不同類型股骨頭壞死的microRNA研究進展

趙軍 張曉峰 徐西林 王政春 繳健菲 房祥春 賀雪峰 賈尋源

[摘要] 近年來，微小RNA（miRNA）在股骨頭壞死機制的研究中較為深入。股骨頭壞死是一種常見的骨科疾病，miRNA在不同原因致病的股骨頭壞死中都有著十分重要的作用。本文綜述了不同類型股骨頭壞死相關(guān)miRNA的研究進展，并對其應用進行了總結(jié)與展望。

[關(guān)鍵詞] 微小RNA;不同類型;股骨頭壞死;研究進展;綜述

[中圖分類號] R681.8? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）03（c）-0030-04

[Abstract] In recent years， microRNA （miRNA） has been deeply studied in the study of the mechanism of femoral head necrosis. Femoral head necrosis is a common orthopedic disease， and miRNA plays an important role in femoral head necrosis caused by different causes. This article reviews the research progress of different types of miRNAs related to femoral head necrosis， and summarizes and prospects its application.

[Key words] MicroRNA; Different types; Osteonecrosis; Research progress;Review

股骨頭壞死（ONFH）是骨關(guān)節(jié)范疇內(nèi)常見的難治性疾病，可分為創(chuàng)傷性O(shè)NFH和非創(chuàng)傷性O(shè)NFH。德國每年有5000～7000例患者發(fā)病，其主要影響峰值年齡（35歲）的中青年人[1]，嚴重者可導致髖關(guān)節(jié)功能障礙甚至致殘，約65%的患者常需行關(guān)節(jié)置換手術(shù)[2]，這給患者及家屬造成極大的經(jīng)濟負擔。據(jù)成都地區(qū)性流行病學調(diào)查[3]顯示，股骨頭壞死病因構(gòu)成為：酒精性（52.39%）、激素性（16.18%）、創(chuàng)傷性（11.58%）、先髖發(fā)育不良性（5.88%）及其他類型（13.97%）。然而，現(xiàn)階段ONFH的致病機制尚不明確，其可能與脂質(zhì)代謝異常、成骨成脂平穩(wěn)紊亂、骨細胞凋亡、內(nèi)皮細胞損傷、骨重塑紊亂的死亡、骨量減少等因素有關(guān)。隨著微小RNA（miRNA）的研究深入，目前多認為多種miRNA亦參與了ONFH的發(fā)生和發(fā)展。

miRNA是長度為21～25個核苷酸的小型非編碼RNA，廣泛存在于哺乳動物、線蟲、蒼蠅及植物。其在人的組織或細胞中有特定表達，并能反義調(diào)節(jié)許多蛋白編碼基因[4]。研究[5]發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄后，miRNA在體內(nèi)廣泛參與細胞分化、細胞凋亡等過程，且不同疾病患者血清miRNA表達譜呈特異性變化。此外，不同類型的ONFH的相關(guān)miRNA已成為眾多學者的研究熱點。

1 miRNA與激素性股骨頭壞死

ONFH患者股骨轉(zhuǎn)子間區(qū)域的成骨細胞的復制能力顯著降低[6]，而miRNA參與調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）向成骨成脂分化的多個環(huán)節(jié)[7]。在激素的作用下，骨髓腔內(nèi)BMSCs成骨定向分化障礙，而成脂能力増強。另外，有報道[8]顯示，多種信號通路如TGF-β GSmad、Wnt/β-catenin、PI3k/Akt、TLR4、PPAR/、TNF-α-STAT1-Caspase-3都參與了激素性O(shè)NFH的發(fā)生、發(fā)展過程。miRNA在信號通路中扮演著重要作用。孫楠等[9]在激素性O(shè)NFH患者的血漿中進行miRNA表達譜及生物信息分析，共檢測768個miRNA，明顯上調(diào)的是miRNA-1207-5p和miRNA-887，明顯下調(diào)的是miRNA-96-5p、miRNA-576-5p，并推測miRNA異常表達可能通過各信號通路參與激素性O(shè)NFH的發(fā)病。Wang等[10]發(fā)現(xiàn)，在類固醇誘導的激素性O(shè)NFH患者中有22種miRNA差異表達，其中17種被上調(diào)，5種被下調(diào)，其中miRNA-601、miRNA-452-3p、miRNA-647和miRNA-516b-5p顯著增加，而miRNA-122-3p顯著下降。提示差異表達上調(diào)的miRNA抑制BMSCs成骨分化，促進成脂分化促進ONFH形成，而miRNA-122-3p起著相反的作用。另外，研究[11]發(fā)現(xiàn)SIRT1為miRNA-601的直接靶標，并推測miRNA-601可能通過靶向SIRT1的靶向作用抑制成骨分化促進股骨頭壞死。Dong等[12]使用慢病毒載體將miRNA-23a-3p模擬物、抑制劑和陰性對照分別轉(zhuǎn)染到BMSCs中，然后注射到類固醇誘導的大鼠ONFH模型4周后，采用microCT及免疫組織化學分別檢測股骨頭改變及評估低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5（LRP-5）的表達，與模擬組比較，抑制劑組骨壞死發(fā)生率降低，股骨頭呈現(xiàn)圓形沒有顯著的囊性變性，LRP-5的表達水平較高，推測miRNA-23a-3p可能促進類固醇誘導的ONFH加重。而LRP-5是屬于LRP家族的單次跨膜蛋白，在骨形成中起著關(guān)鍵作用，缺乏LRP-5可導致小鼠骨量的減少[13]，其與同源LRP-6密切相關(guān)，LRP-6是經(jīng)典Wnt信號傳導途徑的另一種共同受體。而余華[14]研究發(fā)現(xiàn)，在激素性O(shè)NFH患者中，BMSCs的miRNA-196a表達水平的較高，同時隨著壞死的嚴重程度的增加，而miRNA-196a表達水平也相應地增高。此關(guān)聯(lián)有可能受到年齡、性別以及家族史等因素的潛在影響。與miRNA-196a相關(guān)靶基因，如Hox基因家族，可能影響成骨分化過程。Gu等[15]發(fā)現(xiàn)激素誘導的ONFH大鼠模型中9種上調(diào)的miRNA和28種下調(diào)的miRNA。其中，miRNA-27a下調(diào)并與過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）和gremlin 1（GREM1）表達呈負相關(guān)，同時增強BMSCs的成脂分化。而miRNA-27a上調(diào)促進了BMSCs的成骨分化。PPAR化和GREM1是miRNA-27a的直接靶標。由此可見，miRNA-27a雙靶向調(diào)控PPAR控與GREM1，阻止類固醇誘導ONFH的成脂分化，并促進成骨分化。

研究[16]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)長期糖皮質(zhì)激素治療基礎(chǔ)疾病出現(xiàn)ONFH的患者股骨皮質(zhì)中可出現(xiàn)大部分成骨細胞和骨細胞的凋亡，而細胞凋亡也受miRNA調(diào)控。已有研究[17]表明，成骨細胞的凋亡和分化涉及一系列基因的調(diào)控，如miRNA-542-3p通過抑制BMP-7及其下游信號傳導來抑制成骨分化并促進成骨細胞凋亡。Zhang等[18]發(fā)現(xiàn)，在類固醇誘導的股骨頭缺血性壞死患者中，其miRNA-206的表達水平增加，而程序性細胞死亡4（PDCD4）的表達受到抑制，且miRNA-206的過表達抑制PDCD4、堿性磷酸酶（ALP）和B細胞淋巴瘤2（Bcl-2）的表達，誘導成骨細胞凋亡，進而促進激素性O(shè)NFH的發(fā)作。

2 miRNA與酒精性股骨頭壞死

近年來，酒精性O(shè)NFH發(fā)病總體呈逐漸上升的趨勢。雖然其發(fā)病機制仍未完全清楚，但是miRNA與酒精性O(shè)NFH有關(guān)。Most等[19]通過將antagomiRNA-411注入雌性小鼠的前額葉皮質(zhì)來沉默miRNA-411的試驗發(fā)現(xiàn)，酒精和miRNA-411以穩(wěn)態(tài)方式起作用，以調(diào)節(jié)突觸mRNA和蛋白質(zhì)，從而逆轉(zhuǎn)與酒精相關(guān)的神經(jīng)適應，并減少慢性酒精消耗。而Ten等[20]通過檢測在娛樂性飲用酒精前、后志愿者血清miRNA情況，發(fā)現(xiàn)1305種miRNA表達，其中265個中表達上調(diào)，miRNA-185-5p的表達顯著下調(diào)，提示酒精影響miRNA的表達。在酒精性O(shè)NFH方面，李海峰等[21]對8例晚期酒精性O(shè)NFH患者骨組織進行檢測、聚類分析，結(jié)果可見7條下調(diào)基因，基因片段分別為21核苷酸組1條，22核苷酸組6條（miRNA-424、miRNA-92b、miRNA-196b、miRNA-106b、miRNA-486-5p、miRNA-1271、miRNA-181c）。楊玉寶等[22]對酒精性O(shè)NFH與正常股骨頭骨組織中miRNA基因的多態(tài)性進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酒精性O(shè)NFH與正常股骨頭骨組織存在明顯miRNA變化，差異表達的是上調(diào)基因miRNA-29a和下調(diào)基因miRNA-486-5p。袁相偉[23]將miRNA-548d-5p片段轉(zhuǎn)染到體外大鼠BMSCs，結(jié)果顯示miRNA-548d-5p可以有效阻斷酒精誘導BMSCs內(nèi)PPARγ mRNA的表達，抑制其成脂分化并維持成骨分化，為有效預防或治療酒精性O(shè)NFH提供了新的思路。另外，Yu等[24]為探討乙醇誘導的骨壞死BMSCs成骨分化的可能分子機制，在成骨培養(yǎng)基中添加腫瘤壞死因子α（TNF-α）抑制劑后，結(jié)果顯示miRNA-31的表達下調(diào)，直接促進SATB2和RUNX2的表達，乙醇誘導的骨壞死患者BMSCs的成骨分化增強。提示乙醇誘導的骨壞死的主要原因是抑制了成骨分化，且TNF-α和miRNA-31參與了成骨誘導。

3 miRNA與創(chuàng)傷性股骨頭壞死

創(chuàng)傷性O(shè)NFH的發(fā)病機制已基本清楚，多數(shù)是由于股骨頭骨折、股骨頸骨折、髖臼骨折、髖關(guān)節(jié)脫位等導致股骨頭的血供破壞引起，而創(chuàng)傷經(jīng)過治療后如何有效預防ONFH的發(fā)生仍是一大難題，且與創(chuàng)傷性O(shè)NFH患者骨修復相關(guān)的miRNA仍不明確。Zhang等[25]通過對股骨頸骨折空心釘內(nèi)固定術(shù)后出現(xiàn)ONFH和術(shù)后2年未出現(xiàn)ONFH的各10例患者的血清miRNA進行分析，共計發(fā)現(xiàn)了95個miRNA的表達上調(diào)和413個miRNA的表達下調(diào)。其中差異表達的有147個miRNA，挑選其中的10個進行變化倍率檢測發(fā)現(xiàn)：miRNA-93-5p、1et-7i-5p、miRNA-320a、miRNA-25-3p、miRNA-16-2-3p、miRNA-122-5p、miRNA-471l-3p、miRNA-3191-5p為創(chuàng)傷性O(shè)NFH的8個差異表達miRNA，為下一步研究創(chuàng)傷性O(shè)NFH的發(fā)病機制提供了數(shù)據(jù)保障。Zhu等[26]通過RT-PCR技術(shù)檢測股骨頸骨折術(shù)后壞死和非壞死組患者血清miRNA-210和miRNA-23b的表達，結(jié)果壞死組血清miRNA-210和miRNA-23b表達分別與非壞死組比較顯著下調(diào)。推測檢測血清miRNA-210和miRNA-23b的表達可預測股骨頭壞死的發(fā)生，預估病情的發(fā)展狀況。

4 miRNA與其他類型股骨頭壞死

導致ONFH危險因素除常見的激素、酒精、創(chuàng)傷等因素外，還包含系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕性關(guān)節(jié)炎（RA）、高脂血癥、糖尿病史及減壓病等[27-30]。而RA患者中ONFH的發(fā)生除了與糖皮質(zhì)激素的使用有關(guān)外，還與疾病本身、骨質(zhì)疏松尤其是股骨區(qū)域相關(guān)。杜憲等[31]通過檢測高脂血癥患者血清miRNA-657表達水平發(fā)現(xiàn)，維吾爾族高脂血癥人群miRNA-657的表達量較健康人群顯著降低。而王海濤[32]等通過檢測潛水減壓病（DCS）的大鼠肺組織miRNA-16、miRNA-146a的表達發(fā)現(xiàn)，miRNA-146a表達水平顯著升高。另外，謝傳美等[33]研究發(fā)現(xiàn)miRNA-499a的rs3746444位點的CT基因型可能與中國漢族人群RA疾病的活動性和嚴重性相關(guān)。

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展以及對miRNA研究的深入，越來越多的miRNA的調(diào)控作用被發(fā)現(xiàn)，其與ONFH的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。而針對不同類型致病原因，ONFH的單一miRNA的作用機制或者是多種miRNA的獨特作用機制甚至是骨壞死處骨組織的差異表達miRNA仍有待于進一步深入研究，以期能在基因水平上更有針對性地為ONFH的早期預防、診斷、治療提供可靠的依據(jù)。

[參考文獻]

[1]? Arbab D，Konig DP. Atraumatic Femoral Head Necrosis in Adults [J]. Dtsch Arztebl Int，2016，113（3）：31-38.

[2]? Fukushima W，F(xiàn)ujioka M，Kubo T，et al. Nationwide epidemiologic survey of idiopathic osteonecrosis of the femoral head [J]. Clin Orthop Relat Res，2010，468（10）：2715-2724.

[3]? 唐濤，茍遠濤，唐俊，等.成都地區(qū)成人股骨頭壞死流行病學研究[J].中國康復理論與實踐，2018，24（8）：970-974.

[4]? Boucherat O，Potus F，Bonnet S. MicroRNA and Pulmonary Hypertension [J]. Adv Exp Med Biol，2015，888：237-252.

[5]? Brennecke J，Hipfner DR，Stark A，et al. Bantam encodes a developmentally regulated microRNA that controls cell proliferation and regulates the proapoptotic gene hid in Drosophila [J]. Cell，2003，113（1）：25-36.

[6]? Gangji V，Hauzeur JP，Schoutens A，et al. Abnormalities in the replicative capacity of osteoblastic cells in the proximal femur of patients with osteonecrosis of the femoral head [J]. J Rheumatol，2003，30（2）：348-351.

[7]? 荊譯萱，趙紅燕.微小核糖核酸對成骨和破骨細胞分化及功能的調(diào)節(jié)作用[J].中華骨質(zhì)疏松和骨礦鹽疾病雜志，2017，10（6）：589-596.

[8]? 盧非凡，張啟棟，王衛(wèi)國，等.激素性股骨頭壞死信號通路的研究進展[J].中國矯形外科雜志，2018，26（11）：1017-1021.

[9]? 孫楠，樊粵光，李鵬飛，等.激素性股骨頭壞死患者血漿microRNA表達譜及生物信息分析[J].山東醫(yī)藥，2015， 55（48）：1-4.

[10]? Wang A，Ren M，Song Y，et al. MicroRNA Expression Profiling of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Steroid-Induced Osteonecrosis of the Femoral Head Associated with Osteogenesis [J]. Med Sci Monit，2018，24：1813-1825.

[11]? Cao W，Jin H， Zhang L，et al. Identification of miR-601 as a novel regulator in the development of pancreatic cancer [J]. Biochem Biophys Res Commun，2017，483（1）：638-644.

[12]? Dong Y，Li T，Li Y，et al. MicroRNA-23a-3p inhibitor decreases osteonecrosis incidence in a rat model [J]. Mol Med Rep，2017，16（6）：9331-9336.

[13]? Cui Y，Niziolek PJ，MacDonald BT，et al. Lrp5 functions in bone to regulate bone mass [J]. Nat Med，2011，17（6）：684-691.

[14]? 余華.骨髓間充質(zhì)干細胞miRNA-196a異常表達與激素性股骨頭壞死關(guān)聯(lián)的臨床研究[J].安徽醫(yī)藥，2018，22（1）：68-71.

[15]? Gu C，Xu Y，Zhang S，et al. MiR-27a attenuates adipogenesis and promotes osteogenesis in steroid-induced rat BMSCs by targeting PPARgamma and GREM1 [J]. Sci Rep， 2016，6：38491.

[16]? Bejar J，Peled E，Boss JH. Vasculature deprivation—induced osteonecrosis of the rat femoral head as a model for therapeutic trials [J]. Theor Biol Med Model，2005，2（1）：24.

[17]? Kureel J，Dixit M，Tyagi AM，et al. MiR-542-3p suppresses osteoblast cell proliferation and differentiation，targets BMP-7 signaling and inhibits bone formation [J]. Cell Death Dis，2014，5（2）：e1050.

[18]? Zhang Z，Jin A，Yan D. MicroRNA206 contributes to the progression of steroidinduced avascular necrosis of the femoral head by inducing osteoblast apoptosis by suppressing programmed cell death 4 [J]. Mol Med Rep，2018，17（1）：801-808.

[19]? Most D，Salem NA，Tiwari GR，et al. Silencing synaptic MicroRNA-411 reduces voluntary alcohol consumption in mice [J]. Addict Biol，2018.

[20]? Ten Berg PW，Shaffer J，Vliegenthart ADB，et al. Attending a social event and consuming alcohol is associated with changes in serum microRNA：a before and after study in healthy adults [J]. Biomarkers，2018，23（8）：781-786.

[21]? 李海鋒，劉成日，李林，等.miRNA和IGF-1基因在朝鮮族與漢族晚期酒精性股骨頭壞死骨組織中的表達[J].延邊大學醫(yī)學學報，2016，39（3）：200-202.

[22]? 楊玉寶，劉省臣，宋揚，等.酒精性與正常股骨頭骨組織中微小RNA基因的多態(tài)性分析[J].中華實驗外科雜志，2013，30（4）：799-801.

[23]? 袁相偉.miR-548d-5p靶向調(diào)控PPAR5基因表達對酒精誘導大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞分化的影響[D].鄭州：鄭州大學，2015.

[24]? Yu L，Xu Y，Qu H，et al. Decrease of MiR-31 induced by TNF- adultslcohol is associated with changes in serum microosteogenic differentiation in ethanol-induced osteonecrosis [J]. J Cell Physiol，2018，234（4）：4314-4326.

[25]? Zhang Y，Zhang L，Chai Y，et al. Screening and verification of miRNAs differentially expressed in traumatic femoral head necrosis [J]. Chin J Orthop Trauma，2017， 19（11）：978-985.

[26]? Zhu C，Jiang Y. Application Value of Detecting Serum Micrornas-210，miRNA-23b in the Patients with the Femoral Head Necrosis [J]. J Mod Lab Med，2017，32（4）：57-59，151.

[27]? 楊偉臻，張劍鋒，李文琴，等.青壯年股骨頸骨折術(shù)后股骨頭壞死的多元相關(guān)性分析[J].中國當代醫(yī)藥，2017， 24（1）：71-75.

[28]? 于長歲，張曉峰，徐西林，等.microRNA在股骨頭壞死防治中的研究進展[J].中國醫(yī)藥導報，2017，14（27）：48-51.

[29]? 馮志尉，鄧云平，趙慧，等.shRNA干擾PPARγ基因表達預防兔激素性股骨頭壞死的研究[J].成都醫(yī)學院學報，2017，12（2）：127-132.

[30]? 鄧爽，彭昊.激素性股骨頭壞死發(fā)生機制的新認識[J].中國醫(yī)藥導報，2017，14（34）：29-32.

[31]? 杜憲，焦誼，龍梅，等.microRNA657與新疆維吾爾族高脂血癥相關(guān)性研究[J].新疆醫(yī)科大學學報，2014，37（6）：687-691.

[32]? Wang H，F(xiàn)ang Y，Bao X，et al. Expression changes in miR-16 and miR-146a in rat lungs after fast buoyancy ascent escape or diving decompression sickness [J]. Milit Med Sci，2014，38（7）：485-487.

[33]? 謝傳美，袁國華，MicroRNA基因單核苷酸多態(tài)性與類風濕關(guān)節(jié)炎的相關(guān)性研究[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學雜志，2018，28（11）：33-43.

（收稿日期：2018-07-26? 本文編輯：王? ?蕾）