微小RNA在骨性關節炎病情發展過程中的研究進展

簡盛生 劉 弼 葉劍鋒 王岳月 藍春海

1.深圳市羅湖區人民醫院骨外科，廣東深圳518001；2.深圳市人民醫院龍華分院，廣東深圳518109

骨性關節炎（osteoarthritis，OA）是一種以關節軟骨的變性或破壞、繼發性骨質增生等病理學特征為主的慢性非炎癥性關節疾病。OA發病群體主要集中在中老年人，以關節疼痛和關節功能障礙為主要臨床表現，病情進展嚴重可致劇烈疼痛，甚至有致殘的可能性[1]。細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的代謝紊亂和滑膜炎癥反應均為OA基礎病理因素，在臨床中常采用物理和藥物的治療手段，配合肌肉功能訓練作為主要治療方式，最大限度改善關節功能異常情況，但此類方法無法從病理機制上防止OA的病情發展[2]。微小核糖核酸RNA（microRNA，miRNA）是一類長度為20～25個核苷酸的內源性非編碼單鏈RNA小分子，在機體組織和細胞中廣泛表達，可以調節機體軟骨細胞的增殖、凋亡及分化，且與OA的發生機制和病情進展密切相關[3]。從核糖核酸水平探究其發病機制和調控機制，對早期預測、干預OA進展及延緩病程至關重要[4]。因此，本文將結合OA與miRNA相關的最新研究，就miRNA功能及其在OA進展中表達和信號通路的調控作用展開綜述，進一步闡明OA進展新機制，為臨床診斷、病情干預和治療提供新的思路。

1 miRNA在OA組織中的表達

在OA組織中，miRNA的表達水平會發生明顯改變，在許多軟骨的病變組織和細胞中都能檢測到異常表達的miRNA，這些差異表達的miRNA可區別OA炎癥細胞及正常軟骨細胞[5]。對創傷后OA小鼠模型的滑膜組織中miRNA表達譜進行研究后顯示，表達譜在前滑膜的1～6周時間內有394個miRNA失調，通過對前滑膜炎癥消退相關聯的差異表達miRNA進行生物信息學分析，顯示其參與機體損傷、結締組織疾病和炎癥反應等生物學過程[6]。可見miRNA的表達與OA的發生密不可分，隨著更深入地研究，miRNA在OA中的調控作用也逐漸得到闡述，如王瑩等[7]對正常軟骨細胞與OA軟骨細胞中差異表達的miRNA靶基因進行預測，結果共篩選24個差異表達的miRNA，其中上調及下調異常表達的miRNA分別為12個，通過生物學層面分析，這些差異表達的miRNA主要參與神經生長、細胞發育、細胞質翻譯終止及合成核堿基化合物的生物過程，而在細胞學層面分析來看，差異表達的miRNA主要與蛋白細胞跨內皮遷移、蛋白質的代謝，以及翻譯釋放因子復合體的細胞成分等有關。

可見，在OA軟骨組織中miRNA的表達水平發生明顯地改變，均存在部分差異表達，且其表達呈現一定的規律性，異常表達的miRNA對細胞周期地調控甚至個體發育都產生重要的影響，與OA疾病發病機制和病情發展過程密切相關。

2 miRNA與OA病情進展的相關性

miRNA家族系列的多個分子均與OA相關，其中臨床認可的有miR-140、miR-146a、miR-155、miR-210等，它們在OA軟骨細胞中通過作用一個或多個靶基因來調節其表達水平，進而影響OA軟骨細胞凋亡和分化，在OA中具有作為生物靶標物的潛力[8]。miRNA的異常表達水平與OA病情進展具有密切的相關性，在OA的病情進展中有可能起到促進基因和抑制基因的作用。

2.1 與OA病情進展正相關的miRNA

OA的病情進展與年齡、肥胖、負重活動、環境及遺傳等因素相關，在對OA患者外周血單核細胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）和滑液中miRNA水平檢測中，miR-29b-3p的相對表達與年齡、體重指數（BMI）、膝骨關節炎Kellgren-Lawrence分級呈正相關，說明OA患者滑液中miR-29b-3p表達水平與年齡和BMI等有關，且其表達水平會隨著關節炎嚴重程度的升高而上升[9]。進一步的從OA患者和健康者中提取外周單核血細胞，測定miRNA-146a和miRNA-155的表達水平，在OA患者中，miRNA-146a和miRNA-155表達在膝骨關節炎Ⅲ級和Ⅳ級時增加[10]。同樣的，Xie等[11]對健康志愿者、早期和晚期OA患者滑液樣本中miR-210的RT-PCR檢測結果中亦表明，miR-210在OA患者早期滑膜液中就已經發生上調，且早期和晚期OA患者中miR-210的表達比健康個體上調更明顯，同時還證實了miR-210水平與滑液中血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）水平呈正相關，這便說明了miR-210可能通過促進VEGF的表達促使血管生成，進而促進了OA疾病的發展。

2.2 OA病情進展負相關的miRNA

在OA軟骨細胞中，miRNA通過和靶基因的mRNA堿基配對降解或阻礙mRNA翻譯進行調控，miRNA還可調控基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）對OA實現調節作用，MMPs是導致軟骨退變的關鍵基本因子，通過對非OA與OA患者滑液檢測發現miR-140呈低表達，而MMP-3呈高表達，兩者之間存在負相關性，在OA軟骨組織中miR-140表達下調可導致OA特異性的基因表達出現異常，在軟骨組織發育和體內平衡的過程中發揮抑制作用[12-13]。環狀RNA（circRNA）的分子富含miRNA結合位點，在細胞中為miRNA海綿，有解除miRNA對其靶基因抑制的作用，進而升高靶基因的表達水平。通過建立小鼠軟骨細胞模型，采用白介素-1β（IL-1β）進行軟骨細胞的刺激，證明了circRNA_Atp9b和miR-138-5p的表達水平呈負相關，即miR-138-5p在IL-1β誘導的軟骨細胞中也起作用，miR-138-5p的下調部分逆轉了circRNA_Atp9b對ECM分解代謝和炎癥的影響，circRNA_Atp9b通過調節海綿狀miR-138-5p的軟骨ECM分解代謝和炎癥來調節OA進程[14]。雖然miR-148a在OA軟骨中的表達是降低的，但其與MMP-13呈直接相互作用，miR-148a過表達的細胞基質含有大量的蛋白聚糖和膠原蛋白，特別是Ⅱ型膠原蛋白，蛋白聚糖及膠原蛋白在培養基中是受到抑制的，但總膠原蛋白產量卻呈增加趨勢，因此，也提示miR-148a的過表達抑制了肥大細胞的分化，并增加了OA軟骨細胞產生Ⅱ型膠原的產生和沉積，證實了miR-148a可以促進透明軟骨的產生，亦可作為OA潛在的疾病緩解化合物[15]。

OA患者中潛在的治療靶標miRNA的表達水平、調控和信號通路的相關性可以在OA發病機制和疾病進展中發揮重要作用。miR-29b-3p、miRNA-146a、miRNA-155、miR-210和miR-21-5p與OA疾病進展呈正相關，通過不同的靶向或信號通路促進OA的疾病進程，miR-140、miR-138-5p、miR-320和miR-148a則具有負性調節炎性及其內源性免疫反應的作用，從而抑制軟骨細胞損傷，利于維持軟骨細胞的穩定狀態，且他們在軟骨組織中均以單個或多個的形式共同參與不同信號的傳導通路，維持軟骨分化與合成間的平衡[16]。

3 miRNA在OA中的調節通路

在OA發生與進展過程中，相關表達的miRNA通過許多信號通路在軟骨細胞表型中起到調節細胞凋亡、自噬及衰老的作用，特異性較強的miRNA可直接作用于不同靶點，通過BMP/Smad、NF-κB、WNT、BMP、p53、ER等不同信號傳導通路，來維持OA病情進展中軟骨細胞內環境的穩定性，或參與軟骨細胞增殖、凋亡及分化[17]。

NF-κB信號通路參與細胞免疫、應激及炎性等許多生物調節過程，OA骨膜中含有的細胞因子和基質金屬蛋白酶產物，可促進炎癥反應，從而激活NF-κB信號通路，調節細胞因子、蛋白酶及免疫蛋白等小分子的表達。miR-210通過靶向DR6并抑制NF-κB信號通路來減輕OA大鼠關節腔的炎癥[18]。另外，miR-26a-5p可以使NF-κB通路的激活基因表達下調，同時又誘導一氧化氮合酶的生成，在軟骨細胞中是穩定狀態的重要調節劑。因此，也證實了抑制NF-κB通路的表達也許對早期干預OA病情進展有較好的效果[19]。miR-29家族是OA發展和進程中起作用的miRNA，它們受OA中重要的因素調節，并影響相關的信號通路，主要通過調控Smad，NF-κB和經典WNT信號通路表達譜，在軟骨發育、體內平衡，以及OA的進展中起作用[20]。miRNA-34a通過靶向SIRT1/p53信號通路在骨關節炎發病過程中影響軟骨細胞凋亡和增殖，關節腔內注射編碼抗miR-34a序列的慢病毒載體可有效改善OA的進展。結果表明，miR-34a通過直接調節SIRT1/p53信號通路在OA的發病機制中起著至關重要的作用，且為OA的潛在治療靶點[21]。

4 miRNA在OA診治中的應用前景

近年來，有關研究將軟骨組織中的軟骨前體細胞（cartilage progenitor cells，CPCs）作為軟骨損傷修復新的切入點，研究其在參與促進OA軟骨損傷后修復中的作用[22]。首先，CPCs是一類具有表面抗原表達特異性的軟骨干細胞，且具有自我增殖性及多向分化的潛能，它在不同嚴重程度的OA軟骨細胞中表達水平不一，但對于OA早期軟骨損傷，CPCs自主分化的能力尚未達到完全自我修復的可能，因此，對于OA早期軟骨損傷需要誘導活化CPCs，才能使其具備修復的可能性，而miR-140便是CPCs潛在的誘導活化因子之一[23]。另外，Zhong等[24]在正常和OA軟骨細胞中用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）轉染后檢測miR-335-5p的表達，發現用miR-335-5p模擬物轉染的OA軟骨細胞可顯著提高生存力，重要的是，用自噬抑制劑3-MA處理過表達miR-335-5p的OA軟骨細胞可恢復炎癥介質。因此，miR-335-5p可通過激活自噬來減輕OA軟骨細胞的炎癥，在OA的臨床診斷和治療中具有未來應用的潛力。在大鼠原代軟骨細胞中，顆粒蛋白前體（PGRN）干擾消除了miR-29b-3p模擬物誘導的細胞凋亡和生長抑制，提示miR-29b-3p通過調節PGRN的表達影響軟骨細胞的功能，通過向大鼠原代軟骨細胞內注射miR-29b-3p，可改善手術誘發的OA大鼠膝關節的軟骨細胞凋亡和軟骨損失，表明miR-29b-3p通過靶向PGRN促進軟骨細胞凋亡，而miR-29b-3p或PGRN可能是OA治療的潛在靶標[25-26]。

5 總結與展望

在OA軟骨細胞中存在特異表達的miRNA，其可以作用于不同的靶點，通過NF-κB、BMP、SOX9、IGF、Wnt、p53、ER等不同信號傳導通路促進或抑制軟骨細胞生長發育、分化、疾病發生和發展等生物過程，與OA發生及病情進展密切相關，同時，miRNA在OA中具有充當生物標志物或治療靶標的潛力。雖然miRNA是OA組織中重要的調節分子，也有大量深入探索其作用機制和發展機制研究的空間，但由于miRNA數量龐大，聯系千絲萬縷，相互之間的作用亦錯綜復雜，對于OA軟骨細胞中特異表達的miRNA，其表達時序性、調控機制、功能作用、作用靶點、作用劑量及影響因素等方面仍需要進一步深入研究，才能更好地闡明OA發病機制和病情發展機制，進而也能有理有據地為OA患者提出新的臨床診斷、病情干預和治療思路。