張媛媛 王小玢 胡泊洋 田玉樓

作者單位：110002 沈陽(yáng)，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·附屬口腔醫(yī)院，遼寧省口腔疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（田玉樓為通訊作者）

miRNA 是一類(lèi)內(nèi)源性長(zhǎng)度約為 22 個(gè)核苷酸的保守序列非編碼 RNA，miRNA 通過(guò)與靶 mRNA 的3'端非翻譯區(qū)相結(jié)合，影響靶 mRNA 的穩(wěn)定性或抑制其翻譯，從而對(duì)靶基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后表達(dá)的調(diào)控。miRNA 特異性調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡，進(jìn)而調(diào)控機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育、疾病的發(fā)生發(fā)展。本文就 miRNA 在機(jī)械力、成骨分化、破骨破分化方向的研究現(xiàn)狀進(jìn)行論述，闡明 miRNA 在正畸牙齒移動(dòng)過(guò)程中的研究進(jìn)展。

一、miRNA 與正畸牙齒移動(dòng)

正畸牙齒移動(dòng)的機(jī)理是機(jī)械外力作用于牙齒產(chǎn)生張力側(cè)和壓力側(cè)，壓力側(cè) RANKL 表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致破骨細(xì)胞分化及骨吸收，同時(shí)張力側(cè)成骨生長(zhǎng)因子（TGF-β、OPG）等表達(dá)升高，促使 MSCs 分化為成骨細(xì)胞從而導(dǎo)致骨的新生，兩者處于相對(duì)平衡狀態(tài)并最終導(dǎo)致牙齒位置的移動(dòng)[1]。牙齒移動(dòng)正是在成骨細(xì)胞的骨形成作用與破骨細(xì)胞的骨吸收作用這樣一個(gè)成骨 - 破骨的動(dòng)態(tài)平衡中進(jìn)行。

Chen 等[2]發(fā)現(xiàn) miR-21 通過(guò)靶向 PDCD4 調(diào)控下游基因 C-fos，從而調(diào)控正畸牙齒移動(dòng)過(guò)程中壓力側(cè)與張力側(cè)的破骨細(xì)胞生成及張力側(cè)成骨分化，進(jìn)而影響正畸牙齒移動(dòng)。另外，Liu 等[3]進(jìn)行大鼠牙齒移動(dòng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) miR-503-5p 在張力側(cè)牙槽骨中表達(dá)明顯降低，體內(nèi)過(guò)表達(dá) miR-503-5p 后，成骨標(biāo)志基因 Runx2、ALP mRNA 水平和蛋白水平的表達(dá)也下降，牽張側(cè)牙槽骨骨形成受到抑制。表明miR-503-5p 在大鼠牙齒移動(dòng)過(guò)程中對(duì)牽張側(cè)牙槽骨形成起重要的負(fù)性調(diào)控作用。Yu 等[4]在大鼠正畸牙齒移動(dòng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn) MiR-34a 可增強(qiáng)正畸作用力下的牙槽骨重塑，使 Runx2、ColI 表達(dá)升高、牙槽骨合成代謝指數(shù)上調(diào)從而降低正畸牙齒運(yùn)動(dòng)速度。

二、miRNA 與機(jī)械力

機(jī)械外力是正畸牙齒移動(dòng)的主要手段，也是調(diào)節(jié)骨形成與牙周改建的重要因子[5]。體外實(shí)驗(yàn)證明，在機(jī)械力引起的細(xì)胞功能變化中，miRNA 起到重要作用。周期性拉伸可以促進(jìn) miR-21 表達(dá)，在機(jī)械力作用下，人來(lái)源 PDLSCs 的成骨分化能力增加，且隨著時(shí)間延長(zhǎng)，miR-21 表達(dá)升高。并且 miR-21 通過(guò)靶向調(diào)控 ACVR2B，從而調(diào)節(jié) PDLSCs 成骨細(xì)胞的分化[6]。在 miRNAs 響應(yīng)機(jī)械力影響牙周膜干細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，在壓力作用后的 PDLSCs 中，miR-146a下調(diào) NF-kappa B 信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)控 PDLSCs 的成骨分化能力，NF-kappa B 信號(hào)通路在成骨分化中有重要作用[7]。在壓力作用下的 PDLSCs 中，miR-218靶向下調(diào) RUNX2 來(lái)調(diào)控 PDLSCs 的成骨分化[8]。Liu等[3]在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò) miRNA 基因芯片篩選出在牽張力誘導(dǎo)下大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨分化過(guò)程中表達(dá)有明顯變化的 miR-503-5p，并驗(yàn)證了其對(duì)骨髓 間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的抑制作用。Qi等[9]對(duì)流體剪切力誘導(dǎo)的牙周膜細(xì)胞成骨分化樣本芯片檢測(cè)發(fā)現(xiàn) 6 種 miRNAs 的表達(dá)變化具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并進(jìn)行 RT-PCR 驗(yàn)證。Wu[10]等通過(guò)機(jī)械張力引導(dǎo) PDLCs 向成骨分化，高通量測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn) 9 種成骨相關(guān)的 miRNAs 表達(dá)有顯著差異，并進(jìn)行大鼠牙齒移動(dòng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示有 6 種 miRNAs 變化有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Zuo[11]的研究則發(fā)現(xiàn)牽張力敏感的 miR-103a通過(guò)作用于基因 Runx2，降低 Runx2 蛋白水平表達(dá)，進(jìn)而抑制在周期性牽張力作用下誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞分化及骨形成。同時(shí)在吊尾小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)miR-103a 在骨組織的表達(dá)升高，降低 miR-103a 的表達(dá)可緩解缺乏力刺激所導(dǎo)致的骨丟失。流體剪切力 可通過(guò)對(duì) miR-23b-3p 的抑制作用使E-Tmod41的表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)血紅蛋白形成過(guò)程中 F- 肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的重塑[12]。另外，也有研究表明，在牽 張力作用下誘導(dǎo)的MC3T3-E1細(xì)胞成骨分化過(guò)程中，miR-218、miR-191 * 、miR-3070a 和 miR-33表達(dá)變化明顯，這些 miRNAs 對(duì)應(yīng)力反應(yīng)敏感[13]。在張應(yīng)力作用下，miR-154-5p 通過(guò)靶向Wnt/PCP 通路阻止脂肪來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化[14]，miR-195-5p 靶向WNT3A、FGF2、BMPR1A 抑 制PDLSCs 的成骨分化[15]。

三、miRNA 與骨平衡

目前，已確認(rèn)多種 miRNA 在骨形成過(guò)程中起重要的調(diào)控作用，在動(dòng)物胚胎時(shí)期的骨形成階段、骨骼發(fā)育階段以及成熟階段的過(guò)程中起到非常重要的作用[16]。特異性敲除 miRNA 合成所需的 Dicer 酶基因小鼠，會(huì)出現(xiàn)所有 miRNA 形成的缺陷，這些基因缺陷小鼠出生時(shí)骨骼大小明顯比正常小鼠小，表明miRNAs 在動(dòng)物胚胎發(fā)育時(shí)對(duì)骨形成發(fā)揮重要調(diào)控作用[17]。骨質(zhì)疏松癥是全身性骨代謝異常導(dǎo)致的疾病，臨床 研 究發(fā)現(xiàn)，在骨質(zhì)疏松 患 者骨組織中，miR-21，miR-23a，miR-24，miR-25，miR-100 和miR-125b 呈現(xiàn)明顯高表達(dá)。這既表明 miRNAs 在骨質(zhì)疏松中有明顯提示作用，又提示它在骨平衡中有重要作用[18]。

1.miRNA 與成骨分化：研究發(fā)現(xiàn)一些特異性miRNAs 及其作用靶點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因 mRNA 的表達(dá)，從而調(diào)控成骨分化中某些重要信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子及受體表達(dá)水平[19]。Zhang 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-335-5p 能夠直接對(duì)Wnt通路抑制劑DKK1 產(chǎn)生負(fù)性調(diào)控作用，從而促進(jìn) C3H10T-1/2、MC3T3-E1、MLO-A5、MLO-Y4等多種成體干細(xì)胞的成骨向分化過(guò)程。Tilde Eskildsen 等[21]向人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)染 miRNA-138 過(guò)表達(dá)質(zhì)粒時(shí)，其骨形成能力隨之下降，而當(dāng)向人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)染 miRNA-138 siRNA 后，其骨形成能力增強(qiáng)，提示 miRNA-138 與成骨密切相關(guān)。同時(shí)利用熒光素酶報(bào)告基因技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn) miRNA-138 的靶基因是點(diǎn)狀黏附激酶（FAK），miRNA-138 通過(guò)抑制 FAK的表達(dá)，使 FAK-ERK1/2 信號(hào)通路受到抑制，最終抑制人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨的分化。過(guò) 表 達(dá)miRNA-20a 可特異性沉默 PPARγ，Bambi 和 Criml（PPARγ 是 BMP/Runx2 信號(hào)通路的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，而 Bambi 和 Criml 是 BMP 通路的拮抗劑），同時(shí)證明，miRNA-20a 可靶向 PPARγ，并與 BMP 信號(hào)通路協(xié)同調(diào)節(jié)人間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化[22]。Itoh T等[23]利用鼠前體成骨細(xì)胞 MC3T3-E1 作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用 BMP-2 誘導(dǎo) MC3T3-E1 細(xì)胞的成骨分化，同時(shí)將 miR-141 和 miR-200a 轉(zhuǎn)染到經(jīng)誘導(dǎo)后的細(xì)胞當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn) Dix5mRNA 表達(dá)明顯降低，提示 miR-141 和 miR-200a 在翻譯水平上對(duì) Dix5發(fā)揮抑制作用。Wang 等[24]在老年骨折患者中發(fā)現(xiàn)骨組織骨量顯著降低，檢測(cè)骨組織發(fā)現(xiàn) miRNA-214表達(dá)水平升高。體內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí) miRNA-214對(duì)骨的形成具有負(fù)向調(diào)節(jié)作用，同時(shí)經(jīng)過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā) 現(xiàn) miR-214可通過(guò)靶向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄激活因子4（ATF4），從而抑制成骨分化。Fan 等[25]的研究表明miR-221-5p 可通過(guò)靶向 smad3 來(lái)調(diào)控骨髓瘤骨病的成骨分化。在 miR-221-5p 抑制后，PI3K/AKT/mTOR 信號(hào)通路被激活，從而增加間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化能力。Xu 等[26]研究骨質(zhì)疏松癥患者中 miR-889 的表達(dá)高于健康組，miRNA-889 靶 向WNT7A 通過(guò) Wntβ-catenin 信號(hào)通路抑制成骨細(xì)胞的分化。在PDLSCs 的成骨分化過(guò)程中，miR-132水平下調(diào)。miR-132通過(guò)靶向GDF5以及激活NF-κB 軸來(lái)抑制成骨細(xì)胞的分化[27]。

2.miRNA 與破骨分化：破骨細(xì)胞是體內(nèi)唯一進(jìn)行骨吸收活動(dòng)的細(xì)胞，具有顯著溶骨、吞噬和消化能力，在牙槽骨吸收過(guò)程中具有重要作用，miRNAs 可通過(guò)影響轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，直接或間接地調(diào)控破骨細(xì)胞代謝及分化[28]。

Sugatani 等[29]利用分子生物學(xué)技術(shù)在小鼠單核 /巨噬前體細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化過(guò)程中成功分離出miRNA，基因芯片的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在前體細(xì)胞分化過(guò)程中 miR-21 的高表達(dá)差異具有顯著性，并且證實(shí)在 RANKL 的調(diào)控下，miR-21 在破骨細(xì)胞分化中發(fā)揮至關(guān)重要作用。在 RANKL 誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化過(guò)程中，上調(diào)的 c-Fos 可使miR-21上調(diào)，上調(diào)的miR-21 使 PDCD4蛋白表達(dá)水平下降，即c-Fos/miR-21/PDCD4 通路在調(diào)控破骨細(xì)胞分化過(guò)程至關(guān)重要。在 RANKL誘導(dǎo)的骨髓巨噬細(xì)胞（BMMs） 向破骨細(xì)胞 分 化 的 過(guò) 程 中，F(xiàn)umitaka Mizoguchi 等[30]發(fā) 現(xiàn) miR-31明顯高表達(dá)，其表達(dá) 含量是 BMMs 中的 18 倍，并采取小干擾 RNA 特異性抑制 BMM，發(fā)現(xiàn) miR-31 表達(dá)明顯降低，同時(shí)發(fā)現(xiàn)RhoA 作為 miR-31 的靶基因明顯上調(diào)。抑制 RhoA的表達(dá)可以明顯的修復(fù) miR-31 下調(diào)引起的破骨細(xì)胞損害，進(jìn)而抑制骨吸收。Kurowska 等[31]通過(guò)敲除骨髓巨噬細(xì)胞（BMMs）的 Dicer 基因，發(fā)現(xiàn) miRNA-155的表達(dá)下降，并上調(diào)其靶基因 SHIP，破骨細(xì)胞的形成 明顯減少。Guo 等[32]發(fā)現(xiàn)在 RANKL 和 M-CSF 誘導(dǎo) CD14+PBMCs 向破骨細(xì)胞分化的過(guò)程中，miRNA-125a 的表達(dá)明顯降低，另外，miRNA-125a高表達(dá)使破骨細(xì)胞的形成受阻，并且抑制 TRAF6 及NFATc1 的表達(dá)。Ce Dou 等[33]發(fā)現(xiàn)在 RANKL 與M-CSF 誘導(dǎo)的 RAW264.7 細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化的過(guò)程中，miR-7b 的表達(dá)明顯下降。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn) miR-7b 通過(guò)降低靶基因 DC-STAMP 的表達(dá)，從而抑制 Nfatc1，c-Fos，Akt，Irf8，Mapk1 和 Traf6 等其它融合基因和關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮著調(diào)控破骨 細(xì) 胞的分化及其前體細(xì) 胞 的融合作用。Youngkyun Lee 等[34]研究發(fā)現(xiàn)在 RANKL 誘導(dǎo)的小鼠骨髓巨噬細(xì)胞 （BMMs） 分化中，miR-124 表達(dá)降低，BMMs 被 pre-miRNA-124 轉(zhuǎn)染后，通過(guò)抑制NFATc1 的表達(dá)從而調(diào)控 BMMs 向破骨細(xì)胞分化。Kim 等[35]發(fā)現(xiàn)在破骨細(xì)胞前體中 miRNA-26a 抑 制劑能通過(guò)上調(diào) CTGF 的表達(dá)水平從而促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成，導(dǎo)致骨吸收發(fā)生。Zhao 等[36]發(fā)現(xiàn)骨髓巨噬細(xì)胞來(lái)源的破骨細(xì)胞分化過(guò)程中，miR-340 通過(guò)靶向MITF，下調(diào) MITF 的 mRNA 及蛋白水平，從而抑制破骨細(xì)胞的分化。Li 等[37]在絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者血清中檢測(cè)發(fā)現(xiàn) miR-133a 上調(diào)，并與患者的腰椎骨密度呈負(fù)相關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明下調(diào) miR‐133a 可以抑制 RANKL 誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可減少去卵巢大鼠的骨丟失。

四、miRNA 與炎癥反應(yīng)

miRNA 可通過(guò)影響免疫細(xì)胞的分化、成熟以及功能來(lái)調(diào)節(jié)自身免疫和炎癥反應(yīng)，從而參與多種炎癥相關(guān)性疾病[38]。正畸牙齒移動(dòng)是周期性牙周膜和骨組織吸收和重塑的過(guò)程，同時(shí)也是非感染性、微創(chuàng)傷性的炎癥反應(yīng)過(guò)程，在該過(guò)程中，炎癥細(xì)胞激起分泌的炎癥相關(guān)因子具有重要意義。在 TNF-α 誘導(dǎo)的小鼠 BMMs 向破骨細(xì)胞分化過(guò)程中，微陣列篩選出 miR-378，miR-21，miR-29b，miR-146a，miR-155，miR-210高表達(dá)，miR-223 低表達(dá)[39]。轉(zhuǎn)錄因子RBP-J 是被證實(shí)的在 TNF-α 誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化和骨吸收過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[40]。Miller[41]發(fā)現(xiàn)miR-182 通過(guò)抑制 Foxo3 和 Maml1 而促進(jìn) TNF-α誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成，并且RBP-J可通過(guò)抑制miR-182 的生成，進(jìn)而抑制 TNF-α 誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成。