郭佩　葉志中　尹志華　何偉珍

【摘 要】 骨關(guān)節(jié)炎對(duì)個(gè)人健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成重大影響，目前仍缺乏相對(duì)有效的預(yù)防和治療措施。了解骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的分子機(jī)制，包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)和細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制，有助于找到潛在的治療靶點(diǎn)。文章結(jié)合近幾年的國(guó)內(nèi)外研究，就miRNA-146的結(jié)構(gòu)特性、靶基因、參與的信號(hào)通路及其與骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)系進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎；miRNA-146；靶基因；信號(hào)通路

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2016.01.018

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種以關(guān)節(jié)軟骨退變、破壞、消失和關(guān)節(jié)周?chē)琴|(zhì)增生為主要病變特征的慢性進(jìn)行性疾病，隨著年齡增加，患病率顯著升高。臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)及其周?chē)徛M(jìn)展的腫脹、疼痛，伴功能障礙。由于軟骨組織病變的不可逆性，目前臨床上還未出現(xiàn)一種有效的治療方法。分子機(jī)制研究表明，某些miRNAs會(huì)影響軟骨細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)變、細(xì)胞凋亡和基因表達(dá)[1]。miRNA有重要的調(diào)控作用，進(jìn)一步了解其靶基因、信號(hào)傳導(dǎo)通路可能促進(jìn)新藥物的研究進(jìn)展，調(diào)控miRNA相關(guān)蛋白的表達(dá)可能成為治療OA的新靶點(diǎn)。在OA患者中，可以檢測(cè)出多種miRNA的水平發(fā)生改

變[2]；其中miRNA-146直接介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，研究了解miRNA-146在OA中的調(diào)控及作用機(jī)制，可能對(duì)控制關(guān)節(jié)炎性破壞和刺激修復(fù)具有重要作用[3]。

1 miRNA

21世紀(jì)后，有關(guān)miRNA的研究高速發(fā)展，并取得了一定的成就。研究證實(shí)，miRNA不僅在生物體生長(zhǎng)發(fā)育如胚胎形成、器官發(fā)育、腫瘤生成等過(guò)程中發(fā)揮重要作用，還參與多種人類(lèi)疾病的進(jìn)程，如心律失常、心肌肥大、類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、腫瘤等。

1.1 miRNA基本結(jié)構(gòu)與生物學(xué)特征 miRNA廣泛存在于天然基因組中，是內(nèi)源性非蛋白編碼的單鏈小分子，長(zhǎng)度在20～24 nt之間，隸屬小RNA家族。其由內(nèi)含子和編碼基因間隔區(qū)的基因共同編碼，5'端為一磷酸基團(tuán)，3'端為羥基。至2011年，從動(dòng)植物、微生物、病毒中已經(jīng)預(yù)測(cè)出15 000余個(gè)miRNA序列，其中與人類(lèi)相關(guān)的miRNA序列有1900個(gè)[4]。盡管在數(shù)量上僅占1%，但能夠調(diào)控人體30%表達(dá)蛋白質(zhì)的基因[5-6]；此外，一個(gè)miRNA相應(yīng)的靶基因通常不止一個(gè)[7]。

在細(xì)胞核中，miRNA的編碼基因在RNA聚合酶Ⅱ、Ⅲ的共同作用下轉(zhuǎn)錄形成具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的原始miRNA（pri-miRNA），pri-miRNA的發(fā)夾能被Drosha-DGCR8微處理復(fù)合體識(shí)別并裂解為前體miRNA （pre-miRNA）；然后，pre-miRNA被Exportin-5轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，經(jīng)Dicer酶處理成為長(zhǎng)約21個(gè)核苷酸的成熟miRNA，即miRNA二聚

體[8-9]。此二聚體在RNA解旋酶的作用下選擇5'端更不穩(wěn)定的一條鏈作為主要的miRNA保留下來(lái)，另一條鏈在多數(shù)情況下被降解[10]。

成熟的miRNA在雙鏈RNA結(jié)合蛋白TRBP和PACT的協(xié)助下被AGO2結(jié)合并形成miRNA，接到靶基因mRNA的降解或者翻譯抑制，因此通常miRNA是負(fù)向調(diào)控基因。當(dāng)miRNA與靶基因mRNA3'端非翻譯區(qū)序列（UTR）的結(jié)合位點(diǎn)完全匹配時(shí)，靶mRNA降解，這種情況多見(jiàn)于植物；對(duì)于哺乳動(dòng)物而言，大多數(shù)miRNA與靶基因的結(jié)合為不完全配對(duì)，主要引起mRNA翻譯抑制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[11]。

研究表明，miRNA在人類(lèi)的唾液、血液、尿液、關(guān)節(jié)液等體液中穩(wěn)定存在，提示其有可能成為疾病診斷和預(yù)后的重要生物標(biāo)志物[12]。miRNA序列結(jié)構(gòu)和表達(dá)方式的多樣性，使其有可能以miRNA編碼蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)因子的身份，調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞周期調(diào)控乃至影響整個(gè)個(gè)體發(fā)育?？偠灾琺iRNA可能在基因表達(dá)調(diào)節(jié)控制領(lǐng)域中起著非常重要的作用，可能會(huì)給基因治療、新藥研發(fā)、針對(duì)性治療提供一個(gè)新的平臺(tái)。

1.2 miRNA與OA miRNA可以在正常人及OA患者的關(guān)節(jié)液中穩(wěn)定表達(dá)[12-13]，提示miRNA在OA領(lǐng)域的研究可行性。Iliopoulos等[2]調(diào)查365例

關(guān)節(jié)軟骨受損者的miRNA后發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，有16種miRNA存在差異表達(dá)；Jones等[13]檢測(cè)157人的miRNA后發(fā)現(xiàn)，某些miRNA在OA患者中存在差異表達(dá)。我們可以通過(guò)檢測(cè)關(guān)節(jié)液中miRNA的表達(dá)水平變化來(lái)進(jìn)一步了解OA的臨床進(jìn)展，有可能識(shí)別與關(guān)節(jié)軟骨病變相關(guān)的關(guān)鍵miRNA，從而找到OA治療的新靶點(diǎn)。

2 miRNA-146

現(xiàn)階段，miRNA家族中關(guān)于miRNA-146研究最為廣泛。miRNA-146是一個(gè)典型的多功能基因，參與眾多生理、病理進(jìn)程，如炎癥、造血和腫瘤的發(fā)生發(fā)展[14]。數(shù)據(jù)顯示，miRNA-146在肺、腎、皮膚、甲狀腺、胸腺的免疫及炎癥反應(yīng)中表達(dá)的水平都很高，這種廣泛的表達(dá)說(shuō)明miRNA-146在病理、生理過(guò)程中極可能起著重要作用。

2.1 miRNA-146基本結(jié)構(gòu)與生物學(xué)特征 miRNA-146家族由miRNA-146a和miRNA-146b兩個(gè)

成員構(gòu)成，其中miRNA-146a定位于第5號(hào)（5q33）

染色體loc285 628基因的第2個(gè)外顯子區(qū)，miRNA-

146b定位于第10號(hào)（10q24）染色體上；這兩個(gè)miRNA只有3'末端的2個(gè)核苷酸不同，其余序列一模一樣[15]。然而，它們?cè)谏锘钚苑矫嬗泻艽蟛町悾褐嗵牵╨ipopolysaccharides，LPS）刺

激后，通常僅表達(dá)成熟的miRNA-146a，而無(wú)miRNA-146b產(chǎn)生。此外，不同物種之間miRNA-

146的結(jié)構(gòu)高度一致。

2.2 miRNA-146與免疫反應(yīng) miRNA-146是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)在免疫系統(tǒng)中具有調(diào)節(jié)作用的miRNA，尤其是在固有免疫系統(tǒng)中。Taganov等[16]檢測(cè)200多個(gè)人類(lèi)單核細(xì)胞中的表達(dá)miRNAs后得出，miRNA-146可被LPS、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）等促炎癥因子所誘導(dǎo)，是一種內(nèi)毒素響應(yīng)性基因。

目前研究顯示，miRNA-146一方面可以通過(guò)作用于TLR4/MYD88/NF-κB通路和RIG-I通路中的腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（TNF receptor associated factor6，TRAF6）、IL-1受體相關(guān)激酶-1（IL-1 receptor associated kinase 1，IRAK1）和IL-1受體相關(guān)激酶-2（IL-1 receptor associated kinase 2，IRAK2）負(fù)向調(diào)控固有免疫反應(yīng)的強(qiáng)度[17]；另一方面可以通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子AP-1的活性而降低IL-2的表達(dá)，抑制T細(xì)胞增殖，并通過(guò)抑制Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白（fas-associated death domain protein，F(xiàn)ADD）的合成阻止T細(xì)胞發(fā)生活化誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡（activation-induced cell death，AICD）過(guò)程[18]；同時(shí)miRNA-146還可以作用于IFN信號(hào)通路IRF5和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白及轉(zhuǎn)錄激活物（STATI），抑制IFN的產(chǎn)生[19]。

2.3 miRNA-146與IRAKI/TRAF6、TNF-α/IL-β通路信號(hào)通路 Jones等[13]研究顯示，在OA早期階段，miRNA-146a與NF-κB途徑中多個(gè)基因密切關(guān)聯(lián)，但在中、晚期OA患者軟骨細(xì)胞中miRNA-146a的表達(dá)受抑制。miRNA-146a的表達(dá)減少可能是促進(jìn)OA發(fā)展的影響因素。Toll樣受體（toll-like receptors，TLRs）是新近發(fā)現(xiàn)的存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞表面，在天然免疫中發(fā)揮重要作用的一種細(xì)胞跨膜蛋白受體，亦是病原模式識(shí)別受體之一，可以有效識(shí)別各種入侵的病原體并通過(guò)與配體結(jié)合的方式啟動(dòng)天然免疫反應(yīng)。研究表明，當(dāng)受到LPS、TNF-α和IL-β等刺激時(shí)，單核細(xì)胞中的miRNA-146表達(dá)會(huì)顯著增加。miRNA-146啟動(dòng)子區(qū)有NF-κB結(jié)合位點(diǎn)，LPS、TNF-α和IL-β等刺激使miRNA-146表達(dá)增加是NF-κB依賴(lài)的?，F(xiàn)有資料證明，TNF-α和IL-β通路中2個(gè)重要的銜接分子IRAKI和TRAF6，是miRNA-146的重要靶基因[1，20]。miRNA-146通過(guò)NF-κB與miRNA的3'-UTR結(jié)合，可以抑制編碼IRAK1基因和TRAF6基因的表達(dá)，也就是說(shuō)當(dāng)miRNA-146表達(dá)升高時(shí)，IRAKI和TRAF6表達(dá)均下調(diào)。因此，Taganov等[16]認(rèn)為，miRNA-146通過(guò)負(fù)向反饋的方式調(diào)控TLR信號(hào)通路的表達(dá)，從而應(yīng)對(duì)外來(lái)病原體的感染入侵。

2.4 miRNA-146與Smad4、TGF-β/Smad信號(hào)通

路 Zhang等[21-22]通過(guò)分析Smad4潛在靶點(diǎn)的miRNA

發(fā)現(xiàn)，miRNA-146b、miRNA-199a和miRNA-633有調(diào)節(jié)Smad4表達(dá)和TGF-β/SMad信號(hào)通路的潛力。Jing[3]首次證實(shí)Smad4是miRNA-146a的直接靶基因，推測(cè)在OA發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，miRNA-146a表達(dá)水平的升高引起其靶基因Smad4的表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而通過(guò)誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)增加，抑制TGF-β/Smad信號(hào)通路以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，軟骨細(xì)胞中合成與分解之間的代謝平衡關(guān)系被打破。因此miRNA-146a可以作為OA的治療靶點(diǎn)，對(duì)miRNA-146a的水平進(jìn)行適當(dāng)?shù)母深A(yù)將有助于控制OA的發(fā)生和發(fā)展。

2.5 miRNA-146與OA OA的基本病理特征是軟骨的破壞消失和細(xì)胞外基質(zhì)的降解。分解代謝和合成代謝的失衡是導(dǎo)致OA的重要原因，但是目前其分子機(jī)制尚未完全清楚[23]。與正常的軟骨組織相比，在OA病變組織的軟骨細(xì)胞中，分解型因

子[24]如IL-1、TNF-α表達(dá)水平顯著升高，并伴隨著轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor beta，

TGF-β）水平的下降。許多細(xì)胞因子參與這一過(guò)程。在OA中，TGF-β超家族成員起合成代謝或者保護(hù)作用。而促炎癥因子如IL-1β和TNF-α起分解代謝作用，加重了軟骨破壞。miRNA-146a在OA患者的軟骨組織合成分解代謝平衡中扮演著重要角色，但機(jī)制尚未完全清楚。Nakasa等[15]對(duì)OA患者軟骨細(xì)胞miRNA-146a基因表達(dá)譜的研究表明，OA輕度患者的軟骨細(xì)胞中miRNA-146a呈高表達(dá)，且miRNA-146a的表達(dá)受IL-1的影響，該研究表明，miRNA-146a是OA涉及軟骨病變的基因作用靶點(diǎn)。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-146與OA導(dǎo)致的慢性疼痛有關(guān)，在大鼠OA模型中可以通過(guò)調(diào)控miRNA-146的表達(dá)有效減輕疼痛。另有資料顯示，miRNA-146a參與軟骨細(xì)胞的凋亡進(jìn)程[26]。靶基因Smad4的表達(dá)能夠抑制軟骨細(xì)胞肥大化及細(xì)胞進(jìn)一步凋亡，然而miRNA-146a可以負(fù)向調(diào)控軟骨細(xì)胞的Smad4的基因表達(dá)從而促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡。

3 展 望

總之，miRNA可能在基因表達(dá)領(lǐng)域中起著重要的調(diào)控作用，隨著科技不斷發(fā)展，miRNA和靶基因檢測(cè)技術(shù)愈加成熟，可能為基因治療、藥物研究、針對(duì)性治療提供一個(gè)新的平臺(tái)。miRNA-146可以通過(guò)多條信號(hào)通路調(diào)控基因表達(dá)，而在同一條信號(hào)通路中可以有多個(gè)靶點(diǎn)同時(shí)存在。miRNA-146在OA中的差異性表達(dá)有可能揭示新的重要調(diào)控途徑，并為OA的發(fā)病機(jī)制和治療干預(yù)提供一個(gè)新的思路。

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收稿日期：2015-09-18；修回日期：2015-10-26