微小RNA对骨关节炎发生发展影响的研究进展

顾宗欣，王五洲

(1.湖北省第三人民医院阳逻院区骨外科，湖北 武汉 430415；2.中国人民解放军第89医院骨外科，山东 潍坊 261021)

微小RNA对骨关节炎发生发展影响的研究进展

顾宗欣1，王五洲2*

(1.湖北省第三人民医院阳逻院区骨外科，湖北 武汉 430415；2.中国人民解放军第89医院骨外科，山东 潍坊 261021)

关节炎是一种常见的累及运动系统的慢性疾病，根据其不同的致病机制，可分为骨关节炎(osteoarthritis，OA)和风湿性关节炎(rheumatoid arthritis，RA)两大类。骨关节炎是由于关节软骨基质的代谢平衡被打破，继而引发关节产生退行性病变的慢性疾病，其病理变化主要是关节软骨的退变及软骨细胞外基质的改变[1]。OA主要的临床表现为：受累关节的疼痛、肿胀、畸形及活动受限。我国60岁以上人群OA的患病率为50%，75岁以上人群患病率达80%，且该病的致残率达53%[2]。近年来，OA的一些研究已取得了较大的进展，但关于OA的发病及其病理过程的分子机制尚不清楚。

人类基因组中有超过98%的序列不编码蛋白质，这些不能编码蛋白质的RNA分子统称为非编码RNA(non-coding RNA)[3]。微小RNA(micro RNA，miRNA)是一类来源于内源性染色体上的非编码单链RNA，长度约为22个核苷酸[3]。研究发现，几乎所有的多细胞生物中均已发现各种不同种类的miRNA。miRNA在进化上具有高度的保守性，能够通过与靶基因的信使RNA(mRNA)特异性的碱基互补配对，引起靶mRNA降解或抑制其翻译，从而对基因进行转录后的表达调控[4]。大量研究表明，miRNA参与生命过程中一系列的重要进程，如细胞分化、凋亡、增殖、脂肪代谢、炎症、免疫应答及肿瘤发生等[5]。

近年来的研究发现，miRNA的表达差异与OA发生、发展过程中关节软骨破坏、软骨细胞凋亡、炎症以及疼痛等病理变化密切相关。已经有越来越多的文献报道miR-675miR-223、miR-140和miR-146a等与关节炎的发生及发展存在密切的联系。研究发现，miR-140在导OA中起着保护作用，在小鼠中敲低miR-140的表达，可诱导OA的发生，而超表达miR-140可延缓小鼠骨关节炎的的发生。研究报道，miR-675的表达能够正向调控Ⅱ型胶原的表达，对OA的治疗及关节软骨的恢复起着一定的积极作用。最近发现miR-223在软骨细胞中高表达，抑制miR-223能显著降低软骨细胞相关转录因子的表达并阻碍软骨细胞形成，从而诱发OA的发生。本文就miRNA与OA关系的研究进展综述如下。

1 miRNA在OA中的异常表达

随着miRNA的发现以及研究的深入，越来越多的miRNA被证明在OA中异常表达。表达上调或者下调miRNA与OA的发生发展等过程密切相关。Tew等[6]检测365例OA和正常人软骨组织中miRNA的表达，发现16个miRNA存在差异表达。Díaz-Prado等[7]发现1个miRNA在OA软骨组织中呈现高表达，而6个miRNA在OA软骨组织中呈现低表达。Zhang等[8]报道8个miRNA在OA软骨组织中呈现高表达，而4个miRNA在OA软骨组织中呈现低表达。

1.1 OA中表达上调的miRNA Wang等[9]研究发现miR-98在OA软骨组织中的表达明显高于正常软骨组织；Zhang等[10]研究发现miR-21在OA软骨组织中呈现高表达；研究报道miR-139亦在OA软骨组织中呈现高表达。通过miRNA芯片发现miR-30b在OA软骨组织中的表达明显高于正常软骨组织。最近研究发现，miR-155、miR-223及miR-146a等亦在OA软骨组织中呈现高表达。

1.2 OA中表达下调的miRNA Zhang等[11]研究发现，miR-502-5p在OA软骨组织中的表达明显低于正常软骨组织。Song等[12]研究发现miR-222低表达于OA软骨组织。通过miRNA芯片发现miR-29a和miR-140在OA软骨组织中异常表达，进一步验证发现上述两种miRNA在OA软骨组织中呈现明显低表达。最近研究发现，miR-675亦在OA软骨组织中低表达[13]。

2 miRNA在OA中的作用

2.1 miRNA对软骨细胞的增殖影响 OA的发生与软骨细胞的增殖密切相关。当细胞增殖能力遭到破坏，细胞数目将会减少，从而导致OA的发生。一些miRNA可通过抑制软骨细胞增殖导致细胞减少，从而诱导OA发生。例如：Yan等[14]发现，体外过表达miR-34a可明显抑制软骨细胞的增殖，而敲低miR-34a则可促进软骨细胞的增殖；Gu等[15]报道体外过表达miR-9可促进软骨细胞的增殖，同时敲低miR-9可抑制软骨细胞的增殖。Tu等[16]研究发现，miR-127-5p可参与调控软骨细胞的增殖过程，上调miR-127-5p可抑制软骨细胞的增殖，进而加速OA的发展。研究报道，体外下调miR-139可促进软骨细胞的增殖，而体外过表达miR-210亦可促进软骨细胞的增殖。

2.2 miRNA对关节软骨基质的影响 人血小板反应蛋白解整合素金属肽酶5(a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 5，ADAMTS-5)和基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13，MMP-13)被认为是导致 OA 关节软骨基质降解的重要水解酶。Miyaki等[17]研究发现miR-140可调控ADAMTS-5的表达，当miR-140表达下调后，可引起ADAMTS -5表达增加，进而引发软骨基质的降解，最终导致OA的发生。Ji等[18]发现miR-30a与ADAMTS-5在OA组织中呈现负相关，过表达miR-30a可显著下调ADAMTS-5 的表达。Li等[19]发现miR-146a在OA组织中呈现高表达，敲低miR-146a可上调ADAMTS-5 的表达，进而诱导OA的发生。近年来研究发现，MMP-13 也受miRNA 的调控。例如，研究发现当使用miR-27a抑制物处理软骨细胞后，MMP-13的表达可明显升高。Wang等[20]发现miR-411与MMP-13在OA组织中呈现负相关，MMP-13是miR-411的靶基因，过表达miR-411可显著下调MMP-13的表达。miR-27b在OA关节软骨中表达的下降与MMP-13 表达的上升密切相关，进一步研究发现miR-27b 通过与MMP-13 mRNA 上的3’-UTR 结合抑制 MMP-13 的转录从而达到阻断软骨细胞内MMP-13蛋白的表达。

2.3 miRNA对软骨细胞的凋亡的影响 软骨细胞凋亡是OA病程中重要的分子事件。近年来研究表明，miRNA在OA发生中具有调节细胞凋亡的能力。在OA动物模型中发现软骨细胞凋亡的数量随着miR-34a表达水平的增加而增加，当用miR-34a抑制物处理OA动物模型后，软骨细胞凋亡明显减少。Wang等[9]发现miR-98可抑制软骨细胞凋亡，上调miR-98可作为治疗OA的一种新的分子途径。Wang等[21]报道miR-142-3p可通过下调高迁移率族蛋白1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)进而抑制软骨细胞凋亡。Yan等[14]发现过表达miR-34a可促进软骨细胞凋亡，其作用机制主要通过抑制SIRT1/p53信号通路。此外，Song等[12]研究发现miR-222在OA组织中低表达，升高miR-222可抑制软骨细胞凋亡。

2.4 miRNA对软骨细胞炎症的影响 对OA患者病变关节组织的病理学研究证实炎症在OA的发生发展过程中起关键的作用。研究发现miR-146a通过调节单核细胞或巨噬细胞表面的Toll受体而参与OA的急性炎症反应过程，而脂多糖可诱导OA组织中miR-146a的表达，进而刺激炎性细胞因子的表达。Wang等[21]发现过表达miR-142-3p可抑制软骨细胞炎症因子的表达，而干扰miR-142-3p则可增加软骨细胞炎症因子的表达。Tardif等[22]报道miR-140可抑制OA动物模型中软骨细胞的炎症反应，提示miR-140可作为治疗OA炎症反应的重要分子。Yang等[23]报道miR-365可促进关节软骨炎症因子的表达，进而诱导OA的发生及发展。此外，Zhang等[11]亦发现miR-502-5p可通过抑制白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)，进而延缓OA组织中炎症的发生。

3 miRNA与OA疼痛

疼痛是绝大多数OA患者的主要临床症状，亦是引起OA患者活动受限的主要原因之一。因而，缓解或减轻疼痛是目前治疗OA的首要目标。疼痛主要由周围疼痛感受器与中枢感觉系统之间的信号传导聚集所产生。研究发现，miRNA与OA疼痛密切相关。例如，miR-146a对白细胞介素-1受体相关激酶1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)和肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6)具有重要调控作用，其主要通过改变上述细胞因子的表达进而影响神经细胞的分化，最终影响疼痛发生[24]。过表达miR-199a-3p可上调OA动物模型中炎症因子的表达，进而诱发疼痛效应，脊柱中miR-146a和miR-183的表达异常亦可加剧膝关节的疼痛。MiR-558在OA组织呈现低表达，转染miR-558模拟物可抑制炎症因子的表达并减轻疼痛。

4 miRNA与OA的早期诊断

最新研究发现，miRNA对OA的早期诊断具有重要提示作用。如miR-146a、miR-155和miR-223在OA患者血清中的表达明显高于正常患者，同时统计学分析发现上述miRNA可作为OA辅助诊断的标志物。Beyer等[25]发现let-7e在OA患者血清呈现低表达，let-7e可作为诊断OA的标志物。此外，研究报道miR-4284和miR-1282亦可作为诊断OA的标志物。

5 miRNA与OA的治疗

一些研究表明miRNA可能作为未来治疗OA的分子靶点。例如，通过向关节内注射miR-34a抑制物，成功降低软骨细胞Col2a1的表达并增加iNOS表达，进而缓解OA的发展过程。通过向关节内注射miR-15a模拟物，抑制软骨细胞B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，BCL-2)蛋白的翻译，进而诱导增殖的软骨细胞的凋亡以减轻局部炎症，达到缓解症状的作用。Cui等[26]发现过表达miR-634可抑制软骨基质生成并缓解OA的病程。此外，通过向关节内注射miR-26a-5p模拟物，可抑制NF-κB信号通路，进而缓解OA的病程。

6 结论与展望

综上所述，随着我国老龄化进程的不断加速，OA正日益成为我国社会的重大负担。miRNA作为对基因表达起重要调节作用的一类小分子RNA，其在OA中的作用越来越引起重视。研究发现，大量miRNA在OA组织中呈现异常表达，并与OA的发病密切相关。

由于其良好的组织特异性和时序性，使得miRNA在OA的早期诊断及治疗方面具有无法比拟的优势。虽然对miRNA与OA的研究尚不够深入，但通过改变OA过程中miRNA的表达水平调控下游相关基因变化，进而直接影响OA的病理过程，将作为OA临床治疗提供新的思路。目前为止，miRNA在OA中的研究仍处于初步探索阶段，面临的困难较多，如研究手段的相对贫乏、高质量的数据库的缺乏以及大多数miRNA在OA中作用的分子机制尚不明确等。但我们坚信，随着研究的日益深入，这些问题将会被一一破解，也许在不久的将来这些神奇的miRNA将为OA的治疗带来新的变革。

[1]Hughes A，Oxford AE，Tawara K，et al.Endoplasmic reticulum stress and unfolded protein response in cartilage pathophysiology；Contributing factors to apoptosis and osteoarthritis [J].Int J Mol Sci，2017，18(3)：E665.

[2]Wang K，Xu J，Cai J，et al.Serum levels of interleukin-17 and adiponectin are associated with infrapatellar fat pad volume and signal intensity alteration in patients with knee osteoarthritis [J].Arthritis Res Ther，2016(18)：193.

[3]Esteller M.Non-coding RNAs in human disease [J].Nat Rev Genet，2011，12(12)：861-874.

[4]Huang W.MicroRNAs：Biomarkers，Diagnostics，and Therapeutics [J].Methods Mol Biol，2017(1617)：57-67.

[5]Mendell JT.MicroRNAs：critical regulators of development，cellular physiology and malignancy[J].Cell Cycle，2005，4(9)：1179-1184.

[6]Tew SR，McDermott BT，Fentem RB，et al.Transcriptome-wide analysis of messenger RNA decay in normal and osteoarthritic human articular chondrocytes [J].Arthritis Rheumatol，2014，66(11)：3052-3061.

[7]Díaz-Prado S，Cicione C，Muios-Lpez E，et al.Characterization of microRNA expression profiles in normal and osteoarthritic human chondrocytes[J].BMC Musculoskelet Disord，2012(13)：144.

[8]Zhang Z，Kang Y，Zhang Z，et al.Expression of microRNAs during chondrogenesis of human adipose-derived stem cells[J].Osteoarthritis Cartilage，2012，20(12)：1638-1646.

[9]Wang GL，Wu YB，Liu JT，et al.Upregulation of miR-98 inhibits apoptosis in cartilage cells in osteoarthritis[J].Genet Test Mol Biomarkers，2016，20(11)：645-653.

[10]Zhang Y，Jia J，Yang S，et al.MicroRNA-21 controls the development of osteoarthritis by targeting GDF-5 in chondrocytes [J].Exp Mol Med，2014(46)：e79.

[11]Zhang G，Sun Y，Wang Y，et al.MiR-502-5p inhibits IL-1β-induced chondrocyte injury by targeting TRAF2[J].Cell Immunol，2016(302)：50-57.

[12]Song J，Jin EH，Kim D，et al.MicroRNA-222 regulates MMP-13 via targeting HDAC-4 during osteoarthritis pathogenesis[J].BBA Clin，2014，(3)：79-89.

[13]Steck E，Boeuf S，Gabler J，et al.Regulation of H19 and its encoded microRNA-675 in osteoarthritis and under anabolic and catabolic in vitro conditions[J].J Mol Med (Berl)，2012，90(10)：1185-1195.

[14]Yan S，Wang M，Zhao J，et al.MicroRNA-34a affects chondrocyte apoptosis and proliferation by targeting the SIRT1/p53 signaling pathway during the pathogenesis of osteoarthritis[J].Int J Mol Med，2016，38(1)：201-209.

[15]Gu R，Liu N，Luo S，et al.MicroRNA-9 regulates the development of knee osteoarthritis through the NF-kappaB1 pathway in chondrocytes [J].Medicine (Baltimore)，2016，95(36)：e4315.

[16]Tu M，Li Y，Zeng C，et al.MicroRNA-127-5p regulates osteopontin expression and osteopontin-mediated proliferation of human chondrocytes [J].Sci Rep，2016(6)：25032.

[17]Miyaki S，Sato T，Inoue A，et al.MicroRNA-140 plays dual roles in both cartilage development and homeostasis[J].Genes Dev，2010，24(11)：1173-1185.

[18]Ji Q，Xu X，Zhang Q，et al.The IL-1β/AP-1/miR-30a/ADAMTS-5 axis regulates cartilage matrix degradation in human osteoarthritis[J].J Mol Med (Berl)，2016，94(7)：771-785.

[19]Li X，Gibson G，Kim JS，et al.MicroRNA-146a is linked to pain-related pathophysiology of osteoarthritis[J].Gene，2011，480(1/2)：34-41.

[20]Wang G，Zhang Y，Zhao X，et al.MicroRNA-411 inhibited matrix metalloproteinase 13 expression in human chondrocytes[J].Am J Transl Res，2015，7(10)：2000-2006.

[21]Wang X，Guo Y，Wang C，et al.MicroRNA-142-3p inhibits chondrocyte apoptosis and inflammation in osteoarthritis by targeting HMGB1[J].Inflammation，2016，39(5)：1718-1728.

[22]Tardif G，Pelletier JP，Fahmi H，et al.NFAT3 and TGF-β/SMAD3 regulate the expression of miR-140 in osteoarthritis [J].Arthritis Res Ther，2013，15(6)：R197.

[23]Yang X，Guan Y，Tian S，et al.Mechanical and IL-1β Responsive miR-365 Contributes to Osteoarthritis Development by Targeting Histone Deacetylase 4 [J].Int J Mol Sci，2016，17(4)：436.

[24]Wang JH，Shih KS，Wu YW，et al.Histone deacetylase inhibitors increase microRNA-146a expression and enhance negative regulation of interleukin-1β signaling in osteoarthritis fibroblast-like synoviocytes [J].Osteoarthritis Cartilage，2013，21(12)：1987-1996.

[25]Beyer C，Zampetaki A，Lin NY，et al.Signature of circulating microRNAs in osteoarthritis [J].Ann Rheum Dis，2015，74(3)：e18.

[26]Cui X，Wang S，Cai H，et al.Overexpression of microRNA-634 suppresses survival and matrix synthesis of human osteoarthritis chondrocytes by targeting PIK3R1 [J].Sci Rep，2016(6)：23117.

1008-5572(2017)12-1102-04

R684.3

A

*本文通讯作者：王五洲

顾宗欣，王五洲.微小RNA对骨关节炎发生发展影响的研究进展[J].实用骨科杂志，2017，23(12)：1102-1105.

2017-04-26

顾宗欣(1972- )，男，副主任医师，湖北省第三人民医院阳逻院区骨外科，430415。