長鏈非編碼RNA對骨代謝疾病影響的研究進(jìn)展

王朋濤 謝艷

非編碼RNA（Non-coding RNA，ncRNA）是一類無編碼蛋白功能的內(nèi)源性RNA 轉(zhuǎn)錄物。根據(jù)核苷酸的大小，ncRNA 通?？煞譃樾》蔷幋aRNA（＜200nt）和長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，LncRNA，＞200nt），其中80%為LncRNA[1]。在過去，LncRNA 被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄“噪音”而并無作用。近年來，隨著研究的不斷深入，LncRNA 因其在結(jié)構(gòu)、序列及生物學(xué)功能上有高度異質(zhì)性，通過參與表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等途徑，多水平地調(diào)節(jié)基因表達(dá)，參與包括細(xì)胞增殖、分化及遷移在內(nèi)的多個生物學(xué)過程[2，3]。目前已知的LncRNA 功能較多，主要為轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾、誘導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)、調(diào)控蛋白質(zhì)活性、參與基因組印記及細(xì)胞器調(diào)節(jié)等[4]。

隨著LncRNA 在細(xì)胞生物學(xué)中功能的深入研究，其缺失、突變和過表達(dá)都可能引起多種疾病，如癌癥、免疫疾病、阿爾茨海默病、糖尿病等[5～10]。在骨組織代謝相關(guān)LncRNA 方面，已發(fā)現(xiàn)與成骨、破骨分化相關(guān)的LncRNA，并證實其在骨質(zhì)疏松、骨性關(guān)節(jié)炎、骨腫瘤等骨病的分子生物學(xué)機制中扮演關(guān)鍵角色，明確這些LncRNA 的功能及作用機制將為上述疾病的診治提供新的思路與靶點。

1 LncRNA 與骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis，OP）是一種代謝性疾病，是由于骨吸收與骨形成不平衡，引起骨密度下降。在OP 代謝失衡動態(tài)過程中，主要是成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞等的分化調(diào)節(jié)與骨代謝相關(guān)的信號通路發(fā)揮作用。近年來已有關(guān)于LncRNA 與OP 的研究，LncRNA 參與了OP 代謝失衡動態(tài)過程，主要涉及成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞分化，并在骨代謝信號通路及鈣離子相關(guān)激素和受體中有重要的調(diào)節(jié)作用。

1.1 LncRNA 與成骨細(xì)胞 LncRNA 可直接調(diào)控或者通過與靶miRNA 作用于下游基因表達(dá)，促進(jìn)或者抑制成骨分化，從而達(dá)到對成骨細(xì)胞分化的正向或負(fù)向調(diào)節(jié)作用。現(xiàn)有研究已發(fā)現(xiàn) LncRNA H19、MEG3、MSC-AS1 及LOC100506178 等均參與骨質(zhì)疏松相關(guān)的成骨細(xì)胞分化、凋亡過程，是成骨分化的正向調(diào)節(jié)劑。Liao 等[11]報道H19 通過Notch 信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞水平成骨分化。最近研究表明[12]，H19 通過上調(diào)SIRT1 和抑制miR-532-3p 誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）成骨分化。此外，Liu 等[13]通過與健康牙周膜組織比較，MEG3 與胰島素樣生長因子1（Insulin-like growth factor 1，IGF1）在牙周炎牙周膜組織表達(dá)下調(diào)，miR-27a-3p 表達(dá)上調(diào)，存在著MEG3/IGF1/miR-27a-3p 調(diào)控軸，過表達(dá)MEG3 可增強IGF1 的表達(dá)，抑制miR-27a-3p 的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)牙周膜干細(xì)胞的成骨分化。LncRNA MSC-AS1 通 過microR-NA-140-5p 海綿上調(diào)骨形成蛋白2（BMP2），促進(jìn)BMSCs 成骨分化[14]。LncRNA LOC100506178 通過海綿調(diào)節(jié)miR-214-5p促進(jìn)調(diào)節(jié)BMP2 的表達(dá)，提示LOC100506178 是成骨分化的正向調(diào)節(jié)因子[15]。然而有研究發(fā)現(xiàn)LncRNA DANCR、HOTAIR 及SEMA3B-AS1 等均是成骨分化的負(fù)向調(diào)節(jié)劑[16，17]。Tong 等[18]在OP 相關(guān)循環(huán)單核細(xì)胞與LncRNA 作用的實驗中發(fā)現(xiàn)，DANCR 能促進(jìn)細(xì)胞因子TNF-α 和IL-6 的表達(dá)，而TNF-α 和IL-6 參與破骨細(xì)胞的生成，從而抑制成骨分化。LncRNA HOTAIR 通過Wnt/β-catenin通路抑制相關(guān)蛋白的表達(dá)，從而抑制大鼠BMSCs 的成骨分化[17]。作為反義LncRNA 的一種，SEMA3BAS1 抑制人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSCs）的增殖和成骨分化，而這可能與hMSCs 成骨系譜的改變有關(guān)[19]。

1.2 LncRNA 與破骨細(xì)胞 在骨吸收過程中，LncRNA調(diào)控的信息較少，LncRNA 對破骨細(xì)胞的調(diào)控也分為正向調(diào)節(jié)及負(fù)向調(diào)節(jié)。Han 等[20]發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，LncRNA TUG1 在OP 患者血清中表達(dá)較高，TUG1 過表達(dá)可促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖，進(jìn)一步實驗采用siRNA 敲低則結(jié)果相反。樊萍等[21]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA NEAT1 在破骨分化過程中表達(dá)量上調(diào)，進(jìn)一步研究通過敲低NEAT1 的表達(dá)小鼠破骨細(xì)胞活性降低，提示NEAT1 誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞系RAW264.7 細(xì)胞向破骨方向分化。LncRNA MIRG 作為miR-1897 的ceRNA，上調(diào)活化T 細(xì)胞核因子（NFATc1）的表達(dá)，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞生成[22]。此外，Liu 等[23]研究發(fā)現(xiàn)上調(diào)LncRNA AK077216 的水平會促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖和NFATc1 的表達(dá)。而LncRNA BMNCR 在OP 小鼠的脾臟和骨髓中低表達(dá)，進(jìn)一步研究BMNCR 在調(diào)節(jié)核因子受體激活因子-κB 配體（RANKL）誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化中的作用，表明LncRNA BMNCR 對破骨細(xì)胞分化有抑制作用，可作為OP 治療的潛在靶點[24]。

1.3 LncRNA 與信號通路 骨吸收與骨形成的協(xié)調(diào)過程，既需要各個細(xì)胞間的信息交流，也需要細(xì)胞內(nèi)多條通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。隨著對骨代謝研究逐漸增加，發(fā)現(xiàn)多條經(jīng)典通路如Wnt/β-catenin 通路、MAPK 通路、TLR 通路等。近年來研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA 作為信號分子參與信號通路，從而對骨代謝進(jìn)程進(jìn)行調(diào)控。LncRNA POIR 抑制Wnt/β-catenin通路的活化，而Wnt 通路的激活會下調(diào)LncRNA HOTAIR的表達(dá)[25]；LncRNA H19通過吸附miR-22 激活Wnt 信號通路，還能通過抑制Dickkopf-4（DKK4）的表達(dá)，促進(jìn)Wnt 通路的激活[26]。LncRNA SNHG1 可通過Nedd4 介導(dǎo)的泛素化抑制MAPK活化，從而抑制成骨分化，因此抑制SNHG1 可能是促進(jìn)成骨分化的潛在治療靶點[27]；LncRNA MALAT1 通過激活SAA3，增加炎癥介質(zhì)的表達(dá)，參與MAPK 通路的調(diào)控。此外，LncRNA NEAT1參與調(diào)控TLR2 通路，而TLR2 通路激活后會上調(diào)LncRNA-COX2 的表達(dá)[28]。

1.4 LncRNA 與鈣離子 鈣是機體生理活動必不可缺的元素，超過99%的鈣離子分布于人體骨組織中，因此鈣離子研究是治療OP 的關(guān)鍵。鈣離子通路的調(diào)控與鈣離子吸收和骨代謝息息相關(guān)，而LncRNA 通過調(diào)節(jié)與鈣相關(guān)信號參與骨代謝進(jìn)程。胡智旭[29]通過研究絕經(jīng)后OP 腎陰虛證中LncRNA的表達(dá)特征及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)腎陰虛證組與正常組和腎陽虛證組比較，有8 個共同差異表達(dá)LncRNA 參與鈣離子代謝等12 條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控。Wang 等[30]發(fā)現(xiàn)LncRNA A_30_P01018532與炎癥和免疫反應(yīng)有關(guān)，其表達(dá)上調(diào)可以明顯提高細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平。另外，有學(xué)者在研究鼻咽癌的發(fā)病誘因過程中發(fā)現(xiàn)，沉默LncRNA FOXD3后可以大幅度增加細(xì)胞的鈣離子濃度[31]。盡管OP 與鈣離子水平關(guān)系密切，但LncRNA 調(diào)控鈣離子文獻(xiàn)報道較少，鈣離子水平是否影響OP 發(fā)病有待進(jìn)一步研究。

2 LncRNA 與骨性關(guān)節(jié)炎

骨性關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis，OA）是最常見的慢性退行性關(guān)節(jié)疾病，其癥狀為關(guān)節(jié)腫脹、疼痛、僵硬等。目前，OA 的發(fā)病機制尚不清楚，但普遍認(rèn)為與細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）合成代謝與分解代謝不平衡密切相關(guān)[32]。近年來，LncRNA 在OA 中的作用機制研究逐漸增加，其可能參與調(diào)控ECM 蛋白水解、血管生成、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、抑制軟骨細(xì)胞凋亡等。

2.1 調(diào)控ECM 蛋白水解的LncRNA 軟骨ECM降解酶主要是解聚素金屬蛋白酶（ADAMTS）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）。研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA 可能通過調(diào)控ADAMTS 和MMP 影響軟骨細(xì)胞的表達(dá)，而LncRNA CIR 可抑制ADAMTS-5 和MMP-13 的表達(dá)，促進(jìn)蛋白聚糖的合成代謝，從而減輕關(guān)節(jié)軟骨損傷[33]。Zheng 等[34]發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5 在OA 軟骨細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，能夠增強ADAMTS-4、MMP 等蛋白酶的表達(dá)，促進(jìn)ECM 降解。LncRNA H19 已被發(fā)現(xiàn)是miR-675 的前體，上調(diào)Ⅱ型膠原的表達(dá)，從而調(diào)控軟骨細(xì)胞表達(dá)。另有一項研究表明，H19在OA 軟骨組織中的表達(dá)上調(diào)，可能通過抑制miR-140-5p 促進(jìn)ECM 的降解和骨化，從而參與OA 的進(jìn)展[35]。因此，H19 在OA 基質(zhì)合成與降解中起關(guān)鍵作用。

2.2 調(diào)節(jié)滑膜關(guān)節(jié)血管生成的LncRNA 血管生成是指脈管系統(tǒng)中生出新血管，在組織修復(fù)和生長發(fā)育過程中起到重要作用。盡管調(diào)控OA 血管生成的分子途徑尚未明確，但血管生成過程就是促血管生成因子和抑制血管生成因子的動態(tài)均衡過程，其中促血管生成因子包括一氧化氮、細(xì)胞因子、調(diào)節(jié)肽、血管內(nèi)皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）等。Su 等[36]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA MEG3 在OA軟骨組織中表達(dá)顯著下調(diào)，且與VEGF 水平呈負(fù)相關(guān)，提示MEG3 可能通過調(diào)節(jié)血管生成參與OA 的進(jìn)程。另有研究顯示MEG3 能夠通過激活P53 負(fù)調(diào)控VEGF 轉(zhuǎn)錄。因此，抑制血管生成為OA 的治療提供了新思路。

2.3 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的LncRNA OA 的主要病理表現(xiàn)為滑膜炎癥和軟骨降解，近年來，越來越多的LncRNA 被確定與炎癥通路調(diào)節(jié)相關(guān)，且在關(guān)節(jié)組織中呈差異表達(dá)。目前研究發(fā)現(xiàn)LncRNA 參與調(diào)節(jié)OA 炎癥反應(yīng)的途徑包括NF-κB 信號通路與p38/MAPK 通路等。NF-κB 通路可激活多種炎癥細(xì)胞因子，因此治療炎癥性疾病的有效方法之一是抑制NF-κB 通路。Pearson 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，與健康軟骨相比，LncRNA CILinc01 和LncRNA CILinc02 在OA 軟骨中表達(dá)降低，且此非編碼RNA通過調(diào)節(jié)HIVEP2 基因表達(dá)抑制NF-κB 活性，表明CILinc01 和CILinc02 可能在調(diào)節(jié)OA 炎癥病理反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。研究表明，LncRNA MEG3在兔OA 模型中低表達(dá)，進(jìn)一步實驗過表達(dá)MEG3可明顯抑制炎癥因子和TNF-α 的表達(dá)，進(jìn)而保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨[38]。轉(zhuǎn)導(dǎo)通路p38 是MAPK 家族控制炎性反應(yīng)的重要成員之一，TNF-α 及炎癥因子等炎癥刺激能誘導(dǎo)內(nèi)源性免疫細(xì)胞內(nèi)的p38 激活。有研究發(fā)現(xiàn)[39]，LncRNA HULC 可通過下調(diào)miR101抑制NF-κB 及MAPK 通路的激活，從而減輕炎癥因子與TNF-α 誘導(dǎo)的炎癥損傷，提示HULC 可能是OA 中重要的調(diào)控因子。

2.4 調(diào)控軟骨細(xì)胞增殖或凋亡的LncRNA 細(xì)胞凋亡是一種高度特異性調(diào)控方式，稱為Ⅰ型細(xì)胞程序性死亡。眾所周知，OA 的關(guān)鍵因素是細(xì)胞凋亡引起軟骨細(xì)胞數(shù)量減少[40]，因此抑制軟骨細(xì)胞凋亡可以作為治療OA 的新途徑。研究發(fā)現(xiàn)LncRNA SNHG5 在OA 組織中顯著下調(diào)，且SNHG5 通過miR-26a/SOX2 信號軸促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖和遷移[41]。另有研究表明，LncRNA UFC1 在正常軟骨細(xì)胞中顯著下降，但UFC1 作為軟骨細(xì)胞增殖的正調(diào)節(jié)劑，能促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖進(jìn)而調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞存活。Song 等[42]通過OA 軟骨細(xì)胞和正常軟骨細(xì)胞相比，發(fā)現(xiàn)OA 軟骨細(xì)胞中生長阻滯特異性轉(zhuǎn)錄因子5（GAS5）過表達(dá)將刺激軟骨細(xì)胞凋亡。此外，LncRNA HOTAUR在OA 關(guān)節(jié)滑液中表達(dá)上調(diào)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)抑制HOTAUR 表達(dá)能降低IL-1β 介導(dǎo)的OA 軟骨細(xì)胞凋亡，提示HOTAUR 對OA 軟骨細(xì)胞有促凋亡作用。

3 LncRNA 與骨肉瘤

骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）好發(fā)于兒童和青少年，這可能與青春期脛骨近端和股骨遠(yuǎn)端的骨骺生長板生長迅速相關(guān)，通常生存結(jié)局較差。盡管多模式的治療方式將其生存率提高到60%[43]，但預(yù)后仍不理想，且OS 發(fā)病的潛在分子機制尚未明確。近年來，隨著對LncRNA 研究的深入，發(fā)現(xiàn)LncRNA在OS 診斷、治療及預(yù)后評估方面具有應(yīng)用前景。

3.1 LncRNA 與OS 早期診斷 疼痛是早期骨肉瘤最常見的癥狀，常與年輕患者生長痛界定不清，最終確診時間較晚。盡管早期血液中檢測到堿性磷酸酶升高可以輔助診斷OS，但由于堿性磷酸酶缺乏特異性，診斷價值具有局限性[44]。Huo 等[45]發(fā)現(xiàn)，與健康者相比，LncRNA MALAT1 在OS 患者血清中的表達(dá)水平顯著升高，并且與腫瘤大小及轉(zhuǎn)移等存在相關(guān)性。有學(xué)者通過對OS 患者術(shù)前術(shù)后及健康志愿者血清中LncRNA FAL1 的表達(dá)情況進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)患者術(shù)前血清中FAL1 表達(dá)高于術(shù)后及健康志愿者[46]。雖然LncRNA MALAT1、LncRNA FAL1、LncRNA HOTAIR 等在OS 患者中異常表達(dá)，但上述LncRNA 的敏感度和特異性尚需臨床進(jìn)一步驗證。

3.2 LncRNA 與OS 化療敏感性 目前，OS 的治療主要是手術(shù)切除和術(shù)后化療相結(jié)合，但由于不同個體OS 細(xì)胞對化療藥物的敏感性不同，導(dǎo)致化療效果不理想。因此，分析OS 耐藥性與LncRNA 的關(guān)系，可為OS 的治療提供新的方向。Zhang 等[47]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA ODRUL 通過上調(diào)耐藥相關(guān)性ABCB1基因，增加OS 對阿霉素的耐藥性，從而抑制癌細(xì)胞的凋亡。還有學(xué)者提出FOXC2-AS1 也通過上調(diào)ABCB1 基因表達(dá)提高OS 對阿霉素的耐藥性[48]。有研究顯示[49]，LncRNA CTA 通過抑制細(xì)胞自噬增加OS 組織對阿霉素的敏感性。關(guān)于LncRNA 與OS 化療敏感性關(guān)系的研究較少，未來還需更多研究了解LncRNA 對化療藥物的影響。

3.3 LncRNA 與OS 預(yù)后評估 研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA表達(dá)與OS 臨床預(yù)后有關(guān)。Ren 等[50]研究發(fā)現(xiàn)，在臨床分期晚期、腫瘤體積大的患者，F(xiàn)OXD2-AS1表達(dá)顯著提高，這類患者通常預(yù)后較差。此外，LncRNA ANRIL 高表達(dá)也提示OS 患者腫瘤體積增大，進(jìn)一步通過大鼠體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，敲除ANRIL 基因腫瘤體積減小，證實了ANRIL 在OS 發(fā)展及轉(zhuǎn)移中的作用[51]。因此，明確LncRNA 與OS 預(yù)后評估的關(guān)系，可為手術(shù)和術(shù)后化療時機提供依據(jù)。

4 小結(jié)

綜合國內(nèi)外相關(guān)報道，關(guān)于LncRNA 在骨代謝中的研究我國處于比較前沿的水平，但對LncRNA的研究仍處于起步階段，需進(jìn)一步深入，如對相關(guān)LncRNA 的系統(tǒng)分析，LncRNA 對成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的作用，以及在骨質(zhì)疏松癥、骨性關(guān)節(jié)炎、骨腫瘤等骨代謝疾病中作用機制的研究。