microRNA-223調(diào)控NF-κB信號通路干預(yù)骨關(guān)節(jié)炎的研究進(jìn)展

閆文 顧玉彪 謝興文 雷寧波 李鼎鵬 馬成 袁可馨

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000 3.甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000 4.西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州730030

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)作為常見的一種慢性關(guān)節(jié)退行性疾病，其主要臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛和一定的活動受限。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球骨關(guān)節(jié)炎患者超過2.4億人，是導(dǎo)致殘疾的主要原因[1]。越來越多的研究[2-3]證明，NF-κB信號通路在OA的發(fā)生發(fā)展過程中具有非常重要的作用，與OA的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。隨著OA的發(fā)生，機(jī)體的各種影響因素對NF-κB信號通路產(chǎn)生激活作用，并且OA的發(fā)生常常伴隨而來的炎癥細(xì)胞的增加及軟骨細(xì)胞的加速凋亡等，這些影響因素促進(jìn)NF-κB信號通路的激活[4]，NF-κB信號通路激活將進(jìn)一步促進(jìn)OA的發(fā)生及進(jìn)展。近年來隨著對基因相關(guān)技術(shù)的了解及掌握，研究[5]發(fā)現(xiàn)，microRNA-223通過調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，可激活NF-κB信號通路，從而加速軟骨細(xì)胞的凋亡以及機(jī)體促炎因子的釋放，導(dǎo)致OA的發(fā)生及疾病的進(jìn)展。因此，對microRNA-223進(jìn)行研究以及發(fā)現(xiàn)其作用機(jī)制對NF-κB信號通路的調(diào)控作用是非常重要的。我們通過調(diào)控NF-κB信號通路對OA的發(fā)展進(jìn)行干預(yù)及調(diào)節(jié)，以此來達(dá)到延緩OA進(jìn)展的目的；還可以通過microRNA-223對OA的發(fā)展進(jìn)行研究，了解其對OA的那些病理變化過程進(jìn)行了調(diào)控等，為治療OA方面提供一些新的治療思想及方法等。

1 microRNA-223與NF-κB信號通路

1.1 microRNA-223

microRNA作為一種被人們熟知的單鏈RNA，具體的由21～23個核苷酸組成[6]。microRNA調(diào)節(jié)人體內(nèi)約90 %的人類基因的表達(dá)，在人體的發(fā)育和生長及組織穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮重要的作用[7]。microRNA表達(dá)的生理變化對于調(diào)節(jié)復(fù)雜的遺傳網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞信號級聯(lián)至關(guān)重要[8]。在許多疾病情況下，microRNA表達(dá)的改變同樣在作為病理性細(xì)胞變化的一部分修改蛋白質(zhì)表達(dá)中起著核心作用。microRNA-223是脊椎動物中高度保守的microRNA，通常microRNA-223位于非編碼轉(zhuǎn)錄本的第三外顯子中，主要產(chǎn)生microRNA-223-3p鏈[9]。研究[11]發(fā)現(xiàn)，microRNA-223的轉(zhuǎn)錄由兩個保守的核心啟動子驅(qū)動，這就使得microRNA-223的表達(dá)主要見于造血細(xì)胞，尤其是粒細(xì)胞及其祖細(xì)胞。作為外周血中最豐富的microRNA，microRNA-223在機(jī)體的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中主要參與調(diào)節(jié)單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞分化、中性粒細(xì)胞募集和促炎反應(yīng)。microRNA-223通過靶向多種因子來控制炎癥，包括白介素家族、腫瘤壞死因子-α、核因子和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3等[12]。在機(jī)體中，microRNA-223主要的作用被認(rèn)為是一種抗炎的microRNA而發(fā)揮功能，當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)炎癥時，microRNA-223將發(fā)揮作用，通過抑制機(jī)體的炎癥因子的產(chǎn)生及促進(jìn)機(jī)體抗炎因子的產(chǎn)生來抑制機(jī)體的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的產(chǎn)生，從而抑制先天免疫系統(tǒng)的激活等。也有研究[13]表明，microRNA-223與血清中的腫瘤壞死因子-α水平呈負(fù)相關(guān)，而腫瘤壞死因子-α作為OA中最常見的炎癥因子，能夠促進(jìn)OA的進(jìn)展。因此調(diào)節(jié)NF-κB信號通路對延緩OA的進(jìn)展具有良好的作用。因此，microRNA-223作為一種調(diào)節(jié)劑，具有調(diào)節(jié)炎癥因子的能力。進(jìn)而調(diào)控炎癥信號通路來延緩OA的進(jìn)展來達(dá)到治療的目的。

1.2 microRNA-223與NF-κB信號通路

NF-κB在哺乳動物中常常被認(rèn)為是炎癥信號傳導(dǎo)的主要轉(zhuǎn)錄因子，在機(jī)體中主要調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子等[14-15]。在機(jī)體生理狀況下，NF-κB的水平被嚴(yán)格控制而處于一種動態(tài)的平衡之中而發(fā)揮作用。研究[16]表明，NF-κB信號通路可以被促炎細(xì)胞因子、機(jī)械應(yīng)力和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)降解產(chǎn)物激活，這種激活導(dǎo)致許多細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子和幾種基質(zhì)降解酶的表達(dá)受到調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)體由于受到各種原因?qū)е聦?dǎo)致機(jī)體NF-κB水平失調(diào)，炎癥細(xì)胞因子的增加從而加重機(jī)體的炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生一系列不良后果。研究[17]表明，NF-κB在炎癥和免疫反應(yīng)中起著核心作用。在機(jī)體生理狀態(tài)下，NF-κB與IKB(NF-κB抑制劑)在細(xì)胞內(nèi)結(jié)合使其保持不活動狀態(tài)，而隨著炎癥因子如腫瘤壞死因子-α等的刺激，IKK(IKB激酶)被激活并磷酸化IKB，IKB被降解后[18-19]，游離的NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核，在那里調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，這其中就包括被NF-κB上調(diào)的IKB基因[20]。當(dāng)合成的IKB與NF-κB結(jié)合后，促進(jìn)其由細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移，并且進(jìn)一步激活NF-κB并在細(xì)胞核中積累并表達(dá)相關(guān)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。研究[21]表明，microRNA-223在參與NF-κB通路時，主要參與介導(dǎo)NF-κB最主要的兩個主體，分別為IKK和IKB。在NF-κB的激活過程中，microRNA-223參與對IKK合成時的銜接蛋白。由于此時microRNA-223的抑制將導(dǎo)致IKK水平的降低及對NF-κB的水平產(chǎn)生影響，在這種情況下，microRNA-223也被NF-κB誘導(dǎo)。當(dāng)NF-κB水平下降時，它們的水平下降，導(dǎo)致IKK水平升高，這反過來又會導(dǎo)致NF-κB水平上升，隨著microRNA-223水平的升高，IKK水平會進(jìn)一步降低，而激活的NF-κB則會減少，microRNA-223在參與該循環(huán)過程時，作為一種調(diào)節(jié)劑，對機(jī)體的NF-κB的調(diào)節(jié)具有抑制作用[22-24]。所以，我們可以通過促進(jìn)microRNA-223的表達(dá)，減少IKK及NF-κB的積累，通過這樣的調(diào)節(jié)，就可以間接的對NF-κB信號通路的激活起到一個抑制作用并延緩OA的進(jìn)展，從而達(dá)到治療的目的。

2 microRNA-223與骨關(guān)節(jié)炎

2.1 microRNA-223促進(jìn)抗炎因子的產(chǎn)生

在OA中，隨著關(guān)節(jié)軟骨的退變及磨損等，這些刺激因素將導(dǎo)致在關(guān)節(jié)軟骨及軟骨細(xì)胞中產(chǎn)生炎癥[22]，隨著炎癥因子的增加，機(jī)體將產(chǎn)生相應(yīng)的臨床表現(xiàn)，如關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙等。研究發(fā)現(xiàn)，在OA發(fā)生時，機(jī)體也會產(chǎn)生一些相應(yīng)的炎癥因子，這些炎癥因子的存在將進(jìn)一步的刺激關(guān)節(jié)軟骨及軟骨細(xì)胞從而發(fā)生更多的炎癥反應(yīng)，影響機(jī)體的功能。隨著機(jī)體產(chǎn)生了很多相關(guān)的炎癥因子，NF-κB等相關(guān)信號通路作為經(jīng)典的炎癥信號通路被激活[23]。這就使得相關(guān)的促炎因子產(chǎn)生大大增加，進(jìn)一步加重機(jī)體的炎癥反應(yīng)，影響患者的更多功能。所以，機(jī)體將啟動抗炎途徑以此來抑制炎癥因子的產(chǎn)生及抑制相關(guān)信號通路的表達(dá)，以此來抑制炎癥因子的產(chǎn)生及表達(dá)，來延緩OA的進(jìn)展。

microRNA-223作為機(jī)體的一種抗炎調(diào)節(jié)劑將發(fā)揮作用。microRNA-223通過抑制機(jī)體的炎癥因子的產(chǎn)生及促進(jìn)機(jī)體抗炎因子的產(chǎn)生來抑制機(jī)體的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的產(chǎn)生[24-27]，或?qū)C(jī)體的炎癥信號通路如NF-κB進(jìn)行抑制，抑制其表達(dá)過程。這些產(chǎn)生的細(xì)胞或因子將通過相關(guān)的信號傳導(dǎo)發(fā)揮作用。巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞通過產(chǎn)生相關(guān)的抗炎因子，到達(dá)產(chǎn)生炎癥的地點(diǎn)，通過發(fā)揮作用殺死產(chǎn)生的炎癥細(xì)胞，間接抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。在這樣的狀況下，隨著機(jī)體促炎因子的減少，患者的疼痛及功能得到一定的改善。軟骨細(xì)胞隨著機(jī)體內(nèi)促炎因子的減少及機(jī)體內(nèi)炎癥細(xì)胞被機(jī)體的免疫系統(tǒng)所殺死，軟骨細(xì)胞得以存活而發(fā)揮功能，分泌相關(guān)的生長因子對關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行保護(hù)及修復(fù)受損的關(guān)節(jié)軟骨，從而間接對延緩OA的進(jìn)展起到了抑制作用。因此，我們可以通過促進(jìn)microRNA-223的表達(dá)，發(fā)揮其抗炎功能，進(jìn)而保護(hù)關(guān)節(jié)退行性改變，達(dá)到治療的效果。

2.2 microRNA-223抑制軟骨細(xì)胞的凋亡

軟骨細(xì)胞位于軟骨組織的表層，常常單個分布而體積較小呈橢圓形。軟骨細(xì)胞成熟后多由2～8個成群分布于軟骨陷窩內(nèi)[28]。軟骨細(xì)胞作為關(guān)節(jié)軟骨的主要成分，在機(jī)體的生理活動過程中，它不僅為軟骨的正常生長提供原材料，也能夠分泌一些重要的成分及重要的生長因子等。這些生長因子等對于關(guān)節(jié)軟骨的生長及損傷具有促進(jìn)及修復(fù)等作用。研究[29]表明，軟骨細(xì)胞能夠產(chǎn)生膠原蛋白和糖胺聚糖，而膠原蛋白和糖胺聚糖作為ECM最主要的組成成分對機(jī)體的軟骨細(xì)胞的生存具有重要作用。在機(jī)體的生理狀況下，ECM的合成和降解處于動態(tài)的平衡之中。隨著機(jī)體的刺激、關(guān)節(jié)軟骨的退變和炎癥因子的增加等，軟骨細(xì)胞的合成代謝功能下降，但分解代謝能力隨之上升。這種動態(tài)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)平衡被破壞，將加速軟骨細(xì)胞的凋亡。

軟骨細(xì)胞作為關(guān)節(jié)軟骨中最主要的細(xì)胞，它的存在對軟骨基質(zhì)的分泌和維持具有很大的作用。研究[30]表明，軟骨細(xì)胞的分解代謝活性與基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)的釋放增加有關(guān)，而MMPs作為一個蛋白水解酶家族，它的存在有助于軟骨ECM的降解和骨吸收。研究[31]表明，白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)在OA的發(fā)病機(jī)制中具有重要的影響，它在機(jī)體的代謝過程中通過抑制軟骨細(xì)胞的合成代謝來抑制膠原蛋白II和聚集蛋白聚糖的合成，進(jìn)而導(dǎo)致ECM的降解。膠原蛋白II和聚集蛋白聚糖的合成受到抑制后，ECM的合成減少，此時ECM的降解大于合成，平衡被打破，促進(jìn)軟骨細(xì)胞的凋亡。軟骨細(xì)胞的凋亡加速，使得細(xì)胞分泌的生長因子等減少，對于關(guān)節(jié)軟骨的生長及損傷修復(fù)能力減弱，將導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨的退變加快，從而加速OA的進(jìn)展。

軟骨細(xì)胞的凋亡加速，microRNA-223將作為一種調(diào)節(jié)劑發(fā)揮作用。此時，軟骨細(xì)胞的凋亡大于合成[32]。因此，延緩軟骨細(xì)胞的凋亡對機(jī)體來說顯得尤為重要。而在OA的軟骨細(xì)胞中，炎癥因子常常伴隨其中，這些炎癥因子將進(jìn)一步對殘存的軟骨細(xì)胞進(jìn)行破壞。microRNA-223通過抑制機(jī)體的炎癥因子，減少機(jī)體炎癥因子的產(chǎn)生[33]。這樣由于機(jī)體的炎癥因子的減少，軟骨細(xì)胞的破壞來源減少，使得保留的軟骨細(xì)胞通過細(xì)胞的分化發(fā)揮功能。由于減少了對軟骨細(xì)胞的破壞，所以對軟骨細(xì)胞的凋亡也起到了抑制作用。軟骨細(xì)胞通過產(chǎn)生膠原蛋白和糖胺聚糖等物質(zhì)，對ECM的新的平衡起到促進(jìn)作用，從而間接對OA的發(fā)展起到延緩作用。

3 總結(jié)及展望

炎癥因子的產(chǎn)生及軟骨細(xì)胞的凋亡在OA的發(fā)病及進(jìn)展過程中具有非常重要的作用。microRNA-223可抑制NF-κB信號通路的激活來促進(jìn)機(jī)體促炎因子的產(chǎn)生，所以通過抑制該信號通路的激活對OA的治療也具有促進(jìn)作用。microRNA-223可抑制ECM的降解延緩軟骨細(xì)胞的凋亡，可通過抑制ECM的降解可間接抑制軟骨細(xì)胞的凋亡。由于目前臨床當(dāng)中對OA的治療方式主要是減輕患者的疼痛及相應(yīng)的功能鍛煉，沒有從治療OA的基因調(diào)控方面入手，所以并不能解決由于炎癥因子的產(chǎn)生及軟骨細(xì)胞的凋亡導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨的破壞及退行性變。而由于在OA終末期時通過關(guān)節(jié)置換所帶來的高額費(fèi)用及手術(shù)后多發(fā)的并發(fā)癥，使得抑制炎癥因子的產(chǎn)生及軟骨細(xì)胞的凋亡變成一種可以嘗試的治療選擇，對解決OA患者的問題具有重要的意義。但目前的這些研究主要以實(shí)驗(yàn)研究為主，缺乏大量的臨床研究的支持。所以，隨著未來基因等先進(jìn)的技術(shù)越來越成熟，通過microRNA-223對引起OA病因的治療會成為一種新型的治療方法，為治療OA提供更多的選擇。