羅環(huán)宇， 任飛龍， 劉蒼維， 閆廣興，胡 月， 郝新青， 史 冊(cè)， 孫宏晨,2

（1. 吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院病理科，吉林 長(zhǎng)春 130021；2. 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110002）

骨質(zhì)疏松（osteoporosis，OP）是骨代謝失衡導(dǎo)致的以骨量下降為特征的骨代謝性疾病[1]。 衰老被認(rèn)為是骨質(zhì)疏松最重要的原因之一，衰老性骨質(zhì)疏松表現(xiàn)為骨量明顯下降而骨髓脂肪增加[2]。 隨著年齡的增長(zhǎng)，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells， BMSCs）成骨向分化減少而成脂向分化增加[3]。 因此，如何提高BMSCs 的成骨向分化，抑制其成脂向分化，可能為老年人骨質(zhì)疏松的預(yù)防和治療提供新的方向。 本文就參與BMSCs 的成骨和成脂向分化的microRNA 做一綜述。

1 MicroRNA 概述

MicroRNA 是一類內(nèi)源性、 非編碼的單鏈小RNA，其長(zhǎng)度為19～25 個(gè)核苷酸，由1 段具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為70～80 個(gè)核苷酸的單鏈RNA 前體（pre-miRNA）剪切后生成，并且在各個(gè)生物種屬間具有高度的進(jìn)化保守性[4-5]。 MicroRNA 參與細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等多種過(guò)程，從而調(diào)控生物體各項(xiàng)基本生命活動(dòng)， 但是microRNA 本身并不編碼蛋白質(zhì)，其對(duì)生物體基本生命活動(dòng)的調(diào)控主要通過(guò)在蛋白水平抑制靶基因的翻譯或在轉(zhuǎn)錄水平誘導(dǎo)靶基因信使RNA（mRNA）的降解來(lái)實(shí)現(xiàn)[6]。

2 MicroRNA 參與調(diào)控BMSCs 成骨和成脂向分化

BMSCs 是一類具有高度自我更新和多向分化潛能的成體干細(xì)胞群，在一定條件下具有向成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞分化的能力，并且在二者之間保持動(dòng)態(tài)平衡，從而維持骨代謝平衡[7]。 骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等多種信號(hào)通路和轉(zhuǎn)錄因子參與了BMSCs 成骨和成脂分化過(guò)程，這種效應(yīng)可能通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子的激活，上調(diào)能引起特定細(xì)胞類型分化的基因表達(dá)而發(fā)生[8]。 而microRNA可通過(guò)影響這些信號(hào)通路和轉(zhuǎn)錄因子，來(lái)調(diào)控BMSCs 成骨和成脂向分化過(guò)程。

2.1 MicroRNA 調(diào)控BMSCs 成骨向分化

Runt-related transcription factor 2 （RUNX2）和ostrix（OSX）是BMSCs 向成骨細(xì)胞分化過(guò)程中的特異性轉(zhuǎn)錄因子， 在BMSCs 成骨向分化的各個(gè)階段發(fā)揮作用[9-10]。一些非成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子如遠(yuǎn)端缺失同源異型盒蛋白5 （distal-less homebox 5，DLX5）也參與成骨分化[11]。

MicroRNA 通過(guò)影響成骨相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子及信號(hào)通路等途徑在BMSCs 成骨分化過(guò)程中發(fā)揮作用。 例如，microRNA 可直接靶向抑制RUNX2的表達(dá)水平來(lái)抑制成骨， 也可通過(guò)抑制RUNX2基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控蛋白如組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）等間接促進(jìn)RUNX2的表達(dá)，從而促進(jìn)成骨[12]。 Deng 等[13]通過(guò)體外培養(yǎng)人的BMSCs，證明了miRcroRNA-23b（miR-23b）可以直接與RUNX2的mRNA 結(jié)合，抑制RUNX2的表達(dá)，從而抑制BMSCs 的成骨向分化。 同時(shí)，通過(guò)小鼠體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)也得到了一致的結(jié)論，過(guò)表達(dá)miR-23b 可以使小鼠BMSCs 中堿性磷酸酶 （alkaline phosphatase，ALP）等成骨相關(guān)標(biāo)志蛋白水平下調(diào)，抑制其成骨向分化，導(dǎo)致小鼠體內(nèi)嚴(yán)重的骨丟失。史宏利等[14]通過(guò)分析多種microRNA 在人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hBMSCs）和小鼠骨組織中的表達(dá)差異， 證明miR-124-3p 可抑制小鼠和hBMSCs 成骨向分化。此外，microRNA 亦可通過(guò)其他途徑直接或間接影響B(tài)MSCs 成骨向分化。例如，miR-223 可靶向作用于脫氫還原酶3（dehydrogenase reductase 3，DHRS3），抑制視黃醇代謝（視黃醇的代謝產(chǎn)物對(duì)hBMSCs 成骨向分化起正向調(diào)控作用），從而抑制BMSCs 的成骨向分化[15]。

2.2 MicroRNA 參與調(diào)控BMSCs 成脂向分化

過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator activated receptors，PPARs） 和CCAAT-增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（CCAAT/enhancer-binding proteins，C/EBPs）是BMSCs 成脂向分化過(guò)程中最重要的調(diào)控因子[16]。 其他轉(zhuǎn)錄因子如同源異型盒蛋白C8（homeobox protein Hox-C8， HOXC8）等也被證明參與調(diào)控BMSCs 的成脂向分化過(guò)程[17]。

MicroRNA 通過(guò)影響成脂分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及信號(hào)通路等途徑參與調(diào)控BMSCs 的成脂向分化。Karbiener 等[18]發(fā)現(xiàn)，在人脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中，miR-27b 表達(dá)下調(diào)， 而過(guò)表達(dá)miR-27b 可抑制PPARG和CEBPA的表達(dá)水平； 熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明miR-27b 通過(guò)與PPARGmRNA 特異性結(jié)合調(diào)控脂肪細(xì)胞分化。 miR-27 家族的另一成員——miR-27a 也可通過(guò)下調(diào)PPARγ 蛋白水平，從而抑制小鼠脂肪細(xì)胞的分化， 說(shuō)明miR-27 家族可能是脂肪細(xì)胞分化的負(fù)調(diào)控因子[19]。 汪濤等[20]通過(guò)對(duì)hBMSCs 成脂分化過(guò)程中microRNA 和mRNA 表達(dá)水平及二者表達(dá)趨勢(shì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析， 證明miR-140-5p 可通過(guò)靶向促進(jìn)白血病抑制因子受體（leukemia inhibitory factor receptor，LIFR）表達(dá)抑制hBMSCs 成脂向分化。

2.3 MicroRNA 雙向調(diào)控BMSCs 成骨和成脂向分化

一些microRNA 可以雙向調(diào)控BMSCs 的成骨和成脂向分化。例如，Lin 等[21]發(fā)現(xiàn)miR-130a 可通過(guò)負(fù)向調(diào)控Smurf2的表達(dá)促進(jìn)BMSCs 的成骨向分化， 同時(shí)通過(guò)靶向Pparg抑制BMSCs 的成脂向分化。 Li 等[22]通過(guò)miR-149-3p 過(guò)表達(dá)和抑制實(shí)驗(yàn)證明，miR-149-3p 可抑制小鼠BMSCs 成脂相關(guān)基因Cebpa、Cebpb和Pparg等的表達(dá)， 從而抑制BMSCs向脂肪細(xì)胞的分化， 同時(shí)上調(diào)Alp、Bglap和Bmp4等成骨相關(guān)基因表達(dá)， 促進(jìn)BMSCs 向成骨細(xì)胞分化。 另外，Su 等[23]發(fā)現(xiàn)，miR-26a 抑制GSK3β 蛋白的翻譯，進(jìn)而激活Wnt 信號(hào)，促進(jìn)小鼠BMSCs 的成骨向分化；但是亦有報(bào)道顯示，在人BMSCs 向脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中，miR-26a 水平也上調(diào)， 這表明miR-26a 在BMSCs 成骨和成脂向分化過(guò)程中發(fā)揮著更為復(fù)雜的作用[24]。

3 MicroRNA 參與調(diào)控年齡相關(guān)性BMSCs 成骨和成脂向分化

隨著年齡的增長(zhǎng)，BMSCs 的功能發(fā)生改變，其成骨分化能力下降而成脂分化能力增強(qiáng)[25]。 MicroRNA已被證實(shí)是影響B(tài)MSCs 年齡相關(guān)性成骨和成脂分化的重要因素。Xu 等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-31a-5p 可通過(guò)抑制Satb2的表達(dá)來(lái)抑制大鼠BMSCs 成骨向分化，導(dǎo)致成骨活性下降、脂肪生成增多和衰老表型增加。MiR-188 也是BMSCs 年齡相關(guān)性成骨、成脂分化機(jī)制中的一個(gè)重要調(diào)控因子。 Li 等[27]發(fā)現(xiàn)衰老可誘導(dǎo)miR-188 的表達(dá)，后者可促進(jìn)BMSCs 向脂肪細(xì)胞的分化， 而抑制其向成骨細(xì)胞的分化；miR-188 敲除后，老年小鼠骨丟失和脂肪堆積明顯降低，而對(duì)年輕小鼠的骨量影響較小， 這進(jìn)一步證明了miR-188 在BMSCs 年齡相關(guān)性成骨和成脂分化轉(zhuǎn)換過(guò)程中的作用。Periyasamy-Thandavan 等[28]發(fā)現(xiàn)miR-141-3p 的表達(dá)水平隨年齡增長(zhǎng)而逐漸增加， 過(guò)表達(dá)miR-141-3p可使人和小鼠BMSCs 成骨分化相關(guān)標(biāo)志蛋白如BMP-2 和RUNX2 等水平下調(diào)。 綜上所述，年齡可使骨髓微環(huán)境中microRNA 改變， 后者可抑制BMSCs的成骨向分化，從而在衰老性骨質(zhì)疏松中發(fā)揮作用。

綜上所述，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨和成脂向分化受到多種信號(hào)通路、轉(zhuǎn)錄因子及其他各種影響因素的綜合調(diào)控，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 衰老引起的骨質(zhì)疏松與BMSCs 的成骨和成脂分化平衡密切相關(guān)。隨著對(duì)microRNA 的認(rèn)識(shí)，我們發(fā)現(xiàn)其在調(diào)控BMSCs 向成骨和成脂分化方面的作用日漸深入，尤其是與年齡相關(guān)的成骨和成脂向分化，這有利于揭示衰老性骨質(zhì)疏松的發(fā)病機(jī)制， 并為其臨床治療提供理論依據(jù)和新的治療措施。