microRNA调控骨关节炎软骨基质稳态失衡的机制探讨

何晓娟+李慧+许丽梅+叶蕻芝+李西海

【摘 要】 骨关节炎软骨退化主要归因于软骨基质合成与降解之间的平衡被打乱。microRNA是在细胞水平具有重要调节功能的非编码小RNA，可从多途径影响骨关节炎软骨基质稳态环境，在骨关节炎病理过程中发挥多种调控作用。文章以microRNA基因调控为切入点，查阅国内外的相关文献，通过对比分析综合的方法，凝练了microRNA与软骨基质代谢失衡之间的关系，旨在为研究骨关节炎软骨基质稳态失衡提供新的思路。

【关键词】 骨关节炎；microRNA；炎症；软骨基质；软骨退变

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是中老年人常见的骨关节疾病，好发于负重关节或活动较频繁的关节，其临床表现为关节疼痛、肿胀、畸形，最终致残。随着人口老龄化的发展，OA发病率逐年升高，严重影响患者的生活质量，已成为世界各国广泛关注的公众健康问题[1]。microRNA是一类长度约为22个核苷酸的内源性非编码单链RNA，其以序列互补方式直接抑制靶mRNA翻译或促进其转录物的降解，是生物体发育和疾病表达中的重要调节因子[2-3]。研究表明，microRNA参与了软骨细胞增殖、分化、凋亡、炎症反应、软骨基质降解等过程的调控[4]，提示microRNA是OA的潜在诊断标记物与治疗靶标的新候选物。

1 炎症反应与软骨基质稳态失衡的关系

关节软骨是由软骨细胞组成，并被包封在细胞外基质内的联合组织。软骨基质由水、胶原（Ⅱ型占90%以上）、蛋白多糖和亲水大分子组成，是软骨细胞汲取营养物质和传递信号的载体，软骨基质的代谢平衡维持着软骨组织的正常功能[5-7]。炎症反应过程产生的炎症因子对软骨基质的稳态环境有巨大的破坏作用，OA关节滑液中，白细胞介素（IL）-1、IL-6、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等炎症因子水平都会升高，这些炎症因子可促进软骨细胞中胶原酶和蛋白聚糖酶[如解聚蛋白样金属蛋白酶（ADAMTS）、基质金属蛋白酶（MMP）-13、

MMP-9、MMP-3等]的表达，使Ⅱ型胶原和蛋白聚糖降解，软骨基质失衡，软骨的结构产生一定变化。随着病情的加重，软骨细胞进一步受到侵蚀，胶原纤维网状结构遭到破坏，炎性因子分泌持续增多，软骨基质稳态受到更大的破坏[8-11]。TNF-α和IL-1β可以促进软骨细胞释放更多的NO、MMPs、ADAMTS等炎症因子。IL-1β和TNF-α可以诱导产生IL-6，IL-1β又能促进TNF-α的分泌，三者之间互相影响，促进MMPs合成，抑制蛋白多糖合成，引起软骨丢失[12-13]。

2 microRNA调控炎症相关信号通路表达的机制

炎症主要通过炎症因子破坏软骨细胞及软骨基质，炎症因子通过特异性地與相关受体结合，诱导激活细胞信号通路，进行细胞间的信号传递[14]。microRNA可调控靶基因的表达，抑制或激活相关细胞信号通路，并与炎症因子相互影响，维持或破坏软骨基质稳态。OA中丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、核转录因子-κB（NF-κB）信号通路、Toll样受体4（TLR4）信号通路和转化生长因子-β（TGF-β）信号通路的表达与炎症因子的调控密切相关。

2.1 MAPK信号通路 MAPK是真核细胞信号传递的重要途径，含有多个亚家族，其中p38 MAPK、细胞外信号调节蛋白激酶（ERK）和c-Jun N-末端激酶（JNK）信号传导途径的活化都与OA软骨损伤密切相关，而p38 MAPK和JNK是参与调控炎症反应的重要信号通路。在OA发病过程中，p38 MAPK可被多种因素激活，并将信号传递给转录因子，调控靶基因的表达，参与炎症因子的产生、MMPs的合成以及软骨细胞的增殖等[15]。IL-1β等炎症因子可以使JNK磷酸化，磷酸化的JNK通过下游转录因子AP-1蛋白，上调MMP-13、MMP-3的表达，引起软骨基质降解。多种microRNA

通过MAPK信号通路参与调控OA的病程进展，miR-127-5p可靶向调节adipoR1的表达，抑制p38 MAPK通路，进而抑制MMP-1、MMP-3及MMP-13

等的表达[9]。miR-27b可抑制OA软骨细胞中MMP-13蛋白的表达，在IL-1β诱导的软骨细胞炎症中，p38 MAPK和JNK的激活会下调miR-27b的表达，加剧软骨基质降解[16]。miR-125a-3p在完全弗氏佐剂（CFA）诱导的口腔炎症疼痛中具有潜在作用，miR-125a-3p的过表达显著抑制ND8/34细胞中p38αmRNA的表达，miR-125a-3p的水平与通过调节p38 MAPK通路的口腔炎性疼痛发展呈负相关[17]。将从类风湿关节炎患者分离的滑膜成纤维细胞在体外培养发现，与对照组相比，miR-451

治疗组p38 MAPK蛋白表达明显降低，进一步检测发现经miR-451转染的滑膜成纤维细胞可分泌更低水平的TNF-α、IL-1β和IL-6，提示miR-451对类风湿关节炎的治疗具有积极作用[18]。

2.2 NF-κB信号通路 NF-κB是广泛存在于真核细胞中的二聚体蛋白，由5种Rel转录激活因子家族蛋白构成，包括NF-kB1（p50/p105），NF-kB2（p52/p100），REL（cREL），REL-A（p65）和REL-B，其中以p50和p65的二聚体最为常见[19]。

NF-κB与炎症反应、免疫应答和细胞增殖、凋亡等重要生物学过程密切相关。NF-κB可以被多种刺激因子诱导活化，TNF-α和IL-1、IL-6均可激活NF-κB信号通路，导致软骨连接蛋白基因的表达降低，软骨细胞前炎症因子、化学因子以及MMPs的表达上升[20]。NF-κB在OA炎症基因和相关蛋白的表达中起主导作用，在炎症微环境中通过NF-κB可放大或延续炎症反应。科研人员发现，NF-κB（p65）可直接与miR-26a启动子区域的NF-κB结合元件结合而抑制miR-26a的产生，同时，miR-26a可减弱饱和游离脂肪酸诱导的NF-κB活化（p65）和软骨细胞中促炎细胞因子的产生[21]。miR-210可靶向调节死亡受体6的表达，抑制NF-κB信号通路，减少IL-6和TNF-α等炎症因子的分泌，减轻OA大鼠关节腔的炎症[22]。与人或大鼠的正常软骨组织相比，患有OA的软骨组织中MMP-9含量显著降低，NF-κB1、IL-6和MMP-13含量显著增多，而上调miR-9或下调endprint

NF-κB1的表达，可进一步降低炎症因子的表达，减少软骨基质的降解[23]。研究发现，miR-558可直接靶向环氧合酶-2，抑制人软骨细胞中IL-1β刺激的分解代谢效应，而NF-κB的活化会降低软骨细胞中的miR-558表达[24] 。

2.3 TLR4信号通路 TLRs被活化后会诱导产生一系列炎症因子而导致炎症反应。TLR4是介导内毒素/脂多糖应答的主要受体，在炎性反应中具有重要作用[25]。TLR4信号通路中的MyD88依赖性或非依赖性信号通路激活细胞内信号转导，引起胞质区NF-κB活化，激活炎症转录程序，诱导IL-1β、

TNF-α等炎症因子释放，产生炎症反应[26-27]。脂多糖（LPS）活化TLR4信号通路会导致miR-98的表达降低，促进其作用靶点IL-10的表达，进而负向调节炎症反应。近年研究发现，缺氧会诱导原代小胶质细胞中miR-181c的表达下调，miR-181c可抑制TLR4表达，从而抑制NF-κB的活化和下游促炎介质的产生。在LPS诱导的人肝星状细胞中，miR-146a-5p可以抑制TLR4/NF-κB和TLR4/TRAF6/JNK途径抑制促炎细胞因子分泌[28]。

2.4 TGF-β信号通路 TGF-β具有独特而有效的抗炎和免疫调节特性，是目前公认的抑炎因子，尤以TGF-β1抗炎效果最为显著。TGF-β1是一种分泌型同二聚体蛋白，它可抑制不同的炎症细胞（包括T细胞、B细胞、巨噬细胞等）的分化、扩增及炎症细胞因子产生与活性发挥，同时促进某些炎性细胞的凋亡。血红素加氧酶1（HO-1）是一种应激反应蛋白，已被证明具有良好的抗炎作用，miRNA-519b会阻断HO-1的表达，但TGF-β1通过抑制miRNA-519b的表达，刺激HO-1的表达，从而抑制炎症反应进程[29]。研究显示，在IL-22和IL-17双阳性的T细胞中miR-323-3p表达最高，miR-323-3p可以抑制TGF-β通路的多种基因，抑制T细胞分泌炎症因子IL-22[30]。miR-146a能通过靶向Smad4的表达并作用于ERK信号通路，降低细胞对TGF-β的反应，同时促进软骨细胞

凋亡[10]。

3 microRNA调控软骨基质稳态失衡的机制

软骨基质由软骨细胞合成分泌，microRNA调节软骨细胞的增殖、凋亡、炎症介质表达，对软骨基质合成降解产生影响，从而减缓或加重软骨退变。

microRNA能夠上调Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的表达，促进软骨细胞增殖，维持软骨基质稳态。可调控软骨细胞增殖，通过CCK-8检测miR-25转染后的OA 软骨细胞增殖，发现miR-25过表达促进 IL-1β诱导的OA 软骨细胞增殖[31]。过表达的miR-221可抑制细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p27的表达，刺激软骨细胞增殖[32]。miR-29a和miR-140共转染在IL-1β处理的软骨细胞中协同上调基质金属蛋白酶的组织抑制剂（TIMP1）蛋白表达，TIMP1能够促进细胞增殖，抑制MMPs的产生[33]。miR-9可以直接结合NF-κB1，上调miR-9的表达，可促进软骨细胞增殖、抑制细胞凋亡，提示miR-9是OA的重要治疗靶点之一[23]。

为维持内环境的稳定，软骨细胞会发生有序的凋亡与增殖，若软骨细胞发生过度凋亡，会打破内环境稳态，使软骨功能失常。研究显示，在具有miR-139和miR-9两者过度表达的OA患者的软骨细胞中，BCL2和BCLXL的表达被下调，OA的分解代谢标志物增加，Caspase-3/7的活性增强，提示过表达的miR-139诱导分解代谢基因表达，并与miR-9相关，诱导软骨细胞的凋亡。Col2a1表达减少，iNOS表达增加是关节软骨细胞凋亡重要原因之一，在IL-1β诱导的大鼠软骨细胞炎症凋亡中，沉默miR-34a会明显抑制由IL-1β诱导的Col2a1的下调与iNOS的上调，有效抑制软骨细胞凋亡[34]。若将miR-15a模拟物转染至人关节软骨细胞，外源性增加关节软骨细胞内miR-15a表达量，可显著促进人软骨细胞凋亡并抑制其增殖[35]。

下丘脑-垂体-靶腺轴的重要执行者为各种细胞信号传导系统，而神经-内分泌-免疫网络功能紊乱与异常的细胞因子（IL-1β、TNF-α、IL-6等）密切相关。microRNA可以通过增强或抑制各种信号通路活性，调节炎性介质的分泌，参与炎症的发生、发展，而炎性介质也可以调控microRNA的表达，二者互相影响，减缓或加速炎症进程。

4 展 望

microRNA在维持OA软骨基质降解稳态环境中发挥重要的调控作用，它们作用于靶基因，并与炎症因子相互影响，调节软骨基质降解，提示microRNA分子的表达对膝OA的诊疗具有重要

意义。如上调miR-27b、miR-9、miR-558、miR-210、

miR-98，下调miR-146a、miRNA-519b的表达，能

显著抑制OA病理变化，从而保护关节软骨。因此，调节特异性microRNA的表达，抑制炎症因子、MMPs等物质的合成，已成为OA治疗的关键。传统中药复方具有多成分、多靶点作用属性，对治疗OA具有独特优势，microRNAs广泛参与OA的生理和病理状态，作为潜在分子靶标，microRNA同样为研究中药复方多靶点效应提供了新的切入点。探讨miRNAs在OA中的作用机制，可以为寻找中药治疗OA的靶点研究提供新的思路和参考，更为OA临床诊断和治疗提供新的方向。

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收稿日期：2017-08-20；修回日期：2017-09-28endprint