依日夏提·艾海提 許鵬

骨關節(jié)炎(OA)是以關節(jié)軟骨退行性變、軟骨下骨硬化及骨質增生為主要特點的慢性退行性關節(jié)病變。OA受年齡、性別、外傷史、肥胖、遺傳及關節(jié)畸形等多重因素影響[1]。OA發(fā)病機制尚不明確，目前認為OA中關節(jié)軟骨退變是由于軟骨細胞數量減少，細胞因子及生長因子刺激軟骨細胞外基質(ECM)降解所致[2]。隨著關節(jié)軟骨的破壞，患者出現(xiàn)關節(jié)疼痛、僵硬，最終喪失活動能力。早期藥物緩解癥狀和中晚期關節(jié)置換術是OA的主要治療手段[3]。然而，這些治療方法都存在缺陷和不良反應。因此，探索OA發(fā)生發(fā)展的分子機制對于OA早期診斷標志物和生物治療靶點研究至關重要。

1 LncRNA

人類基因轉錄組不僅包括蛋白質編碼的mRNA，還包括大量具有調節(jié)功能或功能未知的非編碼RNA(ncRNA)[2]。其中，長鏈非編碼RNA(LncRNA)是一種長度>200 nt且異構的RNA轉錄體，缺少有效開放性閱讀框(ORF)，不編碼蛋白質的RNA分子。LncRNA生物化學特性與mRNA相似[4]，受RNA聚合酶Ⅱ催化轉錄合成，被剪接和聚腺苷化，5’段有甲基鳥苷[5]。它主要分布于細胞核，少量存在于細胞質中[6]。LncRNA通常分為5類：正義、反義、雙向、基因內及基因間LncRNA[7]。

LncRNA 作為人類基因組中一類重要的表觀遺傳調控因子，以RNA形式通過表觀遺傳、轉錄調控及轉錄后調控等多種層面調控DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質重構，使基因沉默或激活[8]。

LncRNA在轉錄水平主要影響mRNA生成，也可作為共因子調節(jié)轉錄因子活性。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠神經細胞轉錄因子DLX-5/6部分超保守遠端增強子區(qū)可轉錄出1條LncRNA-Evf2，后者可與lx-2形成轉錄復合體，誘導鄰近Dlx-5/6基因表達[9]。

LncRNA可直接調控蛋白質翻譯。Liu等[10]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA β分泌酶1反義轉錄物(BACE1-AS)是β位點淀粉樣前體蛋白裂解酶1(BACE1)分子反義轉錄產物，并與BACE1 mRNA序列互補結合，增強后者穩(wěn)定性，促進BACE1蛋白在細胞內的表達，從而參與阿爾斯海默癥發(fā)生發(fā)展。

LncRNA參與廣泛的表觀遺傳過程，包括X-染色體失活、基因組印記、細胞增殖和凋亡[5]及抗體多樣性發(fā)生過程中基因組重排。X-染色體失活的選擇和起始發(fā)生在胚胎發(fā)育早期，是一種反義鏈轉錄調控模式，其中X-失活特異性轉錄本(Xist)研究最廣泛。Zhao等[11]研究發(fā)現(xiàn)，Xist中LncRNA重復A(RepA)能直接靶向起始復合體(PRC2)，RepA通過招募PRC2至X染色體，促進X染色體失活的啟動和傳播。

2 miRNA

微小RNA(miRNA)是一類長度18～25 nt且無ORF的非編碼短序列RNA，廣泛存在于真核生物中[12]。隨著研究的深入，miRNA成熟過程及其功能研究已逐漸明確。miRNA與靶mRNA的3’UTR之間形成不完全的堿基互補配對，可抑制靶mRNA表達；miRNA與靶mRNA之間完全互補配對，引起靶mRNA降解[13]。miRNA在人類生命活動的病理生理過程中發(fā)揮重要調節(jié)作用，如病毒防御，細胞增殖和凋亡，腫瘤發(fā)生、侵襲和遷移等[8]。研究表明，miRNA對于維持軟骨內環(huán)境穩(wěn)態(tài)有重要作用[14]。OA患者軟骨細胞與正常人軟骨細胞miRNA表達存在顯著差異，引起軟骨細胞合成與分解代謝失衡，從而導致OA發(fā)生發(fā)展[1]。這些差異表達的miRNA可能可作為OA的預測生物標志物或靶向治療潛在靶點。

3 LncRNA與miRNA相互作用

不同種類的ncRNA可能在功能上具有關聯(lián)性。在生理和病理條件下，它們的相互作用可對細胞表型進行調節(jié)[15]。

3.1 LncRNA對miRNA的調控作用

LncRNA可通過競爭性內源性RNA(ceRNA)作用，作為 “miRNA分子海綿”抑制miRNA表達。LncRNA與miRNA之間主要通過miRNA應答元件(MRE)進行調控。LncRNA假基因PTENP1通過PTENP1-miRNA-PTEN的ceRNA網絡調控PTEN基因表達，從而在多種惡性腫瘤中發(fā)揮其抑癌作用。在胃癌細胞中，PTENP1可通過“誘捕”miR-106b和miR-93，調節(jié)抑癌基因PTEN表達[16]。

LncRNA可以通過細胞內剪切作用作為miRNA的前體物質[17]。在胃癌細胞中，LncRNA H19為miRNA-675的前體物質，而miRNA-675高表達能抑制轉錄因子RUNX1表達水平，促進胃癌細胞增殖、遷移，抑制胃癌細胞凋亡[18]。

LncRNA可與miRNA競爭性結合mRNA。LncRNA通過與miRNA競爭結合靶mRNA的3’UTR，間接抑制miRNA對靶基因的負向調控[17]。在神經系統(tǒng)中正常生理水平的BACE1蛋白對認知、情緒及突觸功能和周圍神經髓鞘化至關重要[19]。Faghihi等[20]在體外實驗研究中發(fā)現(xiàn)，mir-485-5p和BACE1-AS在BACE1 mRNA轉錄本的第6外顯子上有1個共同的結合位點，BACE1-AS能競爭性結合BACE1 mRNA，從而減少mir-485-5p對BACE1 mRNA的抑制作用。

3.2 miRNA對LncRNA的調控作用

LncRNA生物學特性與mRNA相似，轉錄成熟過程(包括RNA剪接、編輯)也與mRNA類似，成熟的LncRNA通常加帽，存有Poly-A，即有 5’ UTR和 3’UTR[18]，miRNA可通過調節(jié)LncRNA啟動子區(qū)甲基化調控LncRNA表達。

4 LncRNA與miRNA相互作用在OA中的作用

OA軟骨細胞中LncRNA與miRNA相互作用可調控OA發(fā)生發(fā)展的關鍵基因，從而決定軟骨損傷程度。研究表明，OA患者LncRNA與miRNA的相互作用能發(fā)揮重要作用(表1)。

4.1 調控軟骨細胞增殖與凋亡

在OA軟骨細胞中，LncRNA與miRNA相互作用能調節(jié)軟骨細胞合成與分解代謝。Li等[23]進行MS2核酸免疫共沉淀、熒光素酶活性和AGO2抗體核酸免疫共沉淀等試驗，證實LncRNA PVT1基因可負調控軟骨細胞miR-488-3p，抑制miR-488作用于靶基因ZIP-8，促進軟骨細胞凋亡。在機械應力刺激下，軟骨細胞LncRNA MSR、TMSB4假基因表達顯著升高。在OA軟骨細胞中TMSB4能間接誘導細胞骨架重塑和MMP產生。因此，LncRNA MSR可通過與miRNA-152競爭調控軟骨細胞TMSB4表達。LncRNA MSR是OA軟骨細胞退變的啟動因子[7]。

LncRNA生長抑制特異物5(GAS5)是許多核仁小RNA(snoRNA)的宿主，作為非編碼RNA，它能夠發(fā)揮抑制腫瘤的作用[34]。在GAS5過表達軟骨細胞中，MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13和ADAMTS-4等表達水平顯著升高，并通過抑制包括BCLN-1、ATG7和LC-3B在內的自噬復合物表達水平抑制軟骨細胞自噬反應[25]，因此GAS5表達水平增高能促進細胞凋亡。Xu等[33]用白細胞介素(IL)-1刺激雄性SD大鼠膝關節(jié)軟骨細胞，發(fā)現(xiàn)LncRNA MEG3基因表達顯著下調。有學者使用RNAi技術特異性敲減軟骨細胞中LncRNA MEG3基因，發(fā)現(xiàn)凋亡相關蛋白Bax和Bcl2表達水平降低，證實LncRNA MEG3與miR-16 ceRNA作用可調節(jié)SMAD7表達，發(fā)揮其抗軟骨細胞增殖和促凋亡作用。OA軟骨細胞中LncRNA SNHG5基因表達上調可促進軟骨細胞增殖和遷移[28]。與之相反，LncRNA UFC1基因過表達可通過ceRNA作用抑制miR-34a表達，促進軟骨細胞增殖，抑制軟骨細胞凋亡[29]。

4.2 調控軟骨ECM合成與降解

在OA進展過程中，軟骨細胞數量減少伴隨著ECM降解，LncRNA與miRNA相互作用在OA軟骨ECM降解過程中起至關重要的作用。在OA軟骨細胞中LncRNA CIR和LncRNA UCA1表達均升高，兩者分別與miR-27b和mir-204-5p通過ceRNA作用負性調節(jié)MMP-13表達，促進軟骨ECM降解[21-25]。

表1 OA中LncRNA與miRNA相互作用關系及其作用

Steck等[7]在OA患者軟骨細胞中發(fā)現(xiàn)LncRNA H19表達上調可促進ECM合成，此外H19編碼的mir-675可能通過1個尚未被識別的靶分子調節(jié)Ⅱ型膠原水平。因此，LncRNA H19/miR-675表達上調是OA軟骨細胞在凋亡過程中對ECM破壞的代償。

Park等[26]研究發(fā)現(xiàn)，過表達OA軟骨細胞LncRNA Nespas可顯著提高軟骨細胞Ⅰ型膠原和MMP-13水平表達水平并降低Ⅱ型膠原表達水平，同時miR-291a-3p、miR-196a-5p、miR-23a-3p、miR-24-3p和let-7a-5p表達水平顯著降低，因此OA軟骨細胞中LncRNA Nespas與miR-291a-3p等可能通過ceRNA作用共同調節(jié)ACLS6表達以促進OA病理進程。

4.3 對OA滑膜細胞的影響

OA患者膝關節(jié)異常應力或細胞因子異常分泌均可引起不同程度的滑膜增生與炎性改變。Kang等[31]研究發(fā)現(xiàn)，前列腺癌基因表達標志物1(PCGEM1)在OA小鼠膝關節(jié)滑膜細胞表達增加。滑膜細胞中PCGEM1與miR-770通過ceRNA作用促進滑膜細胞增殖。在滑膜細胞中，miR-181c能抑制OPN表達，OPN能調節(jié)MMP-13、IL-6和IL-8等炎癥因子。在OA滑膜細胞中，LncRNA NEAT1通過與miR-181c的ceRNA作用促進OPN表達和IL-6、IL-8等炎癥因子釋放，促進滑膜增殖[30]。

4.4 對OA成軟骨細胞的影響

Wang等[32]通過LPS刺激ADTC5細胞以體外模擬OA發(fā)生過程，發(fā)現(xiàn)LncRNA MEG3通過調節(jié)miR-203表達來減輕LPS對ADTC5細胞的炎癥損傷。CXCR4作為miR-301a的靶基因，其沉默可阻斷LPS激活的核因子(NF)-κB和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)信號通路，緩解OA軟骨炎癥反應。有研究使用LPS刺激ATDC5細胞，結果LncRNA RP11-445H22.4的表達顯著上調，LncRNA RP11-445H22.4可以與miR-301a直接結合，抑制LncRNA RP11-445H22.4同樣能顯著緩解LPS誘導的細胞損傷，因此猜測LncRNA RP11-445H22.4/miR-301a/CXCR4可能是OA潛在治療靶點[33]。

5 結語

LncRNA通過表觀遺傳、轉錄調控及轉錄后調控等多種層面調控DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質重構，在骨和軟骨組織發(fā)育中起著關鍵作用[35]。目前已鑒定的功能性LncRNA數量有限，且LncRNA功能學研究尚處于起步階段，OA中LncRNA與miRNA其他相互作用方式尚待進一步研究。隨著實驗技術的進步，人類對LncRNA領域的探索不斷加深，可以預期的是，LncRNA與miRNA相互作用關系將會為OA發(fā)病機制提供新的思路，為OA治療提供新的靶點。