微小RNA在骨性关节炎病情发展过程中的研究进展

简盛生 刘 弼 叶剑锋 王岳月 蓝春海

1.深圳市罗湖区人民医院骨外科，广东深圳518001；2.深圳市人民医院龙华分院，广东深圳518109

骨性关节炎（osteoarthritis，OA）是一种以关节软骨的变性或破坏、继发性骨质增生等病理学特征为主的慢性非炎症性关节疾病。OA发病群体主要集中在中老年人，以关节疼痛和关节功能障碍为主要临床表现，病情进展严重可致剧烈疼痛，甚至有致残的可能性[1]。细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的代谢紊乱和滑膜炎症反应均为OA基础病理因素，在临床中常采用物理和药物的治疗手段，配合肌肉功能训练作为主要治疗方式，最大限度改善关节功能异常情况，但此类方法无法从病理机制上防止OA的病情发展[2]。微小核糖核酸RNA（microRNA，miRNA）是一类长度为20～25个核苷酸的内源性非编码单链RNA小分子，在机体组织和细胞中广泛表达，可以调节机体软骨细胞的增殖、凋亡及分化，且与OA的发生机制和病情进展密切相关[3]。从核糖核酸水平探究其发病机制和调控机制，对早期预测、干预OA进展及延缓病程至关重要[4]。因此，本文将结合OA与miRNA相关的最新研究，就miRNA功能及其在OA进展中表达和信号通路的调控作用展开综述，进一步阐明OA进展新机制，为临床诊断、病情干预和治疗提供新的思路。

1 miRNA在OA组织中的表达

在OA组织中，miRNA的表达水平会发生明显改变，在许多软骨的病变组织和细胞中都能检测到异常表达的miRNA，这些差异表达的miRNA可区别OA炎症细胞及正常软骨细胞[5]。对创伤后OA小鼠模型的滑膜组织中miRNA表达谱进行研究后显示，表达谱在前滑膜的1～6周时间内有394个miRNA失调，通过对前滑膜炎症消退相关联的差异表达miRNA进行生物信息学分析，显示其参与机体损伤、结缔组织疾病和炎症反应等生物学过程[6]。可见miRNA的表达与OA的发生密不可分，随着更深入地研究，miRNA在OA中的调控作用也逐渐得到阐述，如王莹等[7]对正常软骨细胞与OA软骨细胞中差异表达的miRNA靶基因进行预测，结果共筛选24个差异表达的miRNA，其中上调及下调异常表达的miRNA分别为12个，通过生物学层面分析，这些差异表达的miRNA主要参与神经生长、细胞发育、细胞质翻译终止及合成核碱基化合物的生物过程，而在细胞学层面分析来看，差异表达的miRNA主要与蛋白细胞跨内皮迁移、蛋白质的代谢，以及翻译释放因子复合体的细胞成分等有关。

可见，在OA软骨组织中miRNA的表达水平发生明显地改变，均存在部分差异表达，且其表达呈现一定的规律性，异常表达的miRNA对细胞周期地调控甚至个体发育都产生重要的影响，与OA疾病发病机制和病情发展过程密切相关。

2 miRNA与OA病情进展的相关性

miRNA家族系列的多个分子均与OA相关，其中临床认可的有miR-140、miR-146a、miR-155、miR-210等，它们在OA软骨细胞中通过作用一个或多个靶基因来调节其表达水平，进而影响OA软骨细胞凋亡和分化，在OA中具有作为生物靶标物的潜力[8]。miRNA的异常表达水平与OA病情进展具有密切的相关性，在OA的病情进展中有可能起到促进基因和抑制基因的作用。

2.1 与OA病情进展正相关的miRNA

OA的病情进展与年龄、肥胖、负重活动、环境及遗传等因素相关，在对OA患者外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）和滑液中miRNA水平检测中，miR-29b-3p的相对表达与年龄、体重指数（BMI）、膝骨关节炎Kellgren-Lawrence分级呈正相关，说明OA患者滑液中miR-29b-3p表达水平与年龄和BMI等有关，且其表达水平会随着关节炎严重程度的升高而上升[9]。进一步的从OA患者和健康者中提取外周单核血细胞，测定miRNA-146a和miRNA-155的表达水平，在OA患者中，miRNA-146a和miRNA-155表达在膝骨关节炎Ⅲ级和Ⅳ级时增加[10]。同样的，Xie等[11]对健康志愿者、早期和晚期OA患者滑液样本中miR-210的RT-PCR检测结果中亦表明，miR-210在OA患者早期滑膜液中就已经发生上调，且早期和晚期OA患者中miR-210的表达比健康个体上调更明显，同时还证实了miR-210水平与滑液中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）水平呈正相关，这便说明了miR-210可能通过促进VEGF的表达促使血管生成，进而促进了OA疾病的发展。

2.2 OA病情进展负相关的miRNA

在OA软骨细胞中，miRNA通过和靶基因的mRNA碱基配对降解或阻碍mRNA翻译进行调控，miRNA还可调控基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）对OA实现调节作用，MMPs是导致软骨退变的关键基本因子，通过对非OA与OA患者滑液检测发现miR-140呈低表达，而MMP-3呈高表达，两者之间存在负相关性，在OA软骨组织中miR-140表达下调可导致OA特异性的基因表达出现异常，在软骨组织发育和体内平衡的过程中发挥抑制作用[12-13]。环状RNA（circRNA）的分子富含miRNA结合位点，在细胞中为miRNA海绵，有解除miRNA对其靶基因抑制的作用，进而升高靶基因的表达水平。通过建立小鼠软骨细胞模型，采用白介素-1β（IL-1β）进行软骨细胞的刺激，证明了circRNA_Atp9b和miR-138-5p的表达水平呈负相关，即miR-138-5p在IL-1β诱导的软骨细胞中也起作用，miR-138-5p的下调部分逆转了circRNA_Atp9b对ECM分解代谢和炎症的影响，circRNA_Atp9b通过调节海绵状miR-138-5p的软骨ECM分解代谢和炎症来调节OA进程[14]。虽然miR-148a在OA软骨中的表达是降低的，但其与MMP-13呈直接相互作用，miR-148a过表达的细胞基质含有大量的蛋白聚糖和胶原蛋白，特别是Ⅱ型胶原蛋白，蛋白聚糖及胶原蛋白在培养基中是受到抑制的，但总胶原蛋白产量却呈增加趋势，因此，也提示miR-148a的过表达抑制了肥大细胞的分化，并增加了OA软骨细胞产生Ⅱ型胶原的产生和沉积，证实了miR-148a可以促进透明软骨的产生，亦可作为OA潜在的疾病缓解化合物[15]。

OA患者中潜在的治疗靶标miRNA的表达水平、调控和信号通路的相关性可以在OA发病机制和疾病进展中发挥重要作用。miR-29b-3p、miRNA-146a、miRNA-155、miR-210和miR-21-5p与OA疾病进展呈正相关，通过不同的靶向或信号通路促进OA的疾病进程，miR-140、miR-138-5p、miR-320和miR-148a则具有负性调节炎性及其内源性免疫反应的作用，从而抑制软骨细胞损伤，利于维持软骨细胞的稳定状态，且他们在软骨组织中均以单个或多个的形式共同参与不同信号的传导通路，维持软骨分化与合成间的平衡[16]。

3 miRNA在OA中的调节通路

在OA发生与进展过程中，相关表达的miRNA通过许多信号通路在软骨细胞表型中起到调节细胞凋亡、自噬及衰老的作用，特异性较强的miRNA可直接作用于不同靶点，通过BMP/Smad、NF-κB、WNT、BMP、p53、ER等不同信号传导通路，来维持OA病情进展中软骨细胞内环境的稳定性，或参与软骨细胞增殖、凋亡及分化[17]。

NF-κB信号通路参与细胞免疫、应激及炎性等许多生物调节过程，OA骨膜中含有的细胞因子和基质金属蛋白酶产物，可促进炎症反应，从而激活NF-κB信号通路，调节细胞因子、蛋白酶及免疫蛋白等小分子的表达。miR-210通过靶向DR6并抑制NF-κB信号通路来减轻OA大鼠关节腔的炎症[18]。另外，miR-26a-5p可以使NF-κB通路的激活基因表达下调，同时又诱导一氧化氮合酶的生成，在软骨细胞中是稳定状态的重要调节剂。因此，也证实了抑制NF-κB通路的表达也许对早期干预OA病情进展有较好的效果[19]。miR-29家族是OA发展和进程中起作用的miRNA，它们受OA中重要的因素调节，并影响相关的信号通路，主要通过调控Smad，NF-κB和经典WNT信号通路表达谱，在软骨发育、体内平衡，以及OA的进展中起作用[20]。miRNA-34a通过靶向SIRT1/p53信号通路在骨关节炎发病过程中影响软骨细胞凋亡和增殖，关节腔内注射编码抗miR-34a序列的慢病毒载体可有效改善OA的进展。结果表明，miR-34a通过直接调节SIRT1/p53信号通路在OA的发病机制中起着至关重要的作用，且为OA的潜在治疗靶点[21]。

4 miRNA在OA诊治中的应用前景

近年来，有关研究将软骨组织中的软骨前体细胞（cartilage progenitor cells，CPCs）作为软骨损伤修复新的切入点，研究其在参与促进OA软骨损伤后修复中的作用[22]。首先，CPCs是一类具有表面抗原表达特异性的软骨干细胞，且具有自我增殖性及多向分化的潜能，它在不同严重程度的OA软骨细胞中表达水平不一，但对于OA早期软骨损伤，CPCs自主分化的能力尚未达到完全自我修复的可能，因此，对于OA早期软骨损伤需要诱导活化CPCs，才能使其具备修复的可能性，而miR-140便是CPCs潜在的诱导活化因子之一[23]。另外，Zhong等[24]在正常和OA软骨细胞中用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）转染后检测miR-335-5p的表达，发现用miR-335-5p模拟物转染的OA软骨细胞可显著提高生存力，重要的是，用自噬抑制剂3-MA处理过表达miR-335-5p的OA软骨细胞可恢复炎症介质。因此，miR-335-5p可通过激活自噬来减轻OA软骨细胞的炎症，在OA的临床诊断和治疗中具有未来应用的潜力。在大鼠原代软骨细胞中，颗粒蛋白前体（PGRN）干扰消除了miR-29b-3p模拟物诱导的细胞凋亡和生长抑制，提示miR-29b-3p通过调节PGRN的表达影响软骨细胞的功能，通过向大鼠原代软骨细胞内注射miR-29b-3p，可改善手术诱发的OA大鼠膝关节的软骨细胞凋亡和软骨损失，表明miR-29b-3p通过靶向PGRN促进软骨细胞凋亡，而miR-29b-3p或PGRN可能是OA治疗的潜在靶标[25-26]。

5 总结与展望

在OA软骨细胞中存在特异表达的miRNA，其可以作用于不同的靶点，通过NF-κB、BMP、SOX9、IGF、Wnt、p53、ER等不同信号传导通路促进或抑制软骨细胞生长发育、分化、疾病发生和发展等生物过程，与OA发生及病情进展密切相关，同时，miRNA在OA中具有充当生物标志物或治疗靶标的潜力。虽然miRNA是OA组织中重要的调节分子，也有大量深入探索其作用机制和发展机制研究的空间，但由于miRNA数量庞大，联系千丝万缕，相互之间的作用亦错综复杂，对于OA软骨细胞中特异表达的miRNA，其表达时序性、调控机制、功能作用、作用靶点、作用剂量及影响因素等方面仍需要进一步深入研究，才能更好地阐明OA发病机制和病情发展机制，进而也能有理有据地为OA患者提出新的临床诊断、病情干预和治疗思路。