微小RNA在骨性關(guān)節(jié)炎病情發(fā)展過程中的研究進(jìn)展

簡盛生 劉 弼 葉劍鋒 王岳月 藍(lán)春海

1.深圳市羅湖區(qū)人民醫(yī)院骨外科，廣東深圳518001；2.深圳市人民醫(yī)院龍華分院，廣東深圳518109

骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種以關(guān)節(jié)軟骨的變性或破壞、繼發(fā)性骨質(zhì)增生等病理學(xué)特征為主的慢性非炎癥性關(guān)節(jié)疾病。OA發(fā)病群體主要集中在中老年人，以關(guān)節(jié)疼痛和關(guān)節(jié)功能障礙為主要臨床表現(xiàn)，病情進(jìn)展嚴(yán)重可致劇烈疼痛，甚至有致殘的可能性[1]。細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的代謝紊亂和滑膜炎癥反應(yīng)均為OA基礎(chǔ)病理因素，在臨床中常采用物理和藥物的治療手段，配合肌肉功能訓(xùn)練作為主要治療方式，最大限度改善關(guān)節(jié)功能異常情況，但此類方法無法從病理機(jī)制上防止OA的病情發(fā)展[2]。微小核糖核酸RNA（microRNA，miRNA）是一類長度為20～25個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA小分子，在機(jī)體組織和細(xì)胞中廣泛表達(dá)，可以調(diào)節(jié)機(jī)體軟骨細(xì)胞的增殖、凋亡及分化，且與OA的發(fā)生機(jī)制和病情進(jìn)展密切相關(guān)[3]。從核糖核酸水平探究其發(fā)病機(jī)制和調(diào)控機(jī)制，對早期預(yù)測、干預(yù)OA進(jìn)展及延緩病程至關(guān)重要[4]。因此，本文將結(jié)合OA與miRNA相關(guān)的最新研究，就miRNA功能及其在OA進(jìn)展中表達(dá)和信號通路的調(diào)控作用展開綜述，進(jìn)一步闡明OA進(jìn)展新機(jī)制，為臨床診斷、病情干預(yù)和治療提供新的思路。

1 miRNA在OA組織中的表達(dá)

在OA組織中，miRNA的表達(dá)水平會(huì)發(fā)生明顯改變，在許多軟骨的病變組織和細(xì)胞中都能檢測到異常表達(dá)的miRNA，這些差異表達(dá)的miRNA可區(qū)別OA炎癥細(xì)胞及正常軟骨細(xì)胞[5]。對創(chuàng)傷后OA小鼠模型的滑膜組織中miRNA表達(dá)譜進(jìn)行研究后顯示，表達(dá)譜在前滑膜的1～6周時(shí)間內(nèi)有394個(gè)miRNA失調(diào)，通過對前滑膜炎癥消退相關(guān)聯(lián)的差異表達(dá)miRNA進(jìn)行生物信息學(xué)分析，顯示其參與機(jī)體損傷、結(jié)締組織疾病和炎癥反應(yīng)等生物學(xué)過程[6]。可見miRNA的表達(dá)與OA的發(fā)生密不可分，隨著更深入地研究，miRNA在OA中的調(diào)控作用也逐漸得到闡述，如王瑩等[7]對正常軟骨細(xì)胞與OA軟骨細(xì)胞中差異表達(dá)的miRNA靶基因進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果共篩選24個(gè)差異表達(dá)的miRNA，其中上調(diào)及下調(diào)異常表達(dá)的miRNA分別為12個(gè)，通過生物學(xué)層面分析，這些差異表達(dá)的miRNA主要參與神經(jīng)生長、細(xì)胞發(fā)育、細(xì)胞質(zhì)翻譯終止及合成核堿基化合物的生物過程，而在細(xì)胞學(xué)層面分析來看，差異表達(dá)的miRNA主要與蛋白細(xì)胞跨內(nèi)皮遷移、蛋白質(zhì)的代謝，以及翻譯釋放因子復(fù)合體的細(xì)胞成分等有關(guān)。

可見，在OA軟骨組織中miRNA的表達(dá)水平發(fā)生明顯地改變，均存在部分差異表達(dá)，且其表達(dá)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，異常表達(dá)的miRNA對細(xì)胞周期地調(diào)控甚至個(gè)體發(fā)育都產(chǎn)生重要的影響，與OA疾病發(fā)病機(jī)制和病情發(fā)展過程密切相關(guān)。

2 miRNA與OA病情進(jìn)展的相關(guān)性

miRNA家族系列的多個(gè)分子均與OA相關(guān)，其中臨床認(rèn)可的有miR-140、miR-146a、miR-155、miR-210等，它們在OA軟骨細(xì)胞中通過作用一個(gè)或多個(gè)靶基因來調(diào)節(jié)其表達(dá)水平，進(jìn)而影響OA軟骨細(xì)胞凋亡和分化，在OA中具有作為生物靶標(biāo)物的潛力[8]。miRNA的異常表達(dá)水平與OA病情進(jìn)展具有密切的相關(guān)性，在OA的病情進(jìn)展中有可能起到促進(jìn)基因和抑制基因的作用。

2.1 與OA病情進(jìn)展正相關(guān)的miRNA

OA的病情進(jìn)展與年齡、肥胖、負(fù)重活動(dòng)、環(huán)境及遺傳等因素相關(guān)，在對OA患者外周血單核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）和滑液中miRNA水平檢測中，miR-29b-3p的相對表達(dá)與年齡、體重指數(shù)（BMI）、膝骨關(guān)節(jié)炎Kellgren-Lawrence分級呈正相關(guān)，說明OA患者滑液中miR-29b-3p表達(dá)水平與年齡和BMI等有關(guān)，且其表達(dá)水平會(huì)隨著關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度的升高而上升[9]。進(jìn)一步的從OA患者和健康者中提取外周單核血細(xì)胞，測定miRNA-146a和miRNA-155的表達(dá)水平，在OA患者中，miRNA-146a和miRNA-155表達(dá)在膝骨關(guān)節(jié)炎Ⅲ級和Ⅳ級時(shí)增加[10]。同樣的，Xie等[11]對健康志愿者、早期和晚期OA患者滑液樣本中miR-210的RT-PCR檢測結(jié)果中亦表明，miR-210在OA患者早期滑膜液中就已經(jīng)發(fā)生上調(diào)，且早期和晚期OA患者中miR-210的表達(dá)比健康個(gè)體上調(diào)更明顯，同時(shí)還證實(shí)了miR-210水平與滑液中血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）水平呈正相關(guān)，這便說明了miR-210可能通過促進(jìn)VEGF的表達(dá)促使血管生成，進(jìn)而促進(jìn)了OA疾病的發(fā)展。

2.2 OA病情進(jìn)展負(fù)相關(guān)的miRNA

在OA軟骨細(xì)胞中，miRNA通過和靶基因的mRNA堿基配對降解或阻礙mRNA翻譯進(jìn)行調(diào)控，miRNA還可調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）對OA實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，MMPs是導(dǎo)致軟骨退變的關(guān)鍵基本因子，通過對非OA與OA患者滑液檢測發(fā)現(xiàn)miR-140呈低表達(dá)，而MMP-3呈高表達(dá)，兩者之間存在負(fù)相關(guān)性，在OA軟骨組織中miR-140表達(dá)下調(diào)可導(dǎo)致OA特異性的基因表達(dá)出現(xiàn)異常，在軟骨組織發(fā)育和體內(nèi)平衡的過程中發(fā)揮抑制作用[12-13]。環(huán)狀RNA（circRNA）的分子富含miRNA結(jié)合位點(diǎn)，在細(xì)胞中為miRNA海綿，有解除miRNA對其靶基因抑制的作用，進(jìn)而升高靶基因的表達(dá)水平。通過建立小鼠軟骨細(xì)胞模型，采用白介素-1β（IL-1β）進(jìn)行軟骨細(xì)胞的刺激，證明了circRNA_Atp9b和miR-138-5p的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，即miR-138-5p在IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中也起作用，miR-138-5p的下調(diào)部分逆轉(zhuǎn)了circRNA_Atp9b對ECM分解代謝和炎癥的影響，circRNA_Atp9b通過調(diào)節(jié)海綿狀miR-138-5p的軟骨ECM分解代謝和炎癥來調(diào)節(jié)OA進(jìn)程[14]。雖然miR-148a在OA軟骨中的表達(dá)是降低的，但其與MMP-13呈直接相互作用，miR-148a過表達(dá)的細(xì)胞基質(zhì)含有大量的蛋白聚糖和膠原蛋白，特別是Ⅱ型膠原蛋白，蛋白聚糖及膠原蛋白在培養(yǎng)基中是受到抑制的，但總膠原蛋白產(chǎn)量卻呈增加趨勢，因此，也提示miR-148a的過表達(dá)抑制了肥大細(xì)胞的分化，并增加了OA軟骨細(xì)胞產(chǎn)生Ⅱ型膠原的產(chǎn)生和沉積，證實(shí)了miR-148a可以促進(jìn)透明軟骨的產(chǎn)生，亦可作為OA潛在的疾病緩解化合物[15]。

OA患者中潛在的治療靶標(biāo)miRNA的表達(dá)水平、調(diào)控和信號通路的相關(guān)性可以在OA發(fā)病機(jī)制和疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。miR-29b-3p、miRNA-146a、miRNA-155、miR-210和miR-21-5p與OA疾病進(jìn)展呈正相關(guān)，通過不同的靶向或信號通路促進(jìn)OA的疾病進(jìn)程，miR-140、miR-138-5p、miR-320和miR-148a則具有負(fù)性調(diào)節(jié)炎性及其內(nèi)源性免疫反應(yīng)的作用，從而抑制軟骨細(xì)胞損傷，利于維持軟骨細(xì)胞的穩(wěn)定狀態(tài)，且他們在軟骨組織中均以單個(gè)或多個(gè)的形式共同參與不同信號的傳導(dǎo)通路，維持軟骨分化與合成間的平衡[16]。

3 miRNA在OA中的調(diào)節(jié)通路

在OA發(fā)生與進(jìn)展過程中，相關(guān)表達(dá)的miRNA通過許多信號通路在軟骨細(xì)胞表型中起到調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、自噬及衰老的作用，特異性較強(qiáng)的miRNA可直接作用于不同靶點(diǎn)，通過BMP/Smad、NF-κB、WNT、BMP、p53、ER等不同信號傳導(dǎo)通路，來維持OA病情進(jìn)展中軟骨細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，或參與軟骨細(xì)胞增殖、凋亡及分化[17]。

NF-κB信號通路參與細(xì)胞免疫、應(yīng)激及炎性等許多生物調(diào)節(jié)過程，OA骨膜中含有的細(xì)胞因子和基質(zhì)金屬蛋白酶產(chǎn)物，可促進(jìn)炎癥反應(yīng)，從而激活NF-κB信號通路，調(diào)節(jié)細(xì)胞因子、蛋白酶及免疫蛋白等小分子的表達(dá)。miR-210通過靶向DR6并抑制NF-κB信號通路來減輕OA大鼠關(guān)節(jié)腔的炎癥[18]。另外，miR-26a-5p可以使NF-κB通路的激活基因表達(dá)下調(diào)，同時(shí)又誘導(dǎo)一氧化氮合酶的生成，在軟骨細(xì)胞中是穩(wěn)定狀態(tài)的重要調(diào)節(jié)劑。因此，也證實(shí)了抑制NF-κB通路的表達(dá)也許對早期干預(yù)OA病情進(jìn)展有較好的效果[19]。miR-29家族是OA發(fā)展和進(jìn)程中起作用的miRNA，它們受OA中重要的因素調(diào)節(jié)，并影響相關(guān)的信號通路，主要通過調(diào)控Smad，NF-κB和經(jīng)典WNT信號通路表達(dá)譜，在軟骨發(fā)育、體內(nèi)平衡，以及OA的進(jìn)展中起作用[20]。miRNA-34a通過靶向SIRT1/p53信號通路在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病過程中影響軟骨細(xì)胞凋亡和增殖，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射編碼抗miR-34a序列的慢病毒載體可有效改善OA的進(jìn)展。結(jié)果表明，miR-34a通過直接調(diào)節(jié)SIRT1/p53信號通路在OA的發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用，且為OA的潛在治療靶點(diǎn)[21]。

4 miRNA在OA診治中的應(yīng)用前景

近年來，有關(guān)研究將軟骨組織中的軟骨前體細(xì)胞（cartilage progenitor cells，CPCs）作為軟骨損傷修復(fù)新的切入點(diǎn)，研究其在參與促進(jìn)OA軟骨損傷后修復(fù)中的作用[22]。首先，CPCs是一類具有表面抗原表達(dá)特異性的軟骨干細(xì)胞，且具有自我增殖性及多向分化的潛能，它在不同嚴(yán)重程度的OA軟骨細(xì)胞中表達(dá)水平不一，但對于OA早期軟骨損傷，CPCs自主分化的能力尚未達(dá)到完全自我修復(fù)的可能，因此，對于OA早期軟骨損傷需要誘導(dǎo)活化CPCs，才能使其具備修復(fù)的可能性，而miR-140便是CPCs潛在的誘導(dǎo)活化因子之一[23]。另外，Zhong等[24]在正常和OA軟骨細(xì)胞中用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）轉(zhuǎn)染后檢測miR-335-5p的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)用miR-335-5p模擬物轉(zhuǎn)染的OA軟骨細(xì)胞可顯著提高生存力，重要的是，用自噬抑制劑3-MA處理過表達(dá)miR-335-5p的OA軟骨細(xì)胞可恢復(fù)炎癥介質(zhì)。因此，miR-335-5p可通過激活自噬來減輕OA軟骨細(xì)胞的炎癥，在OA的臨床診斷和治療中具有未來應(yīng)用的潛力。在大鼠原代軟骨細(xì)胞中，顆粒蛋白前體（PGRN）干擾消除了miR-29b-3p模擬物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和生長抑制，提示miR-29b-3p通過調(diào)節(jié)PGRN的表達(dá)影響軟骨細(xì)胞的功能，通過向大鼠原代軟骨細(xì)胞內(nèi)注射miR-29b-3p，可改善手術(shù)誘發(fā)的OA大鼠膝關(guān)節(jié)的軟骨細(xì)胞凋亡和軟骨損失，表明miR-29b-3p通過靶向PGRN促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡，而miR-29b-3p或PGRN可能是OA治療的潛在靶標(biāo)[25-26]。

5 總結(jié)與展望

在OA軟骨細(xì)胞中存在特異表達(dá)的miRNA，其可以作用于不同的靶點(diǎn)，通過NF-κB、BMP、SOX9、IGF、Wnt、p53、ER等不同信號傳導(dǎo)通路促進(jìn)或抑制軟骨細(xì)胞生長發(fā)育、分化、疾病發(fā)生和發(fā)展等生物過程，與OA發(fā)生及病情進(jìn)展密切相關(guān)，同時(shí)，miRNA在OA中具有充當(dāng)生物標(biāo)志物或治療靶標(biāo)的潛力。雖然miRNA是OA組織中重要的調(diào)節(jié)分子，也有大量深入探索其作用機(jī)制和發(fā)展機(jī)制研究的空間，但由于miRNA數(shù)量龐大，聯(lián)系千絲萬縷，相互之間的作用亦錯(cuò)綜復(fù)雜，對于OA軟骨細(xì)胞中特異表達(dá)的miRNA，其表達(dá)時(shí)序性、調(diào)控機(jī)制、功能作用、作用靶點(diǎn)、作用劑量及影響因素等方面仍需要進(jìn)一步深入研究，才能更好地闡明OA發(fā)病機(jī)制和病情發(fā)展機(jī)制，進(jìn)而也能有理有據(jù)地為OA患者提出新的臨床診斷、病情干預(yù)和治療思路。