長(zhǎng)鏈非編碼RNAs靶向軟骨炎癥信號(hào)通路調(diào)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的研究進(jìn)展

薛若雪，湯蘇安，阮光峰，丁長(zhǎng)海，朱兆華

(南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院臨床研究中心，廣東 廣州 510000)

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)以軟骨厚度丟失、骨質(zhì)增生和關(guān)節(jié)周圍組織退變?yōu)樘卣餍圆±砀淖儭A長(zhǎng)期被認(rèn)為是一種非炎癥性、退行性疾病，但近年來(lái)越來(lái)越多的研究認(rèn)為慢性炎癥是導(dǎo)致OA的重要原因[1]。據(jù)報(bào)道，OA患者關(guān)節(jié)液中有大量活化的巨噬細(xì)胞[2]、T細(xì)胞和B細(xì)胞，抑炎因子水平也高于非OA人群[3]。臨床前研究發(fā)現(xiàn)，炎癥通路的抑制劑可以延緩OA的發(fā)展[4]，觀察性臨床研究表明，系統(tǒng)性低度炎癥與OA疾病發(fā)生和進(jìn)展密切相關(guān)[5]，這些證據(jù)都顯示炎癥參與了OA的發(fā)生及發(fā)展。OA軟骨中調(diào)控炎癥的主要信號(hào)通路有NF-κB、JAK/STAT、MAPK和PI3K/AKT/mTOR等，新近研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈非編碼RNAs (long noncoding RNAs，LncRNAs)可以通過(guò)調(diào)節(jié)軟骨炎癥信號(hào)通路參與OA的疾病進(jìn)程[6]。

研究表明僅有2%的人類基因負(fù)責(zé)編碼蛋白，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)這些剩余非編碼基因可以轉(zhuǎn)錄大量的非編碼RNAs(non-coding RNAs，ncRNAs)，而這些ncRNAs具有調(diào)節(jié)基因表達(dá)的重要作用。長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的ncRNAs被稱為L(zhǎng)ncRNAs，根據(jù)相對(duì)于蛋白編碼基因的位置不同，LncRNAs又可以分為反義LncRNAs、偽基因LncRNAs、增強(qiáng)子LncRNAs、內(nèi)含子LncRNAs和長(zhǎng)基因間非編碼RNAs[7]。LncRNAs的主要作用有抑制mRNA表達(dá)，影響其翻譯、剪切及穩(wěn)定性；作為非編碼小RNA(microRNA，miRNA，長(zhǎng)度約為20-25 nt)的分子海綿，影響miRNA穩(wěn)定性；表觀修飾DNA，影響基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)；作為蛋白相互作用的橋梁、調(diào)控蛋白活性等[7]。

由于LncRNAs保守性差，不同物種間差異較大，因此本綜述主要匯總了人類OA軟骨組織和細(xì)胞中關(guān)于LncRNAs參與調(diào)控炎癥信號(hào)通路的研究，作者以“骨關(guān)節(jié)炎”、“信號(hào)通路”、“軟骨細(xì)胞”、“炎癥”、“osteoarthritis”、“chondrocyte”、“inflammatory signaling pathway”、“MAPK”、“PI3K/Akt”、“IL-6/STAT3”、“NF-κB”、“JAK/STAT、“Notch”等為關(guān)鍵詞，在Pubmed、NCBI、ResearchGate、Springer、知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普等數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索，篩選與LncRNAs通過(guò)炎癥信號(hào)通路調(diào)節(jié)OA相關(guān)的文獻(xiàn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①OA發(fā)生發(fā)展相關(guān)的文獻(xiàn)；②軟骨細(xì)胞相關(guān)的文獻(xiàn)；③OA炎癥信號(hào)通路相關(guān)的文獻(xiàn)；④LncRNAs調(diào)控OA發(fā)生發(fā)展的文獻(xiàn)；⑤發(fā)表時(shí)間在2014年1月至2021年4月的文獻(xiàn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①獲取不到全文；②非中、英文的文獻(xiàn)；③證據(jù)等級(jí)及質(zhì)量相對(duì)較低的文獻(xiàn)；④作用機(jī)制非炎癥信號(hào)通路的文獻(xiàn)；⑤LncRNAs來(lái)源非人類的文獻(xiàn)。共檢索得到449篇文獻(xiàn)，摘要及全文閱讀后排除413篇文獻(xiàn)，重點(diǎn)閱讀剩余的29篇文獻(xiàn)，并列出LncRNAs通過(guò)炎癥通路調(diào)節(jié)OA進(jìn)展的詳情表(Tab 1)，分別介紹如下。

1 NF-κB信號(hào)通路

核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)屬于Rel家族的轉(zhuǎn)錄因子，幾乎存在于所有多細(xì)胞有機(jī)體中。NF-κB信號(hào)通路可通過(guò)增加炎癥因子interleukin (IL)-1β、IL-6、IL-8、IL-17及tumor necrosis factor (TNF)-α的表達(dá)、調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶生成，促進(jìn)軟骨細(xì)胞炎癥和凋亡反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致OA的發(fā)生和進(jìn)展[7]。

當(dāng)前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3個(gè)LncRNAs可能參與了NF-κB信號(hào)通路相關(guān)的OA。一是LncRNA GAS5，其過(guò)表達(dá)可以通過(guò)上調(diào)KLF2表達(dá)抑制脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的ATDC5軟骨細(xì)胞炎癥損傷和凋亡[8]。KLF2是參與NF-κB和Notch信號(hào)通路的關(guān)鍵酶，也是LncRNA GAS5的作用靶點(diǎn)[9-10]。另一個(gè)通過(guò)NF-κB調(diào)節(jié)OA的LncRNA是RP11-445H22，研究發(fā)現(xiàn)LncRNA RP11-445H22的敲除可以緩解LPS誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞損傷，提高細(xì)胞活力、抑制炎癥和凋亡因子表達(dá)[11]。RP11-445H22與miR-301a結(jié)合，而CXCR4是miR-301a的作用靶點(diǎn)，CXCR4的沉默會(huì)阻斷LPS誘導(dǎo)的NF-κB和MAPK/ERK信號(hào)通路[11]。此外，有學(xué)者觀察到在LPS損傷的軟骨細(xì)胞中LncRNA ATB表達(dá)下調(diào)[12]，而過(guò)表達(dá)LncRNA ATB可明顯減輕LPS誘導(dǎo)的ATDC5細(xì)胞炎性損傷。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，LncRNA ATB通過(guò)下調(diào)LPS損傷細(xì)胞中的miR-223來(lái)抑制髓樣分化因子/NF-κB通路，從而保護(hù)ATDC5細(xì)胞免受LPS誘導(dǎo)的炎癥性損傷。

Tab 1 LncRNAs regulate OA through inflammatory pathways

抑制NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)將會(huì)對(duì)OA及相關(guān)的慢性炎癥性疾病起治療作用。但是NF-κB廣泛調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，具有多個(gè)作用靶點(diǎn)，這要求NF-κB抑制劑必須更加精準(zhǔn)。因此，研究LncRNAs靶向調(diào)控NF-κB在OA發(fā)病機(jī)制中的作用，可為OA的靶向治療提供新策略。

2 IL-6/STAT3或JAK/STAT通路

白介素6/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(interleukin-6/signal transducer and activator of transcriptions，IL-6/STAT3)或Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcriptions，JAK/STAT)通路與炎癥和免疫有重要關(guān)系，IL-6刺激JAK受體發(fā)生磷酸化，磷酸化JAK又是STAT分子的識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)，STAT分子因此被誘導(dǎo)進(jìn)行磷酸化，磷酸化STAT分子以二聚體形式進(jìn)入胞核，調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)[11]。近期研究報(bào)道有四個(gè)LncRNAs與STAT通路介導(dǎo)的OA軟骨損傷有關(guān)。IL-6刺激后ATDC5 細(xì)胞活力降低，并通過(guò)下調(diào)microRNA-146a的表達(dá)進(jìn)而上調(diào)Lnc CHRF的表達(dá)[13]，Lnc CHRF敲減后效果則相反。IL-6誘導(dǎo)IκBα、p65、JAK1和STAT3在磷酸化水平的積累進(jìn)一步被Lnc CHRF促進(jìn)。總之，Lnc CHRF通過(guò)STAT3信號(hào)通路加重了ATDC5細(xì)胞中IL-6誘導(dǎo)的炎癥損傷。有研究者指出，LncRNA DANCR可作為miR-216a-5p的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA來(lái)調(diào)控OA軟骨細(xì)胞的凋亡[14]，而JAK2是miR-216a-5p的直接靶點(diǎn)，DANCR通過(guò)miR-216a-5p調(diào)控OA軟骨細(xì)胞中的JAK2/STAT3信號(hào)通路，從而促進(jìn)OA軟骨細(xì)胞的增殖、減少細(xì)胞凋亡。此外，有研究發(fā)現(xiàn)LncRNA GACAT3在OA組表達(dá)顯著高于照組，且這種上調(diào)可能與IL-6/STAT3炎癥通路的激活有關(guān)[15]。最近一項(xiàng)關(guān)于LncRNA THRIL的研究發(fā)現(xiàn)THRIL在LPS誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞炎癥損傷中上調(diào)，且在miR-125b的參與下，THRIL可進(jìn)一步活化軟骨細(xì)胞中LPS誘導(dǎo)的JAK1/STAT3和NF-κB信號(hào)通路[16-18]。

3 MAPK信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)通路在細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化以及炎癥反應(yīng)等多種病理生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，是真核生物信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵途徑之一，近年來(lái)在OA的研究中也越來(lái)越多。研究認(rèn)為L(zhǎng)ncRNA RP11-445H22通過(guò)結(jié)合miR-310a進(jìn)而沉默趨化受體因子(chemokine receptor，CXCR4)，CXCR4沉默可阻斷LPS激活的MAPK/ERK通路，從而抑制ATDC5細(xì)胞的凋亡和炎癥細(xì)胞因子分泌，顯著逆轉(zhuǎn)LPS誘導(dǎo)的軟骨損傷[9]。LncRNA XIST也可以通過(guò)調(diào)節(jié)MAPK信號(hào)通路顯著抑制IL-1β誘導(dǎo)的OA軟骨細(xì)胞凋亡[19]。LncRNA XIST還可作為miR-211的內(nèi)源性競(jìng)爭(zhēng)RNA，對(duì)抗miR-211介導(dǎo)的CXCR4抑制，進(jìn)一步抑制下游MAPK信號(hào)通路從而調(diào)控軟骨細(xì)胞增殖和凋亡[19]。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在OA軟骨中，LncRNA HOTAIRM1-1在誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞成軟骨分化后4 d表達(dá)明顯增加，8 d后進(jìn)一步增強(qiáng)，而miR-125b表達(dá)則相反。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA HOTAIRM1-1通過(guò)ceRNA機(jī)制直接抑制miR-125b的功能，進(jìn)而上調(diào)潛在靶點(diǎn)BMPR2的表達(dá)，而BMPR2過(guò)表達(dá)抑制JNK/MAPK/ERK通路的激活，提示該通路可能是介導(dǎo)LncRNA HOTAIRM1-1在OA發(fā)展的下游機(jī)制[20]。

4 其他炎癥調(diào)節(jié)相關(guān)通路

4.1 花生四烯酸通路炎癥反應(yīng)通過(guò)炎癥介質(zhì)誘導(dǎo)，而炎癥介質(zhì)主要由花生四烯酸通路產(chǎn)生，因此靶向抑制花生四烯酸通路的藥物成為治療關(guān)節(jié)炎癥和疼痛的重要研究方向。事實(shí)上，臨床試驗(yàn)證明環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2，COX-2)抑制劑(如非甾體類抗炎藥布洛芬等)可以減輕關(guān)節(jié)炎癥狀[19]。Krawczyk等[21]在2014年發(fā)現(xiàn)LncRNA PACER可能是調(diào)節(jié)COX-2的潛在靶點(diǎn)。隨后Qian等[22]發(fā)現(xiàn)LncRNA PACER能夠不通過(guò)NF-κB p50通路激活COX-2，而LncRNA PACER敲除后COX-2的過(guò)表達(dá)得到抑制，細(xì)胞增生和炎癥得到緩解。2019年，Jiang等[23]研究發(fā)現(xiàn)在OA患者血漿中LncRNA PACER表達(dá)下調(diào)，并提示LncRNA PACER是Lnc HOTAIR的上游抑制劑，后者的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致軟骨細(xì)胞凋亡。

4.2 Notch信號(hào)通路Notch信號(hào)通路在細(xì)胞生長(zhǎng)、形態(tài)維持和凋亡等方面發(fā)揮重要作用，在進(jìn)化中高度保守。有關(guān)LncRNAs通過(guò)Notch信號(hào)通路調(diào)節(jié)OA的研究極少。Saito等[25]發(fā)現(xiàn)LncRNA TUG1的表達(dá)在大黃素處理后上調(diào)，而Notch和NF-κB通路則被大黃素抑制。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明了大黃素通過(guò)上調(diào)LncRNA TUG1表達(dá)使Notch和NF-κB這兩條通路失活。但是還沒(méi)有實(shí)驗(yàn)證實(shí)LncRNA TUG1的敲除會(huì)延緩OA進(jìn)展，也沒(méi)有報(bào)道通過(guò)抑制LncRNA TUG1來(lái)預(yù)防和治療OA。

4.3 PI3K/AKT/mTOR 信號(hào)通路有研究在缺氧條件下培養(yǎng)ATDC5軟骨細(xì)胞，建立OA細(xì)胞模型，并測(cè)定OA與正常軟骨組織中低氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)和LncRNA HIFCAR的表達(dá)。結(jié)果表明OA中LncRNA HIFCAR和HIF-1α表達(dá)均上調(diào)，抑制LncRNA HIFCAR可促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制凋亡、減少TNF-α和IL-6的分泌、抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的合成從而顯著改善缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷[26]。此外，LncRNA HIFCAR能顯著抑制缺氧誘導(dǎo)PI3K/AKT/mTOR途徑的激活，提示PI3K/AKT/mTOR通路是LncRNA HIFCAR介導(dǎo)OA發(fā)展的一種可能機(jī)制。

5 在OA治療中潛在應(yīng)用價(jià)值

以LncRNAs為靶點(diǎn)治療OA的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在動(dòng)物層面開(kāi)展。Wang等[27]在2021年發(fā)表的文章中通過(guò)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，敲低LncRNA SNHG14 可通過(guò)靶向miR-124-3p抑制FSTL-1介導(dǎo)的NLRP3激活和 TLR4/NF-κB信號(hào)通路激活，從而抑制炎癥反應(yīng)，緩解大鼠OA的進(jìn)展。該文章通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了LncRNA SNHG14具有減輕OA炎癥的治療效果。Liu等[28]發(fā)現(xiàn)LncXIST在OA軟骨組織和 IL-1β 處理的軟骨細(xì)胞中以高水平表達(dá)，敲低Lnc XIST促進(jìn)了細(xì)胞活力，抑制了IL-1β處理的軟骨細(xì)胞中的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 蛋白降解。進(jìn)一步通過(guò)大鼠OA模型研究表明靶向抑制LncRNA XIST在體內(nèi)具有OA治療作用，其作用機(jī)制通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)miR-149-5p/DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase 3 alpha，DNMT3A)軸的表達(dá)實(shí)現(xiàn)。Wang等[29]發(fā)現(xiàn)Lnc PVT1與關(guān)節(jié)軟骨降解密切相關(guān)，而在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物關(guān)節(jié)內(nèi)注射Lnc PVT1抑制劑可有效地減輕關(guān)節(jié)炎癥，降低促炎介質(zhì)的表達(dá)，并抑制了 TGF-β/母抗Dpp小同源物4(small mothers against decapentaplegic homolog 4，SMAD4)通路。提示通過(guò)抑制Lnc PVT1的表達(dá)，進(jìn)而抑制 TGF-β/SMAD4通路，能夠減輕關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)，在OA中具有潛在治療效果。Han等[7]在最新發(fā)表的文章中研究了LncRNA MEG3對(duì)膝骨關(guān)節(jié)炎大鼠滑膜細(xì)胞增殖和凋亡的影響，研究發(fā)現(xiàn)LncRNA MEG3可提高第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白的同源基因(phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)水平，減弱大鼠滑膜細(xì)胞的增殖能力，提高其凋亡水平，加重關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)，揭示了LncRNA MEG3能夠通過(guò)改變大鼠PTEN表達(dá)水平進(jìn)而調(diào)控滑膜細(xì)胞增殖和凋亡，從而影響OA疾病進(jìn)程。因此，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)初步表明通過(guò)上調(diào)或下調(diào)特定的LncRNAs表達(dá)可以抑制相關(guān)炎癥通路的表達(dá)，進(jìn)而對(duì)OA起到治療作用[29]。

6 討論與展望

慢性低度炎癥是OA發(fā)生發(fā)展的重要病因，OA的炎癥亞型也受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。LncRNAs在OA炎癥機(jī)制中的研究是一個(gè)新的領(lǐng)域，其中起關(guān)鍵調(diào)控作用的LncRNAs有望成為OA治療的新靶點(diǎn)[2]。目前已陸續(xù)有研究鑒定出一些在病變的關(guān)節(jié)組織中差異表達(dá)的LncRNAs，這些LncRNAs作為炎癥通路的關(guān)鍵調(diào)控因子在OA中的功能已在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中得到確證[3]。雖然LncRNAs是OA潛在的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)，但在應(yīng)用到臨床前，還有諸多挑戰(zhàn)需要面對(duì)。首先，雖然有大量的LncRNAs在OA中具有差異性表達(dá)[4]，但目前只有很小部分LncRNAs的作用機(jī)制被闡明，而OA的多種臨床癥狀很可能需要結(jié)合多種LncRNAs及其靶點(diǎn)來(lái)解釋[15]。因此要闡明LncRNAs調(diào)節(jié)OA的作用機(jī)制，更為先進(jìn)和高效的檢測(cè)以及分析手段是必不可少的。其次，關(guān)于LncRNAs在OA軟骨細(xì)胞中作用的研究大部分是在體外實(shí)驗(yàn)，還需要更多藥理學(xué)可信服的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。此外，如何平衡LncRNAs的高效性和低毒性，將需要更為先進(jìn)的給藥物遞送系統(tǒng)[26]。 總之，深入研究OA炎癥機(jī)制相關(guān)的LncRNAs將進(jìn)一步為OA的預(yù)防和治療提供新思路和新策略。