基于PubMed数据库对miR与骨代谢相关信号通路的文献研究

宋敏 巩彦龙* 刘涛 董万涛 黄凯 周灵通 刘小钰 蒋林博

1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000 2.甘肃中医药大学附属医院，甘肃 兰州 730000

骨代谢与骨质疏松症密切相关。随着我国人口老龄化进程的加快，骨质疏松症(osteoporosis，OP)发病率呈快速增长态势。在骨质疏松症参与骨代谢动态平衡的细胞调控分化过程中，存在着各种信号通路，包括参与调节成骨细胞分化、调节破骨细胞分化及钙信号等。自从1993年小分子RNA(miR)被带入研究领域后，这种小分子RNA的多样性和广泛性才被揭示出来，miR在OP发生的动态变化过程中发挥重要的作用[1]，参与调控OP发生相关的细胞、细胞因子、信号通路等。随着研究的不断进展，对miR调控的骨代谢相关研究从量的表象变化已经逐渐过渡到作用机制，进入了更深一步的研究。miR与骨质疏松多种信号通路存在密切的关系，成为潜在的检测标志物和治疗靶向点。本文将对miR与骨代谢相关信号通路的文献研究作一阐述。

1 资料与方法

1.1 检索对象

PubMed数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed)。

1.2 检索方法

文献类型选择(ARTICLE)或(REVIEW)，时间跨度为2000年-2016年，数据获取时间点为2016年6月，应用Bibexcel软件分别抽取文献主题词、副主题词和被引文献，对抽取的数据进行人工筛选，综合运用Citespace和Pajek软件进行处理，并结合专业知识将符合纳入、排除标准的文献分成若干信号通路。

1.3 文献纳入标准

分别从论文题目、摘要、讨论和其他信息等部分，对检索到的英文文献进行应用主题词、副主题词及与本研究内容一致性进行评价，所有被评估的文献均由2位研究者独立完成，再交叉核对结果。

1.4 文献排除标准

对检索到的文献未涉及到主题词、副主题词及与本研究内容无关的文章进行排除。

1.5 统计学处理

对检索的结果采用Excel 2003和SPSS 19.0软件进行数据统计学分析。

2 结果

2.1 PubMed数据库文献检索结果

在PubMed数据库中，以主题词miRNA、miR、microRNA，副主题词Signal pathway和Bone metabolism进行检索，分别检索到对应的主题词文献346篇、245篇、358篇。

2.2 文献纳入及排除流程(图1)

图1 文献纳入及排除流程图Fig.1 Flow chart of literature inclusion and elimination

2.3 miR与骨代谢相关信号通路文献数量柱状图(图2)

图2 miR与骨代谢相关信号通路文献数量柱状图Fig.2 Quantity histogram of miR and literatures

2.4 miR调控的与骨代谢相关信号通路(表1)

2.5 主要骨代谢信号通路参与的miR(表2)

3 讨论

miR调控骨代谢的意义重大，尤其是对破骨细胞和成骨细胞的调节至关重要，但是miR调节骨代谢的主要机制还处于探索阶段。通过从PubMed数据库对miR与骨代谢相关信号通路文献的研究，可以发现目前对经典的信号通路研究较多，如Wnt信号通路是成骨细胞定向分化中的转录因子和信号调控通路，miR不仅参与调节Wnt信号通路并抑制骨结合素的表达，还可抑制DKK1(Wnt信号通路的抑制剂)，提高Wnt信号通路活性而促进成骨分化；PI3K/Akt信号通路对成骨细胞和破骨细胞具有双重的调节作用，且具有潜在的成骨特异性作用miR通过调节PI3K/Akt信号通路可调节其下游的核因子κB受体活化因子和巨噬细胞集落刺激因子受体信号，从而对破骨细胞分化、存活和骨吸收起到至关重要的作用；miR通过转录激活SP7/Osterix启动子，进而调节Notch信号通路增强成骨细胞的增殖，也能调节Notch信号通路通过抑制Wnt信号经典途径阻止成骨细胞的分化；miR可通过调节TGF-β信号通路而调节成骨细胞对骨钙盐沉积和破骨细胞对骨吸收作用，进而控制骨密度。

表1 miR调控的与骨代谢相关信号通路Table 1 miR regulated signaling pathways associated with bone metabolism

表2 主要骨代谢信号通路参与的miRTable 2 The major bone metabolic signaling pathways related to miR.

miR对骨的形成是必不可少的，其对骨质的调控作用具有双向性，多数miR对骨的形成具有积极的作用，也有部分miR对骨的形成具有副作用。根据相关研究[30]，miR-106b通过BMP-2信号通路在成骨细胞分化过程的高表达是一种负调控机制，有助于促进骨质疏松症的发生，Collison[30]于体外培养的骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSC)，在MSC向成骨细胞诱导过程中发现，miR-106b在此过程中抑制MSC向成骨细胞分化，在糖皮质激素导致的骨质疏松小鼠体内，miR-106b的表达高于健康小鼠体内的表达。过量的糖皮激素可调节miR-29 a、miR-34 a-5p的过表达，降低Akt、GSK3β的磷酸化、减少骨保护素(osteoprotegerin，OPG)的表达，促进β-链蛋白的降解、RANKL的表达，进一步促进骨的吸收并能延长破骨细胞的寿命。然而，正常量的糖皮激素可调节miR-29 a、miR-34 a-5p的表达，通过干扰细胞骨架结构抑制破骨细胞对骨的降解能力。可见抑制负调节骨量miR的表达可能是潜在的治疗骨质疏松及骨缺损的新策略[31]。

医学影像技术通常用于检测低骨量，但是却无法判别恶化的骨质量。miR作为骨重塑监测物，有可能作为一种新的骨健康的敏感标志物，用以帮助监测、诊断和治疗骨质疏松。Bedene等[32]研究了骨质疏松症患者体内miR与骨密度、骨小梁积分及骨折风险度之间的关系，结果发现，结合miR-148 a-3p对骨的作用表明，miR可作为潜在的骨质疏松症相关病理变化的血浆生物标志物。在绝经后骨质疏松症患者血清中，miR可以作为一个可靠的、无创性检测的生物标志物，用于辅助诊断绝经后骨质疏松症。研究发现[33]，绝经后骨质疏松症妇女骨量减少时血清中miR-30b-5p、miR-103-3p、miR-142-3p、miR-328-3p表达显著下调(P<0.05)，与骨密度呈正相关。Yavropoulou等[34]研究表明在骨质疏松症妇女血清中mir-21-5p表达显著降低，发生脊椎骨折风险的敏感性和特异性分别是66%和77%。Seeliger 等[35]研究揭示了miR不仅可以作为骨质疏松诊断的生物标志物，还可用于治疗骨质疏松症及作为骨质疏松骨折愈合过程的判定标志物。

骨代谢过程主要有两个方面，即骨形成与骨吸收，骨代谢紊乱导致的骨质疏松症受多种因素的调控，其中miR对骨代谢的调节机制复杂，包括了多种miR及信号通路、激素、细胞、腺体等多方面作用的参与，而miR对信号通路的调节在其中起到了重要的作用。现今的研究以经典信号通路为主，如参与影响骨形成的BMP/Smads、Wnt/β-catenin信号通路等，参与影响骨吸收的OPG/RANKL/RANK信号通路等，通过复杂的调节机制，miR对骨髓间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞等的调节，进一步影响骨的代谢。随着miR通过相关信号通路对骨代谢调控机制的深入研究，miR可为骨质疏松症提供潜在的诊断及治疗的新途径，其临床意义深远。