miR-146a介導TLR4/NF-κB信號通路延緩骨關節炎的作用及機制

劉建軍 李元貞 王多賢 陳欣, 齊偉 韓憲富 謝興文,*

1.甘肅中醫藥大學附屬醫院,甘肅 蘭州730000

2.甘肅中醫藥大學,甘肅 蘭州730000

骨關節炎(osteoarthritis, OA)是以受累關節腫脹、疼痛、畸形為主要癥狀的臨床常見病,好發于50歲至70歲之間的中老年人[1]。隨著老齡化社會進程,OA表現出高發病、高致殘、治療周期長的特點,不僅影響患者的生活質量,而且還增加額外醫療支出[2]。目前其發病機制尚未明確,研究證明,TLR4/NF-κB信號通路與OA低度慢性炎癥發病機制密切相關[3-4]。隨著OA的發生,炎癥因子調控TLR4/NF-κB信號通路關鍵分子促進關節滑膜、軟骨免疫炎癥循環,導致關節慢性低度炎癥反應,加速OA進程[5]。研究發現,miR-146a是固有免疫炎癥反應關系密切的miRNA成員之一,在OA進程中發揮重要作用,負反饋調節軟骨細胞的凋亡以及機體炎癥因子的釋放,延緩OA發生發展[6-10]。因此,通過對miR-146a調控TLR4/NF-κB信號通路相關機制進行研究,進一步了解OA的發病機制,為靶向治療OA提供新的治療策略。

1 miR-146a對TLR4/NF-κB信號通路的影響

1.1 miR-146a

微小RNAs(microRNAs, miRNAs)是一類約18～25個核苷酸組成的保守型非編碼短鏈RNA序列,主要通過靶向結合mRNAs的3’-非翻譯區(UTR)參與基因表達,引起靶基因mRNAs的降解、抑制mRNAs轉化為蛋白質[11]。miR參與了多種疾病細胞衰老和細胞信號級聯的調控過程[12]。其中,miR-146是與固有免疫炎癥反應密切相關的miRNAs家族成員之一[13]。miR-146通過TLR4、MyD88、NF-κB和Akt等信號通路抑制機體炎癥因子的產生,參與了多系統免疫炎癥相關疾病的發生與發展,如固有免疫、炎性反應、細胞分化、癌癥以及其他類型的疾病[14]。miR-146家族明星分子miR-146a和miR-146b在不同物種中具有高度保守性。人miR-146a源于5號染色體LOC285628基因的第2個外顯子區域調控機體炎癥性病變[15]。研究和探索miR-146a在調控炎癥反應循環鏈的作用機制,可以為OA的治療提供靶點和新思路[16-17]。

1.2 miR-146a調控TLR4/NF-κB信號通路

OA病理過程中軟骨細胞程序性死亡產生損傷相關的分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)活化的固有免疫細胞Toll樣受體(TLRs)家族成員及髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)。NF-κB是TLR4蛋白下游負責調解炎癥的樞紐信號蛋白,無致病原侵襲的生理狀態下NF-κB二聚體可與IKB(抑制蛋白)結合組成三聚體,使蛋白失活。當致病原侵襲機體或細胞后形成DAMPs被固有免疫細胞表面模式識別受體(pattern recognition receptor,PRR)啟動固有免疫應答促進炎性細胞的分泌[18]。炎性細胞因子加速細胞程序性死亡導致細胞釋放DAMPs,形成炎癥惡性循環鏈[19]。因此,TLR4、NF-κB是免疫炎癥信號傳導的核心轉錄因子,參與了OA的發病機制,干預該通路能夠抑制膝關節骨性關節炎(knee osteoarthritis, KOA)發展[20]。研究顯示,KOA退變軟骨中TLR4、NF-κB基因及蛋白的表達升高[21],TLR4/NF-κB信號通路介導的自身免疫與KOA的發生、發展密切相關[22]。小分子藥物淫羊藿苷[23]、連翹苷元[24]、丹參酮ⅡA[25]、白藜蘆醇[26]等可抑制TLR4/NF-κB信號通路發揮延緩KOA的作用。同時,針刺可以抑制TLR4及下游MyD88、NF-κB的表達,延緩軟骨退變和炎癥治療OA[27-29]。因A此,通過調控TLR4/NF-κB免疫炎癥信號通路可以靶向抑制炎癥反應和延緩軟骨退變治療OA。

miR-146a是參與炎癥應答最重要的miRNA之一[30-31]。研究表明miR-146a可通過負反饋調節TLR4信號通路MyD88募集和活化下游IL-1受體相關激酶家族(interleukin-1 receptorassociatedkinases, IRAKs)和腫瘤壞死因子受體相關因子6(tumornecrosis factor receptor-associated factor 6, TRAF-6),形成MyD88-IRAKs-TRAF-6復合體參加信號傳導,降低NF-κB靶基因IKK的表達水平、抑制炎癥因子(如:IL-6、IL-8、IL-1β、TNF-α)轉錄、釋放[32-33]。隨著miR-146a水平的升高,MyD88水平會進一步降低,激活的IKK則會減少,進一步降低信號通路下游的促炎因子分泌[34-35]。miR-146a在參與該循環過程時,作為一種負性炎癥介質釋放調節劑,調節TLR4/NF-κB信號通路延緩OA的進程。所以,我們可以通過促進miR-146a的表達,減少TLR4及NF-κB的積累,進而調控免疫炎癥信號通路來抑制炎癥因子和軟骨分解代謝因子延緩OA的進展。

2 miR-146a對OA的影響

2.1 miR-146a介導TLR4/NF-κB信號通路影響OA炎癥反應

研究發現,OA是軟骨和滑膜之間的低度炎癥正反饋循環疾病[36-37]。由于關節軟骨的退變及磨損產生的壞死細胞、組織碎片釋放到關節腔刺激滑膜巨噬細胞和成纖維細胞產生和釋放炎癥細胞因子和趨化因子等損傷相關分子模式因子(DAMPs)[38-39]。DAMPs激活軟骨細胞、成骨細胞和滑膜細胞的表面TLR4模式識別受體調控NF-κB信號通路關鍵轉錄因子和釋放分解代謝因子,導致關節軟骨、滑膜炎癥反應循環,進一步促進軟骨細胞凋亡、軟骨細胞外基質(extracellular matrix, ECM)降解,臨床表現為軟骨退變、關節疼痛等[40-41]。因此,通過調控炎癥反應相關基因表達抑制免疫炎癥信號通路,下調炎癥因子表達和阻斷炎癥循環延緩軟骨退變。

研究發現,miR-146a是OA炎癥反應負調控因子,能降低炎癥因子的表達水平,從而減弱炎癥因子對TLR4/NF-κB信號通路的激活[42-43]。miR-146a可以負調控TLR4/NF-κB免疫炎癥信號通路,抑制滑膜巨噬細胞和中性粒細胞吞噬壞死的細胞及組織保護軟骨細胞[44]。因此靶向調控miR-146a的表達負向抑制炎癥因子延緩軟骨退變而保護關節退行性改變達到治療的效果。

2.2 miR-146a介導TLR4/NF-κB信號通路影響OA軟骨退變

軟骨細胞和軟骨細胞外基質(ECM)是軟骨的主要組成,共同維持軟骨內穩態平衡。軟骨細胞產生膠原蛋白和蛋白聚糖維持軟骨ECM穩態,軟骨ECM骨架結構保護軟骨細胞并傳遞化學信號,軟骨細胞凋亡與軟骨ECM降解是軟骨退變的生物學標記,也是預防軟骨退變的重要靶點。軟骨細胞對關節腔內的機械和生化信號的變化非常敏感[45]。隨著衰老及衰老表型分泌趨于積累常導致軟骨細胞的外環境發生改變,通過多途徑信號通路調節軟骨細胞代謝及ECM的穩態影響OA的病情發展[46]。其中,TLR4/NF-κB免疫炎癥信號通路是參與軟骨細胞代謝、抗氧化應激過程,調控軟骨細胞程序性死亡的重要分子信號通路之一。TLR4/NF-κB上調編碼iNOS和COX-2 mRNA表達活化軟骨ECM重要的降解因子基質金屬蛋白酶(matrix metallopmteinases,MMPs)[4]。MMPs抑制膠原蛋白和蛋白聚糖的合成,使得細胞外基質層中的ACAN、COLII含量降低、MMPs、ADAMTS基因蛋白表達水平升高導致軟骨ECM代謝穩態失衡,促進軟骨ECM降解和軟骨細胞凋亡導致軟骨破壞現象[47]。

miR-146a家族中主要成員有miR-146a-5p和miR-146a-3p[48],這些成員根據其作用靶基因的性質常被標記為免疫炎癥抑制因子,并在多種疾病的病理過程中發揮重要作用[49]。研究發現,miR-146a-5p是調節軟骨細胞修復和保護軟骨延緩軟骨退變的保護基因[50]。miR-146a-5p通過降低TRAF6表達抑制TLR4/NF-κB信號通路的激活,從而保護軟骨細胞與細胞外基質,延緩軟骨退變。同時miR-146a-5p在OA關節液中高表達并參與炎性疼痛發生發展[51]。miR-146a-3p也參與OA早期的發生發展進程。研究發現,miR-146a-3p上調OA大鼠ACAN、SOX-9、CoLⅡ蛋白表達水平保護軟骨ECM,延緩軟骨退變治療OA[52]。楊國紅等[53]報道,miR-146a-3p能下調MMP-13和COMP表達延緩早期OA病理過程。基于miR-146a是延緩軟骨退變治療OA的重要靶標基因研究成為熱點。啟動miR-146a下調軟骨及滑膜細胞炎癥因子的表達及抑制免疫炎癥相關信號通路傳遞延緩OA軟骨退變和炎癥的進展。研究發現,miR-146a的靶向抑制劑MALAT1下調MMP-13和ADAMTS-5蛋白表達水平,上調COL2A1和ACAN蛋白表達水平,抑制軟骨細胞凋亡治療OA[54]。因此,miR-146a介導TLR4/NF-κB信號通路是抑制炎癥反應延緩關節軟骨退變重要調控途徑。

3 總結及展望

骨關節炎已成為嚴重的社會負擔,嚴重的病情造成中老年人肢體殘疾和經濟負擔。目前,非甾體類抗炎藥是發揮抗炎作用抑制炎癥反應減輕患者關節疼痛治療OA,但是,長時間服用有消化道出血風險。因此,研究OA的病理機制進行早期干預有重要研究意義。低度炎癥反應在OA軟骨退變病理過程中具有關鍵作用。通過調控炎癥相關基因表達能延緩OA軟骨的破壞病變具有重要的意義。目前越來越多的研究關注miR-146a對軟骨成分的調控。因此,調控miR-146a表達干預免疫炎癥信號通路能夠延緩軟骨退變及抑制炎癥反應治療OA。針對OA低度慢性炎癥機制調控miR-146a干預免疫炎癥反應通路阻斷炎癥因子循環為改善OA病情藥物提供更多的選擇。miR-146a通過介導TLR4/NF-κB信號通路抑制免疫炎癥反應,下調炎癥因子水平,降低細胞程序性死亡,保護軟骨細胞,維持軟骨細胞ECM穩態是治療OA的可能的分子機制。因此,上調miR-146a或者促進miR-146a與TLR4/NF-κB信號通路關鍵蛋白結合的治療手段或途徑可能在OA炎癥和軟骨退變病理中發揮重要作用。目前基于miR-146a介導TLR4/NF-κB信號通路治療OA的治療藥物研究處于理論階段,對于OA作用效果需要進一步實驗研究的支持。