīng)被進一步揭示，學(xué)者們越來越多地關(guān)注miRNAs在病理狀態(tài)下的異常表達。實驗證明，OA病變組織和正常軟骨組織的在miRNA表達譜上存在著顯著的差異[22-23]?，F(xiàn)有的研究證據(jù)表明，miR-27a可以作為OA治療的一個潛在的關(guān)鍵靶標(biāo)。

4 miR-27a抑制OA的作用機制

4.1 miR-27a促進軟骨細胞增殖

Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在miR-27a模擬物（mimic）轉(zhuǎn)染細胞的情況下，降低了NF-κB通路相關(guān)蛋白的表達，同時CCK-8等方法表明，miR-27a的表達增加，也促進了軟骨細胞的增殖。這說明，miR-27a可以通過NF-κB信號通路影響軟骨細胞的存活。此外，生物信息學(xué)預(yù)測和雙熒光素酶報告檢測驗證了miR-27a可以靶向作用于PI3K的3-UTR區(qū)域，通過抑制PI3K/Ak/mTOR的信號通路以激活細胞自噬（autophagy），從而減少了IL-1β處理下的軟骨細胞的凋亡率[25]。這表明miR-27a也能夠通過影響軟骨細胞的自噬水平來調(diào)控其增殖。

4.2 miR-27a降低炎癥因子的表達

與對照組相比，miR-27a抑制劑（inhibitor）明顯提升了軟骨細胞中炎癥因子TNF-α和IL-6的表達水平（P<0.05）；而miR-27a mimic可以有效降低IL-6的表達（P<0.05），雖然無法同時顯著降低TNF-α的表達[24]。

4.3 miR-27a通過結(jié)合Toll樣受體4（TLR4）抑制炎癥反應(yīng)

在OA患者中，病變區(qū)域的軟骨細胞TLR4的表達增加，并且TLR4的激活誘導(dǎo)了人和小鼠軟骨細胞的炎癥與基質(zhì)的分解代謝，導(dǎo)致基質(zhì)中Ⅱ型膠原與蛋白聚糖合成減少[26]。由此可見，TLR4在OA進展中起到了關(guān)鍵作用。研究人員通過lncRNA FOXD2-AS1競爭性抑制miR-27a，發(fā)現(xiàn)TLR4的水平被上調(diào)，進一步的實驗表明，TLR4充當(dāng)了miR-27a的靶標(biāo)，lncRNA FOXD2-AS1所引起的TLR4蛋白水平表達的增加可以被miR-27a-3pmimic抑制，而且miR-27a可以直接抑制TLR4來減輕炎癥和ECM的降解[27]。

4.4 miR-27a降低基質(zhì)降解酶的水平

眾所周知，MMPs和ADAMTS作為基質(zhì)降解酶在OA病變中扮演了重要角色，其中MMP-13是最常見的下游靶標(biāo)之一，其在OA中由于壓力或促炎信號而被上調(diào)或異常激活[28]。包括促炎因子、生長因子和纖連蛋白片段在內(nèi)的許多因素可調(diào)節(jié)MMP-13的表達[29-31]。一系列的研究結(jié)果顯示，抑制基質(zhì)降解酶的表達，可以有效緩解軟骨細胞的退變，改善軟骨細胞的生存。Cheleschi等[32]研究指出，miR-27a可以作用于靶基因MMP-13和ADAMTS-5，降低其mRNA的水平。他們用針對miR-27a的特異性的anti-miRNA轉(zhuǎn)染OA軟骨細胞，證實了MMP-13是miR-27a的下游靶基因，這與生物信息學(xué)方法預(yù)測的結(jié)果相符合。

4.5 miR-27a抑制滑膜血管的形成、減輕滑膜損傷

在對大鼠尾靜脈注射miR-27a mimic之后，除了miR-27a表達增高之外，同時伴隨PLK2的表達降低。PLK2作為一種關(guān)鍵的抑癌基因，在腫瘤方面的作用被大量報道。在這樣的情況下，實驗人員通過RT-qPCR在膝關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis， KOA）大鼠模型的軟骨組織中檢測出大鼠膝關(guān)節(jié)滑膜組織中VEGF mRNA水平下調(diào)，免疫組化結(jié)果也顯示出VEGF蛋白的表達降低。這表明miR-27a能夠有效抑制關(guān)節(jié)滑膜血管的生成。同時，在HE染色的結(jié)果中，miR-27a mimic組較之于KOA組而言，軟骨細胞表面平坦，細胞分布均勻，軟骨裂隙形成減少。進一步研究確定，這些效應(yīng)由miR-27a靶向調(diào)控PLK2基因產(chǎn)生。在KOA大鼠的動物模型中，PLK2在miR-27a的負向調(diào)控之下，可以明顯減輕血管新生和軟骨破壞[33]。

4.6 miR-27a可以減輕骨質(zhì)破壞

一項使用OA狗模型的研究結(jié)果表明，濃度升高的胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白-5（IGFBP-5）會導(dǎo)致胰島素樣生長因子-1（IGF-1）水平升高，并且減輕了軟骨組織的破壞[34]。Tardif等[35]研究也顯示，miR-27a可以調(diào)控其下游的IGFBP-5的表達。在這項研究中，IGFBP-5經(jīng)抗miR-27a處理后48 h開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)，在72 h后這種趨勢則變得更為顯著。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，miR-27a并非直接作用于IGFBP-5，而是通過影響其他一個或多個因子的表達來作用于該基因。因此IGFBP-5很可能是miR-27a的間接作用靶標(biāo)。

5 miR-27a在OA治療中應(yīng)用的展望

盡管許多關(guān)于miR-27a在OA模型中的靶向研究獲得了較為理想的實驗效果，然而迄今為止，還鮮有針對miR-27a的藥物被開發(fā)出來并投入到OA的臨床試驗中。但是，在其他疾病領(lǐng)域中尤其是腫瘤治療方面，已經(jīng)取得了突破性的進展。一項新的研究結(jié)果顯示，姜黃素和乳香酸通過下調(diào)miR-27a的表達能夠?qū)Y(jié)腸癌進行有效預(yù)防[36]；三氧化二砷可以通過抑制乳腺癌細胞的miR-27a來抑減緩腫瘤細胞的增殖和遷移[37]，這些藥物均以miR-27a為關(guān)鍵作用靶點。

隨著miRNA在精準(zhǔn)醫(yī)療中的優(yōu)勢愈發(fā)明顯，越來越多的新概念和新技術(shù)運用到miRNA相關(guān)藥物的研發(fā)中。羅氏（Roche）公司基于Locked Nucleic Acid研制的MiraVisen是最早進入臨床研究的miRNA之一，miRAN Therapeutics公司的MRX34是首個進入臨床試驗的基于miRNA mimic的產(chǎn)品，另外還出現(xiàn)了以miRNA的反義寡核苷酸作為抑制腫瘤生長的藥物[38]。這些跨躍性的成果對OA治療藥物的研發(fā)具有重要的借鑒意義。

針對miR-27a的大量研究，已經(jīng)揭示出通過可控的干預(yù)措施從基因調(diào)控的層面上精確誘導(dǎo)受累的軟骨細胞，阻斷或延緩其病理生理過程的發(fā)展的可能性，相較于傳統(tǒng)的治療方法，基于miR-27a的治療OA的分子靶向藥物的開發(fā)具有較佳的應(yīng)用前景和巨大的潛力。

當(dāng)然，miR-27a在OA的臨床應(yīng)用尚面臨一些問題，例如：軟骨作為一種無血管的組織，如何將miR-27a在軟骨中的作用時間和分布濃度調(diào)整至理想水平；在miR-27a涉及眾多的下游信號通路的情況下，如何提高miR-27a的靶向作用效果，最大程度減少對其他生理過程的影響。隨著miR-27a在OA中作用機制被進一步闡明以及miRNA靶向治療藥物的不斷改進，我們有理由相信，在不久的將來，OA的治療將會開啟一個新的大門。

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