不同类型股骨头坏死的microRNA研究进展

赵军 张晓峰 徐西林 王政春 缴健菲 房祥春 贺雪峰 贾寻源

[摘要] 近年来，微小RNA（miRNA）在股骨头坏死机制的研究中较为深入。股骨头坏死是一种常见的骨科疾病，miRNA在不同原因致病的股骨头坏死中都有着十分重要的作用。本文综述了不同类型股骨头坏死相关miRNA的研究进展，并对其应用进行了总结与展望。

[关键词] 微小RNA;不同类型;股骨头坏死;研究进展;综述

[中图分类号] R681.8          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）03（c）-0030-04

[Abstract] In recent years， microRNA （miRNA） has been deeply studied in the study of the mechanism of femoral head necrosis. Femoral head necrosis is a common orthopedic disease， and miRNA plays an important role in femoral head necrosis caused by different causes. This article reviews the research progress of different types of miRNAs related to femoral head necrosis， and summarizes and prospects its application.

[Key words] MicroRNA; Different types; Osteonecrosis; Research progress;Review

股骨头坏死（ONFH）是骨关节范畴内常见的难治性疾病，可分为创伤性ONFH和非创伤性ONFH。德国每年有5000～7000例患者发病，其主要影响峰值年龄（35岁）的中青年人[1]，严重者可导致髋关节功能障碍甚至致残，约65%的患者常需行关节置换手术[2]，这给患者及家属造成极大的经济负担。据成都地区性流行病学调查[3]显示，股骨头坏死病因构成为：酒精性（52.39%）、激素性（16.18%）、创伤性（11.58%）、先髋发育不良性（5.88%）及其他类型（13.97%）。然而，现阶段ONFH的致病机制尚不明确，其可能与脂质代谢异常、成骨成脂平稳紊乱、骨细胞凋亡、内皮细胞损伤、骨重塑紊乱的死亡、骨量减少等因素有关。随着微小RNA（miRNA）的研究深入，目前多认为多种miRNA亦参与了ONFH的发生和发展。

miRNA是长度为21～25个核苷酸的小型非编码RNA，广泛存在于哺乳动物、线虫、苍蝇及植物。其在人的组织或细胞中有特定表达，并能反义调节许多蛋白编码基因[4]。研究[5]发现，转录后，miRNA在体内广泛参与细胞分化、细胞凋亡等过程，且不同疾病患者血清miRNA表達谱呈特异性变化。此外，不同类型的ONFH的相关miRNA已成为众多学者的研究热点。

1 miRNA与激素性股骨头坏死

ONFH患者股骨转子间区域的成骨细胞的复制能力显著降低[6]，而miRNA参与调控骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨成脂分化的多个环节[7]。在激素的作用下，骨髓腔内BMSCs成骨定向分化障碍，而成脂能力増强。另外，有报道[8]显示，多种信号通路如TGF-β GSmad、Wnt/β-catenin、PI3k/Akt、TLR4、PPAR/、TNF-α-STAT1-Caspase-3都参与了激素性ONFH的发生、发展过程。miRNA在信号通路中扮演着重要作用。孙楠等[9]在激素性ONFH患者的血浆中进行miRNA表达谱及生物信息分析，共检测768个miRNA，明显上调的是miRNA-1207-5p和miRNA-887，明显下调的是miRNA-96-5p、miRNA-576-5p，并推测miRNA异常表达可能通过各信号通路参与激素性ONFH的发病。Wang等[10]发现，在类固醇诱导的激素性ONFH患者中有22种miRNA差异表达，其中17种被上调，5种被下调，其中miRNA-601、miRNA-452-3p、miRNA-647和miRNA-516b-5p显著增加，而miRNA-122-3p显著下降。提示差异表达上调的miRNA抑制BMSCs成骨分化，促进成脂分化促进ONFH形成，而miRNA-122-3p起着相反的作用。另外，研究[11]发现SIRT1为miRNA-601的直接靶标，并推测miRNA-601可能通过靶向SIRT1的靶向作用抑制成骨分化促进股骨头坏死。Dong等[12]使用慢病毒载体将miRNA-23a-3p模拟物、抑制剂和阴性对照分别转染到BMSCs中，然后注射到类固醇诱导的大鼠ONFH模型4周后，采用microCT及免疫组织化学分别检测股骨头改变及评估低密度脂蛋白受体相关蛋白5（LRP-5）的表达，与模拟组比较，抑制剂组骨坏死发生率降低，股骨头呈现圆形没有显著的囊性变性，LRP-5的表达水平较高，推测miRNA-23a-3p可能促进类固醇诱导的ONFH加重。而LRP-5是属于LRP家族的单次跨膜蛋白，在骨形成中起着关键作用，缺乏LRP-5可导致小鼠骨量的减少[13]，其与同源LRP-6密切相关，LRP-6是经典Wnt信号传导途径的另一种共同受体。而余华[14]研究发现，在激素性ONFH患者中，BMSCs的miRNA-196a表达水平的较高，同时随着坏死的严重程度的增加，而miRNA-196a表达水平也相应地增高。此关联有可能受到年龄、性别以及家族史等因素的潜在影响。与miRNA-196a相关靶基因，如Hox基因家族，可能影响成骨分化过程。Gu等[15]发现激素诱导的ONFH大鼠模型中9种上调的miRNA和28种下调的miRNA。其中，miRNA-27a下调并与过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）和gremlin 1（GREM1）表达呈负相关，同时增强BMSCs的成脂分化。而miRNA-27a上调促进了BMSCs的成骨分化。PPAR化和GREM1是miRNA-27a的直接靶标。由此可见，miRNA-27a双靶向调控PPAR控与GREM1，阻止类固醇诱导ONFH的成脂分化，并促进成骨分化。

研究[16]发现，经长期糖皮质激素治疗基础疾病出现ONFH的患者股骨皮质中可出现大部分成骨细胞和骨细胞的凋亡，而细胞凋亡也受miRNA调控。已有研究[17]表明，成骨细胞的凋亡和分化涉及一系列基因的调控，如miRNA-542-3p通过抑制BMP-7及其下游信号传导来抑制成骨分化并促进成骨细胞凋亡。Zhang等[18]发现，在类固醇诱导的股骨头缺血性坏死患者中，其miRNA-206的表达水平增加，而程序性细胞死亡4（PDCD4）的表达受到抑制，且miRNA-206的过表达抑制PDCD4、碱性磷酸酶（ALP）和B细胞淋巴瘤2（Bcl-2）的表达，诱导成骨细胞凋亡，进而促进激素性ONFH的发作。

2 miRNA与酒精性股骨头坏死

近年来，酒精性ONFH发病总体呈逐渐上升的趋势。虽然其发病机制仍未完全清楚，但是miRNA与酒精性ONFH有关。Most等[19]通过将antagomiRNA-411注入雌性小鼠的前额叶皮质来沉默miRNA-411的试验发现，酒精和miRNA-411以稳态方式起作用，以调节突触mRNA和蛋白质，从而逆转与酒精相关的神经适应，并减少慢性酒精消耗。而Ten等[20]通过检测在娱乐性饮用酒精前、后志愿者血清miRNA情况，发现1305种miRNA表达，其中265个中表达上调，miRNA-185-5p的表达显著下调，提示酒精影响miRNA的表达。在酒精性ONFH方面，李海峰等[21]对8例晚期酒精性ONFH患者骨组织进行检测、聚类分析，结果可见7条下调基因，基因片段分别为21核苷酸组1条，22核苷酸组6条（miRNA-424、miRNA-92b、miRNA-196b、miRNA-106b、miRNA-486-5p、miRNA-1271、miRNA-181c）。杨玉宝等[22]对酒精性ONFH与正常股骨头骨组织中miRNA基因的多态性进行分析，结果发现酒精性ONFH与正常股骨头骨组织存在明显miRNA變化，差异表达的是上调基因miRNA-29a和下调基因miRNA-486-5p。袁相伟[23]将miRNA-548d-5p片段转染到体外大鼠BMSCs，结果显示miRNA-548d-5p可以有效阻断酒精诱导BMSCs内PPARγ mRNA的表达，抑制其成脂分化并维持成骨分化，为有效预防或治疗酒精性ONFH提供了新的思路。另外，Yu等[24]为探讨乙醇诱导的骨坏死BMSCs成骨分化的可能分子机制，在成骨培养基中添加肿瘤坏死因子α（TNF-α）抑制剂后，结果显示miRNA-31的表达下调，直接促进SATB2和RUNX2的表达，乙醇诱导的骨坏死患者BMSCs的成骨分化增强。提示乙醇诱导的骨坏死的主要原因是抑制了成骨分化，且TNF-α和miRNA-31参与了成骨诱导。

3 miRNA与创伤性股骨头坏死

创伤性ONFH的发病机制已基本清楚，多数是由于股骨头骨折、股骨颈骨折、髋臼骨折、髋关节脱位等导致股骨头的血供破坏引起，而创伤经过治疗后如何有效预防ONFH的发生仍是一大难题，且与创伤性ONFH患者骨修复相关的miRNA仍不明确。Zhang等[25]通过对股骨颈骨折空心钉内固定术后出现ONFH和术后2年未出现ONFH的各10例患者的血清miRNA进行分析，共计发现了95个miRNA的表达上调和413个miRNA的表达下调。其中差异表达的有147个miRNA，挑选其中的10个进行变化倍率检测发现：miRNA-93-5p、1et-7i-5p、miRNA-320a、miRNA-25-3p、miRNA-16-2-3p、miRNA-122-5p、miRNA-471l-3p、miRNA-3191-5p为创伤性ONFH的8个差异表达miRNA，为下一步研究创伤性ONFH的发病机制提供了数据保障。Zhu等[26]通过RT-PCR技术检测股骨颈骨折术后坏死和非坏死组患者血清miRNA-210和miRNA-23b的表达，结果坏死组血清miRNA-210和miRNA-23b表达分别与非坏死组比较显著下调。推测检测血清miRNA-210和miRNA-23b的表达可预测股骨头坏死的发生，预估病情的发展状况。

4 miRNA与其他类型股骨头坏死

导致ONFH危险因素除常见的激素、酒精、创伤等因素外，还包含系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎（RA）、高脂血症、糖尿病史及减压病等[27-30]。而RA患者中ONFH的发生除了与糖皮质激素的使用有关外，还与疾病本身、骨质疏松尤其是股骨区域相关。杜宪等[31]通过检测高脂血症患者血清miRNA-657表达水平发现，维吾尔族高脂血症人群miRNA-657的表达量较健康人群显著降低。而王海涛[32]等通过检测潜水减压病（DCS）的大鼠肺组织miRNA-16、miRNA-146a的表达发现，miRNA-146a表达水平显著升高。另外，谢传美等[33]研究发现miRNA-499a的rs3746444位点的CT基因型可能与中国汉族人群RA疾病的活动性和严重性相关。

5 结语

随着现代医学发展以及对miRNA研究的深入，越来越多的miRNA的调控作用被发现，其与ONFH的发生、发展密切相关。而针对不同类型致病原因，ONFH的单一miRNA的作用机制或者是多种miRNA的独特作用机制甚至是骨坏死处骨组织的差异表达miRNA仍有待于进一步深入研究，以期能在基因水平上更有针对性地为ONFH的早期预防、诊断、治疗提供可靠的依据。

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（收稿日期：2018-07-26  本文编辑：王   蕾）