長鏈非編碼RNA對骨代謝疾病影響的研究進展

王朋濤 謝艷

非編碼RNA（Non-coding RNA，ncRNA）是一類無編碼蛋白功能的內源性RNA 轉錄物。根據核苷酸的大小，ncRNA 通?？煞譃樾》蔷幋aRNA（＜200nt）和長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，LncRNA，＞200nt），其中80%為LncRNA[1]。在過去，LncRNA 被認為是轉錄“噪音”而并無作用。近年來，隨著研究的不斷深入，LncRNA 因其在結構、序列及生物學功能上有高度異質性，通過參與表觀遺傳調控、轉錄調控及轉錄后調控等途徑，多水平地調節基因表達，參與包括細胞增殖、分化及遷移在內的多個生物學過程[2，3]。目前已知的LncRNA 功能較多，主要為轉錄激活、轉錄干擾、誘導染色質重構、調控蛋白質活性、參與基因組印記及細胞器調節等[4]。

隨著LncRNA 在細胞生物學中功能的深入研究，其缺失、突變和過表達都可能引起多種疾病，如癌癥、免疫疾病、阿爾茨海默病、糖尿病等[5～10]。在骨組織代謝相關LncRNA 方面，已發現與成骨、破骨分化相關的LncRNA，并證實其在骨質疏松、骨性關節炎、骨腫瘤等骨病的分子生物學機制中扮演關鍵角色，明確這些LncRNA 的功能及作用機制將為上述疾病的診治提供新的思路與靶點。

1 LncRNA 與骨質疏松癥

骨質疏松癥（Osteoporosis，OP）是一種代謝性疾病，是由于骨吸收與骨形成不平衡，引起骨密度下降。在OP 代謝失衡動態過程中，主要是成骨細胞和破骨細胞等的分化調節與骨代謝相關的信號通路發揮作用。近年來已有關于LncRNA 與OP 的研究，LncRNA 參與了OP 代謝失衡動態過程，主要涉及成骨細胞、破骨細胞分化，并在骨代謝信號通路及鈣離子相關激素和受體中有重要的調節作用。

1.1 LncRNA 與成骨細胞 LncRNA 可直接調控或者通過與靶miRNA 作用于下游基因表達，促進或者抑制成骨分化，從而達到對成骨細胞分化的正向或負向調節作用。現有研究已發現 LncRNA H19、MEG3、MSC-AS1 及LOC100506178 等均參與骨質疏松相關的成骨細胞分化、凋亡過程，是成骨分化的正向調節劑。Liao 等[11]報道H19 通過Notch 信號通路調節細胞水平成骨分化。最近研究表明[12]，H19 通過上調SIRT1 和抑制miR-532-3p 誘導骨髓間充質干細胞（BMSCs）成骨分化。此外，Liu 等[13]通過與健康牙周膜組織比較，MEG3 與胰島素樣生長因子1（Insulin-like growth factor 1，IGF1）在牙周炎牙周膜組織表達下調，miR-27a-3p 表達上調，存在著MEG3/IGF1/miR-27a-3p 調控軸，過表達MEG3 可增強IGF1 的表達，抑制miR-27a-3p 的表達，進而促進牙周膜干細胞的成骨分化。LncRNA MSC-AS1 通 過microR-NA-140-5p 海綿上調骨形成蛋白2（BMP2），促進BMSCs 成骨分化[14]。LncRNA LOC100506178 通過海綿調節miR-214-5p促進調節BMP2 的表達，提示LOC100506178 是成骨分化的正向調節因子[15]。然而有研究發現LncRNA DANCR、HOTAIR 及SEMA3B-AS1 等均是成骨分化的負向調節劑[16，17]。Tong 等[18]在OP 相關循環單核細胞與LncRNA 作用的實驗中發現，DANCR 能促進細胞因子TNF-α 和IL-6 的表達，而TNF-α 和IL-6 參與破骨細胞的生成，從而抑制成骨分化。LncRNA HOTAIR 通過Wnt/β-catenin通路抑制相關蛋白的表達，從而抑制大鼠BMSCs 的成骨分化[17]。作為反義LncRNA 的一種，SEMA3BAS1 抑制人骨髓間充質干細胞（hMSCs）的增殖和成骨分化，而這可能與hMSCs 成骨系譜的改變有關[19]。

1.2 LncRNA 與破骨細胞 在骨吸收過程中，LncRNA調控的信息較少，LncRNA 對破骨細胞的調控也分為正向調節及負向調節。Han 等[20]發現，與健康人群相比，LncRNA TUG1 在OP 患者血清中表達較高，TUG1 過表達可促進破骨細胞增殖，進一步實驗采用siRNA 敲低則結果相反。樊萍等[21]研究發現，LncRNA NEAT1 在破骨分化過程中表達量上調，進一步研究通過敲低NEAT1 的表達小鼠破骨細胞活性降低，提示NEAT1 誘導巨噬細胞系RAW264.7 細胞向破骨方向分化。LncRNA MIRG 作為miR-1897 的ceRNA，上調活化T 細胞核因子（NFATc1）的表達，從而促進破骨細胞生成[22]。此外，Liu 等[23]研究發現上調LncRNA AK077216 的水平會促進破骨細胞增殖和NFATc1 的表達。而LncRNA BMNCR 在OP 小鼠的脾臟和骨髓中低表達，進一步研究BMNCR 在調節核因子受體激活因子-κB 配體（RANKL）誘導破骨細胞分化中的作用，表明LncRNA BMNCR 對破骨細胞分化有抑制作用，可作為OP 治療的潛在靶點[24]。

1.3 LncRNA 與信號通路 骨吸收與骨形成的協調過程，既需要各個細胞間的信息交流，也需要細胞內多條通路的信號轉導。隨著對骨代謝研究逐漸增加，發現多條經典通路如Wnt/β-catenin 通路、MAPK 通路、TLR 通路等。近年來研究發現，LncRNA 作為信號分子參與信號通路，從而對骨代謝進程進行調控。LncRNA POIR 抑制Wnt/β-catenin通路的活化，而Wnt 通路的激活會下調LncRNA HOTAIR的表達[25]；LncRNA H19通過吸附miR-22 激活Wnt 信號通路，還能通過抑制Dickkopf-4（DKK4）的表達，促進Wnt 通路的激活[26]。LncRNA SNHG1 可通過Nedd4 介導的泛素化抑制MAPK活化，從而抑制成骨分化，因此抑制SNHG1 可能是促進成骨分化的潛在治療靶點[27]；LncRNA MALAT1 通過激活SAA3，增加炎癥介質的表達，參與MAPK 通路的調控。此外，LncRNA NEAT1參與調控TLR2 通路，而TLR2 通路激活后會上調LncRNA-COX2 的表達[28]。

1.4 LncRNA 與鈣離子 鈣是機體生理活動必不可缺的元素，超過99%的鈣離子分布于人體骨組織中，因此鈣離子研究是治療OP 的關鍵。鈣離子通路的調控與鈣離子吸收和骨代謝息息相關，而LncRNA 通過調節與鈣相關信號參與骨代謝進程。胡智旭[29]通過研究絕經后OP 腎陰虛證中LncRNA的表達特征及基因調控網絡，發現腎陰虛證組與正常組和腎陽虛證組比較，有8 個共同差異表達LncRNA 參與鈣離子代謝等12 條信號轉導通路的調控。Wang 等[30]發現LncRNA A_30_P01018532與炎癥和免疫反應有關，其表達上調可以明顯提高細胞內鈣離子水平。另外，有學者在研究鼻咽癌的發病誘因過程中發現，沉默LncRNA FOXD3后可以大幅度增加細胞的鈣離子濃度[31]。盡管OP 與鈣離子水平關系密切，但LncRNA 調控鈣離子文獻報道較少，鈣離子水平是否影響OP 發病有待進一步研究。

2 LncRNA 與骨性關節炎

骨性關節炎（Osteoarthritis，OA）是最常見的慢性退行性關節疾病，其癥狀為關節腫脹、疼痛、僵硬等。目前，OA 的發病機制尚不清楚，但普遍認為與細胞外基質（Extracellular matrix，ECM）合成代謝與分解代謝不平衡密切相關[32]。近年來，LncRNA 在OA 中的作用機制研究逐漸增加，其可能參與調控ECM 蛋白水解、血管生成、調節炎癥反應、抑制軟骨細胞凋亡等。

2.1 調控ECM 蛋白水解的LncRNA 軟骨ECM降解酶主要是解聚素金屬蛋白酶（ADAMTS）和基質金屬蛋白酶（MMP）。研究發現，LncRNA 可能通過調控ADAMTS 和MMP 影響軟骨細胞的表達，而LncRNA CIR 可抑制ADAMTS-5 和MMP-13 的表達，促進蛋白聚糖的合成代謝，從而減輕關節軟骨損傷[33]。Zheng 等[34]發現LncRNA GAS5 在OA 軟骨細胞中表達上調，能夠增強ADAMTS-4、MMP 等蛋白酶的表達，促進ECM 降解。LncRNA H19 已被發現是miR-675 的前體，上調Ⅱ型膠原的表達，從而調控軟骨細胞表達。另有一項研究表明，H19在OA 軟骨組織中的表達上調，可能通過抑制miR-140-5p 促進ECM 的降解和骨化，從而參與OA 的進展[35]。因此，H19 在OA 基質合成與降解中起關鍵作用。

2.2 調節滑膜關節血管生成的LncRNA 血管生成是指脈管系統中生出新血管，在組織修復和生長發育過程中起到重要作用。盡管調控OA 血管生成的分子途徑尚未明確，但血管生成過程就是促血管生成因子和抑制血管生成因子的動態均衡過程，其中促血管生成因子包括一氧化氮、細胞因子、調節肽、血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）等。Su 等[36]研究發現LncRNA MEG3 在OA軟骨組織中表達顯著下調，且與VEGF 水平呈負相關，提示MEG3 可能通過調節血管生成參與OA 的進程。另有研究顯示MEG3 能夠通過激活P53 負調控VEGF 轉錄。因此，抑制血管生成為OA 的治療提供了新思路。

2.3 調節炎癥反應的LncRNA OA 的主要病理表現為滑膜炎癥和軟骨降解，近年來，越來越多的LncRNA 被確定與炎癥通路調節相關，且在關節組織中呈差異表達。目前研究發現LncRNA 參與調節OA 炎癥反應的途徑包括NF-κB 信號通路與p38/MAPK 通路等。NF-κB 通路可激活多種炎癥細胞因子，因此治療炎癥性疾病的有效方法之一是抑制NF-κB 通路。Pearson 等[37]研究發現，與健康軟骨相比，LncRNA CILinc01 和LncRNA CILinc02 在OA 軟骨中表達降低，且此非編碼RNA通過調節HIVEP2 基因表達抑制NF-κB 活性，表明CILinc01 和CILinc02 可能在調節OA 炎癥病理反應中發揮重要作用。研究表明，LncRNA MEG3在兔OA 模型中低表達，進一步實驗過表達MEG3可明顯抑制炎癥因子和TNF-α 的表達，進而保護關節軟骨[38]。轉導通路p38 是MAPK 家族控制炎性反應的重要成員之一，TNF-α 及炎癥因子等炎癥刺激能誘導內源性免疫細胞內的p38 激活。有研究發現[39]，LncRNA HULC 可通過下調miR101抑制NF-κB 及MAPK 通路的激活，從而減輕炎癥因子與TNF-α 誘導的炎癥損傷，提示HULC 可能是OA 中重要的調控因子。

2.4 調控軟骨細胞增殖或凋亡的LncRNA 細胞凋亡是一種高度特異性調控方式，稱為Ⅰ型細胞程序性死亡。眾所周知，OA 的關鍵因素是細胞凋亡引起軟骨細胞數量減少[40]，因此抑制軟骨細胞凋亡可以作為治療OA 的新途徑。研究發現LncRNA SNHG5 在OA 組織中顯著下調，且SNHG5 通過miR-26a/SOX2 信號軸促進軟骨細胞增殖和遷移[41]。另有研究表明，LncRNA UFC1 在正常軟骨細胞中顯著下降，但UFC1 作為軟骨細胞增殖的正調節劑，能促進軟骨細胞增殖進而調節軟骨細胞存活。Song 等[42]通過OA 軟骨細胞和正常軟骨細胞相比，發現OA 軟骨細胞中生長阻滯特異性轉錄因子5（GAS5）過表達將刺激軟骨細胞凋亡。此外，LncRNA HOTAUR在OA 關節滑液中表達上調，進一步研究發現抑制HOTAUR 表達能降低IL-1β 介導的OA 軟骨細胞凋亡，提示HOTAUR 對OA 軟骨細胞有促凋亡作用。

3 LncRNA 與骨肉瘤

骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）好發于兒童和青少年，這可能與青春期脛骨近端和股骨遠端的骨骺生長板生長迅速相關，通常生存結局較差。盡管多模式的治療方式將其生存率提高到60%[43]，但預后仍不理想，且OS 發病的潛在分子機制尚未明確。近年來，隨著對LncRNA 研究的深入，發現LncRNA在OS 診斷、治療及預后評估方面具有應用前景。

3.1 LncRNA 與OS 早期診斷 疼痛是早期骨肉瘤最常見的癥狀，常與年輕患者生長痛界定不清，最終確診時間較晚。盡管早期血液中檢測到堿性磷酸酶升高可以輔助診斷OS，但由于堿性磷酸酶缺乏特異性，診斷價值具有局限性[44]。Huo 等[45]發現，與健康者相比，LncRNA MALAT1 在OS 患者血清中的表達水平顯著升高，并且與腫瘤大小及轉移等存在相關性。有學者通過對OS 患者術前術后及健康志愿者血清中LncRNA FAL1 的表達情況進行比較，發現患者術前血清中FAL1 表達高于術后及健康志愿者[46]。雖然LncRNA MALAT1、LncRNA FAL1、LncRNA HOTAIR 等在OS 患者中異常表達，但上述LncRNA 的敏感度和特異性尚需臨床進一步驗證。

3.2 LncRNA 與OS 化療敏感性 目前，OS 的治療主要是手術切除和術后化療相結合，但由于不同個體OS 細胞對化療藥物的敏感性不同，導致化療效果不理想。因此，分析OS 耐藥性與LncRNA 的關系，可為OS 的治療提供新的方向。Zhang 等[47]研究發現，LncRNA ODRUL 通過上調耐藥相關性ABCB1基因，增加OS 對阿霉素的耐藥性，從而抑制癌細胞的凋亡。還有學者提出FOXC2-AS1 也通過上調ABCB1 基因表達提高OS 對阿霉素的耐藥性[48]。有研究顯示[49]，LncRNA CTA 通過抑制細胞自噬增加OS 組織對阿霉素的敏感性。關于LncRNA 與OS 化療敏感性關系的研究較少，未來還需更多研究了解LncRNA 對化療藥物的影響。

3.3 LncRNA 與OS 預后評估 研究發現，LncRNA表達與OS 臨床預后有關。Ren 等[50]研究發現，在臨床分期晚期、腫瘤體積大的患者，FOXD2-AS1表達顯著提高，這類患者通常預后較差。此外，LncRNA ANRIL 高表達也提示OS 患者腫瘤體積增大，進一步通過大鼠體內實驗發現，敲除ANRIL 基因腫瘤體積減小，證實了ANRIL 在OS 發展及轉移中的作用[51]。因此，明確LncRNA 與OS 預后評估的關系，可為手術和術后化療時機提供依據。

4 小結

綜合國內外相關報道，關于LncRNA 在骨代謝中的研究我國處于比較前沿的水平，但對LncRNA的研究仍處于起步階段，需進一步深入，如對相關LncRNA 的系統分析，LncRNA 對成骨細胞、破骨細胞的作用，以及在骨質疏松癥、骨性關節炎、骨腫瘤等骨代謝疾病中作用機制的研究。