毛丹，韋紀(jì)英，吳明松

(1遵義醫(yī)學(xué)院，貴州遵義563003；2遵義醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院；3貴州省普通高等學(xué)校口腔疾病研究特色重點實驗室)

骨關(guān)節(jié)炎(OA)是關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生纖維化、皸裂、潰瘍及脫失的一類關(guān)節(jié)疾病，中老年患者多發(fā)，女性多于男性，人群發(fā)病率約4%，而在60歲以上的人群中，膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率高達(dá)42.8%，其發(fā)病是多因素作用復(fù)雜緩慢的過程。越來越多研究表明非編碼RNA在細(xì)胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮巨大作用。微小RNA(miRNA)是一類單鏈非編碼的小分子RNA，長18～24個堿基，絕大多數(shù)存在于基因間隔區(qū)，它通過抑制mRNA翻譯或切割mRNA在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，最終通過影響細(xì)胞分裂、增殖、凋亡等，參與細(xì)胞發(fā)育、分化及干細(xì)胞功能、細(xì)胞侵襲和血管生成等。越來越多的證據(jù)表明miRNA與OA的發(fā)生有千絲萬縷的聯(lián)系。本文對miRNA與OA發(fā)生發(fā)展的關(guān)系作一綜述。

1 OA的發(fā)病機(jī)制

OA是中老年人最為常見的慢性退行性骨關(guān)節(jié)疾病，其臨床表現(xiàn)主要為關(guān)節(jié)的疼痛及壓痛、關(guān)節(jié)僵硬、關(guān)節(jié)腫大、骨摩擦音及關(guān)節(jié)無力，伴功能障礙等，是一種復(fù)雜但不獨立的疾病。其具體病因尚不清楚，多與遺傳、炎癥、創(chuàng)傷、年齡及肥胖等有關(guān)，其發(fā)生機(jī)制與miRNA、信號通路、細(xì)胞因子及金屬蛋白酶等緊密相關(guān)。OA在病理上可概括為軟骨退變和滑膜炎，軟骨退變是OA發(fā)病的根本及其最先出現(xiàn)的癥狀，其中軟骨細(xì)胞凋亡主要有線粒體凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)性死亡和死亡受體凋亡，其病理發(fā)生發(fā)展還包括軟骨下硬化及骨贅形成。此外，軟骨細(xì)胞自噬在抑制軟骨細(xì)胞凋亡啟動過程中亦發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。

2 miRNA與OA發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

近年來，已在人OA軟骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了990種已知的miRNA和1 621種潛在miRNA。經(jīng)白細(xì)胞介素1β(IL-1β)處理的OA軟骨細(xì)胞中，利用微陣列技術(shù)分析了1 347個miRNA，發(fā)現(xiàn)有35個表達(dá)被抑制，1個過表達(dá)[1]。通過局部注射等多種途徑向體內(nèi)遞送各種經(jīng)過修飾的miRNA，能夠改善關(guān)節(jié)炎的癥狀，其可通過調(diào)控軟骨組織的降解、促進(jìn)軟骨細(xì)胞的凋亡從而參與OA的發(fā)生發(fā)展。目前發(fā)現(xiàn)，miRNA不僅參與軟骨發(fā)育，包括生長板開發(fā)、成骨分化、成軟骨分化及破骨細(xì)胞活動，也參與OA的發(fā)生進(jìn)程，其特異性表達(dá)于軟骨組織中，在關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)平衡、軟骨內(nèi)骨化及關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制中都發(fā)揮著重要作用。同時，miRNA與軟骨細(xì)胞的凋亡、自噬及軟骨代謝也密不可分。miRNA的作用靶點各異，通過調(diào)控其下游靶因子從而加速病程或延緩病程，在復(fù)雜的調(diào)控因子網(wǎng)絡(luò)中，miRNA與細(xì)胞因子、各個細(xì)胞因子之間通過相互的協(xié)同及拮抗作用在OA的病理生理進(jìn)程中扮演不同角色。Karlsen等[2]研究結(jié)果顯示，miR-140在人OA體外模型中過表達(dá)時，可負(fù)調(diào)控約100種蛋白分子，同時正向調(diào)控90種蛋白分子，其中下調(diào)的分子包括IL-1β、IL-6、IL-8及核因子κB(NF-κB)等，聚集蛋白聚糖(ACAN)及參與硫酸軟骨素生物合成、透明質(zhì)酸的合成及NF-κB信號的相關(guān)分子表達(dá)均上調(diào)。最終，miR-140通過抑制關(guān)鍵炎癥分子和刺激合成軟骨的分子而起到預(yù)防OA的作用。Min等[3]在骨基質(zhì)明膠作用下的大鼠模型中測試發(fā)現(xiàn)，miR-1-3p、miR-140-5p及miR-337-3p在不同軟骨發(fā)育進(jìn)程中表達(dá)水平不同，而在與OA相關(guān)的miRNA中，miR-9a-5p、miR-98-5p、miR-445-5p、miR-22-3p、miR-27-3p、miR-145-5p、miR-146a-5p及miR-455-3p在不同的時間點表達(dá)亦不相同。此外，mir-27、miR-146a、miR-140、miR-145均與軟骨基質(zhì)的產(chǎn)生及降解密切相關(guān)。

2.1 在OA發(fā)生發(fā)展中起破壞性調(diào)控作用的miRNA 關(guān)節(jié)軟骨破壞的重要病理表現(xiàn)是軟骨細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的減少，其中，聚蛋白多糖丟失是關(guān)節(jié)炎的主要病理表現(xiàn)之一，聚蛋白多糖可被基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)和解整鏈蛋白金屬蛋白酶(ADAMTS)降解，最終導(dǎo)致代謝紊亂失衡。部分miRNA正是通過調(diào)控細(xì)胞因子的表達(dá)而參與OA的軟骨破壞。miR-101抑制劑可起到減緩軟骨組織降解，起到穩(wěn)定軟骨細(xì)胞表型的作用。在OA及IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞炎癥模型中發(fā)現(xiàn)，miR-449a呈高表達(dá)，MMP-13表達(dá)增強(qiáng)并伴隨有Ⅱ型膠原蛋白(Col2a1)和去乙?；?(SIRT1)表達(dá)減少，而沉默的miR-449a可通過調(diào)控其靶基因SIRT1來抑制MMP-13、ADAMTS表達(dá)，同時上調(diào)Col2a1及SIRT1表達(dá)，從而起到保護(hù)性調(diào)控的作用[4]。關(guān)節(jié)炎中的miR-381很有可能受到轉(zhuǎn)錄因子Sox9調(diào)節(jié)而呈高表達(dá)狀態(tài)，同時其可通過抑制Col2a1表達(dá)及誘導(dǎo)MMP-13的產(chǎn)生而參與軟骨基質(zhì)的吸收過程[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)的miR-23a-3p、miR-16-5P可抑制Col2a1和ACAN的表達(dá)，而其抑制劑有著相反的作用，由此推測，磷酸化S213(Smad3)可作為其靶標(biāo)受其負(fù)調(diào)控來促進(jìn)OA的病程。此外，miR-16-5P還可降低MMP的表達(dá)[6,7]。miR-145可調(diào)控Smad3及其下游靶基因的表達(dá)，IL-1β誘導(dǎo)的ECM降解，由此推測，miR-145可能通過靶向作用Smad3而加快ECM的破壞。另外，下調(diào)miR-145的表達(dá)還可抑制軟骨細(xì)胞的凋亡[8,9]。在人OA關(guān)節(jié)軟骨中發(fā)現(xiàn)，miR-30b的表達(dá)上調(diào)與ETS相關(guān)基因(ERG)表達(dá)下降密不可分，通過轉(zhuǎn)染miR-30b的模擬物檢測到miR-30b可抑制其靶點ERG的作用，參與OA發(fā)病進(jìn)程，同時還可抑制COL2a及ACAN的表達(dá)[10]。另外，過度的機(jī)械應(yīng)力能直接破壞細(xì)胞外基質(zhì)，同時促使軟骨分解代謝。其原因是miR-365可在循環(huán)壓力及IL-1β刺激的關(guān)節(jié)軟骨模型中受NF-kB信號通路的調(diào)控而呈高表達(dá)狀態(tài)，而高表達(dá)的miR-365可通過直接調(diào)控組蛋白去乙?；?增加IL-1β誘導(dǎo)的基質(zhì)降解酶中MMP-13及COL10的表達(dá)[11]。

此外，在OA軟骨細(xì)胞的體外模型中發(fā)現(xiàn)，miR-634可通過靶向作用PIK3R1基因來調(diào)節(jié)PI3K/Akt/S6及PI3K/Akt/mTOR/S6信號通路，最終抑制軟骨細(xì)胞生存及基質(zhì)合成[12]。miR-155能抑制軟骨細(xì)胞的自噬，并在OA的自噬缺陷中發(fā)揮重要調(diào)控作用[13]。miR-125b-5-p可通過負(fù)調(diào)控與苦苣菜黃網(wǎng)病毒1的表達(dá)來促進(jìn)滑膜細(xì)胞凋亡[14]。卷曲同源物3(FZD3)、FZD5蓬亂蛋白3、糖原合酶激酶3結(jié)合蛋白、酪蛋白激酶Ⅱ都可作為miR-29家族的調(diào)控基因參與OA病程[15]。

2.2 在OA發(fā)生發(fā)展中起保護(hù)性調(diào)控作用的miRNA 部分miRNA促進(jìn)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展的同時，也有部分miRNA擔(dān)任著保護(hù)性調(diào)控的角色，二者共同參與骨關(guān)節(jié)炎的損傷及修復(fù)。有研究報道，與正常軟骨細(xì)胞比較，OA軟骨細(xì)胞中的miR-125b呈低表達(dá)，而通過轉(zhuǎn)染miR-125b前體到軟骨細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)的miR-125b可控制IL-1β誘導(dǎo)引起的ADAMTS-4上調(diào)，而當(dāng)ADAMTS-4 3′UTR上miR-125b結(jié)合位點發(fā)生突變時，miR-125的負(fù)調(diào)控作用將不復(fù)存在，這充分說明ADAMTS-4可能作為miR-125的關(guān)鍵因子參與OA發(fā)病進(jìn)程[16]。Park等[17]發(fā)現(xiàn)，OA軟骨細(xì)胞中的miR-558表達(dá)明顯偏低，而通過轉(zhuǎn)染成熟的miR-558到軟骨細(xì)胞中可檢測到過表達(dá)的miR-558能直接抑制環(huán)氧化酶2(COX-2)的活性及降低IL-1β作用下上調(diào)的COX-2，而低表達(dá)的miR-558作用相反，表明COX-2在OA發(fā)病中很可能是一種保護(hù)因子。過表達(dá)的miR-558還可抑制IL-1β作用下活化的NF-κB、MMP-1及MMP-13的表達(dá)，從而發(fā)揮保護(hù)性調(diào)控作用。OA軟骨細(xì)胞中的miR-199a*可抑制COX-2的活性及IL-1β誘導(dǎo)下C0X-2的表達(dá)，而當(dāng)活化的p38-MAPK信號通路抑制MiR-199a*時，COX-2的表達(dá)又被上調(diào)。同時，經(jīng)抑制劑處理的miR-101-3也可增加COX-2的表達(dá)，但其上調(diào)對COX-2蛋白的表達(dá)尚未發(fā)現(xiàn)有意義。深入研究后發(fā)現(xiàn)，COX-2 mRNA的3′UTR包含了miR-199a*和miR-101_3的“種子”序列，這暗示著miR-199 a *和miR-101_3可能通過直接靶向作用于COX-2而發(fā)揮作用[18]。在IL-1β誘導(dǎo)下的小鼠軟骨細(xì)胞中，miR-320被證實能通過抑制MMP-13的表達(dá)參與鼠軟骨細(xì)胞的形成及IL-1β作用下的軟骨分解代謝，其可受活化的NF-κB及絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路調(diào)控而表達(dá)下調(diào)[19]。miR-210的表達(dá)上調(diào)與低氧誘導(dǎo)因子表達(dá)下調(diào)息息相關(guān)，其可顯著增加Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)，同時還可負(fù)調(diào)控COL10A1及MMP-13表達(dá)，促進(jìn)OA軟骨細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)細(xì)胞增殖核抗原蛋白表達(dá)[20]。研究證實，OA軟骨細(xì)胞中的miR-222的表達(dá)受到明顯抑制，而過表達(dá)miR-222可通過負(fù)調(diào)控HDAC-4來抑制MMP-13的表達(dá)，最終抑制軟骨細(xì)胞凋亡[21]。此外，在OA發(fā)病進(jìn)程中，miR-142-3p可通過抑制高遷移率族蛋白1介導(dǎo)的NF-κB信號通路，抑制軟骨細(xì)胞凋亡及促炎細(xì)胞因子的生成，最后減緩OA的進(jìn)程[22]。吳寒松等[23]通過向大鼠OA軟骨細(xì)胞中轉(zhuǎn)染miR-25的模擬物及抑制劑發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)miR-25可抑制軟骨細(xì)胞的凋亡，而在使用抗miR-25物質(zhì)處理后則作用相反，充分說明miR-25在軟骨細(xì)胞凋亡過程中的保護(hù)性調(diào)控作用。在IL-1β作用下的軟骨細(xì)胞中，EGCG可通過上調(diào)miR-199a-3p的表達(dá)來抑制COX-2的表達(dá)及前列腺素E2的產(chǎn)生，從而抑制炎癥反應(yīng)[24]。過表達(dá)的has-miR-148a可增加COL2A1的表達(dá)，同時減少COL10A1、MMP13及ADAMTS-5的表達(dá)，最終促進(jìn)軟骨的形成及抑制其退化[25]。研究報道，TNF-α在OA患者中的表達(dá)與miR-130a表達(dá)呈高度負(fù)相關(guān)，miR-130a功能喪失導(dǎo)致的TNF-α表達(dá)上調(diào)將會促進(jìn)軟骨細(xì)胞的炎癥過程，同時引起IL-6、IL-8及單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)表達(dá)上調(diào)[26]。王維山等[27]通過檢測33例OA患者和28例正常關(guān)節(jié)滑膜中miR-27a及miR-140的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在OA患者滑膜組織中二者的表達(dá)顯著低于正常者，其中尿激酶型纖溶酶原激活物及MMP-3高于正常組。

目前，OA相關(guān)miRNA的研究仍處于初級階段，同一miRNA在不同研究中可發(fā)揮著截然不同的作用，如miR-181通過作用于PTEN基因表達(dá)，可上調(diào)半胱氨酸蛋白酶3、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶、MMP-2及MMP-9的表達(dá)，來抑制細(xì)胞增殖及促進(jìn)OA軟骨細(xì)胞凋亡；亦有研究發(fā)現(xiàn)，miR-181可促進(jìn)軟骨細(xì)胞的形成[28,29]。因miRNA在軟骨發(fā)育及疾病發(fā)生發(fā)展過程中具有明顯的特異性表達(dá)，又結(jié)合其組織特異性及時序性的特點，因此，探索miRNA與OA的相關(guān)性及其調(diào)控機(jī)制，對進(jìn)一步完善和改進(jìn)OA的診斷和篩查方法、尋找合適的生物學(xué)標(biāo)志物具有重要意義。miRNA的調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜，同一miRNA可能在同一疾病的不同階段表達(dá)各異，所以仍需要更多的研究進(jìn)一步闡明其作用機(jī)制。