microRNA在骨性关节炎中的研究进展

刘琴琴，王茂源

（1.赣南医学院2019级硕士研究生；2.赣南医学院第一附属医院康复科，江西 赣州 341000）

骨性关节炎（Osteoarthritis，OA）是最常见的慢性关节病之一，其特点是关节软骨缺损伴滑膜慢性炎症反应［1］，是一种严重影响中老年人身心健康的关节退行性疾病［2］。流行病学统计评估全球平均每年新增10 万名新诊断OA 患者［3］，给患者和医疗系统带来了巨大的负担，然而仍缺乏有效的非关节置换治疗方案。年龄、肥胖、性别、关节损伤和遗传等危险因素与疾病的发生发展相关［4-5］。关节软骨再生能力极其有限，继发性骨关节炎很小的损伤也可导致严重的疼痛和关节功能障碍［6］。代谢性疾病（肥胖、糖尿病和胰岛素抵抗、血脂异常和高血压）可进行关节组织的全身性调节，学者将代谢性疾病与OA 联系起来，提出了代谢综合征相关的骨关节炎（MetS-OA）的概念［7］，miRNAs 与代谢性疾病也联系密切［8］。由于代谢因子可以被修饰，了解与OA发病相关的分子机制对于OA 个性化治疗至关重要。目前有效治疗OA 的一个主要挑战是早期发现疾病，诊断和判断OA严重程度的标准方法是放射学［9］，但多限于疾病晚期，在监测OA 进展方面仍存在缺陷。因此，寻找无创且敏感的血清生物标记物将有助于OA 的诊断、早期治疗及预后的判断。同时靶向干预血清生物标记物是治疗OA的潜在治疗手段。

MicroRNA（miRNA）是微小RNA，是一类长度为17～25 个核苷酸序列的内源性单链非编码小分子RNA 分子，不参与转录和翻译过程，在真核细胞中普遍表达，参与了生命过程中的一系列重要过程。miRNAs 序列、结构和表达方式的特殊性，使其可作为miRNA 编码蛋白质的调节因子，对基因表达、细胞周期调控乃至个体发育产生重要影响［10］，miRNAs失控可导致疾病的发生。miRNAs 还与OA 发病过程有关，如软骨内稳态、细胞外基质调节、软骨内骨化、骨代谢、凋亡、自噬、炎症和脂质代谢［11-12］。本综述总结了miRNAs 在骨性关节炎中的作用及调节机制，认为miRNAs 在骨性关节炎的发病机制中起重要作用，在诊断和治疗中具有重要的潜在价值，为骨性关节炎提供一种潜在的防治方法。

1 MiRNAs在OA中的作用

OA 的病理变化是由年龄、肥胖、创伤、关节先天畸形等多种因素引起的滑膜和关节软骨降解损伤、软骨下骨反应性增生等。最显著的特点是关节软骨组织的退化或破坏，其中细胞外基质（ECM）是主要的靶点［13］。虽然关节软骨细胞只占软骨总体积的2%～3%，但它可以通过合成ECM 和基质降解蛋白酶的成分来调节关节软骨［14］。因此，软骨细胞成为OA 研究的首选细胞，研究软骨细胞的炎症损伤机制对了解OA 的发病机制和临床治疗具有重要意义。

OA 软骨降解的确切机制尚不清楚，软骨完整性受合成代谢因子，如骨形态发生蛋白（BMP）和分解代谢因子的影响，这对维持正常软骨的稳态至关重要［15］。当这种内环境平衡被IL-1β 等因子破坏时，软骨就会退化，IL-1β 可上调关节软骨细胞的分解代谢活性，下调合成代谢活性［16］。因此较多研究用IL-1β构建体外OA模型。大量研究表明，miRNAs与OA 的发生发展有着紧密的联系，miRNAs 是一种小的内源性RNA 分子，以序列依赖的方式调节基因表达，参与包括软骨发育在内的大多数生物学过程［11-12］。miRNAs 表达调控的分子机制是研究OA 发生发展的重要基石。由于miRNAs 靶向的目的基因不同，其发挥的作用也不尽相同，有的对关节炎的进展起着抑制作用，而有的则起着促进作用。表1总结了近十年来几种miRNAs 参与人、鼠及兔子OA调控的靶基因、信号通路等。

表1 与OA相关的microRNAs

续表1 与OA相关的microRNAs

1.1 miR-140与OAmiRNA-140在骨骼发育和软骨内环境稳定中发挥重要作用，与正常软骨细胞组织相比，OA 软骨组织miRNA-140 的表达是减少的［40］。在miRNA-140 基因缺陷小鼠和miRNA-140转基因小鼠中，发现miRNA-140 缺失会促进小鼠模型出现与年龄相关的OA 样改变，然而过表达miRNA-140 可防止软骨进一步退变，miRNA-140 通过靶向负调控ADAMTS-5 对OA 病程起保护性作用。软骨基质降解蛋白酶-5（ADAMTS-5）降解蛋白聚糖，是OA 发病的关键酶［17］。OA 由多种蛋白酶介导，包括ADAMTS-5 和基质金属肽酶-13（MMP-13）等［41］，这些蛋白酶导致细胞外基质合成减少和关节软骨降解。IL-1β 和TNF-α 作为促炎细胞因子可诱导软骨细胞中MMP-13 的表达，NF-κB 途径参与调控MMP-13的表达［17］，而且有研究在IL-1β刺激软骨细胞构建的OA体外模型中发现MMP-13和miRNA-140的表达呈NF-κB 依赖性［18］。在体外实验中表明IGFBP-5 是miR-140 的直接靶点，发现OA 软骨细胞的miRNA-140、IGFBP-5 表达水平降低，同时此研究也发现miR-27a 可能间接下调MMP-13 和IGFBP-5，miRNA-140靶向IGFBP-5具体作用机制仍有待进一步研究［19］。

1.2 miR-125b 与OA研究发现miR-125b 在OA软骨细胞的表达比正常软骨细胞低54%。miR-125b可能通过抑制人软骨细胞ADAMTS-4的表达对软骨细胞起保护作用［21］。而且在LPS诱导的成软骨细胞系ATDC5的炎性损伤模型中发现miRNA-125b显著降低，miRNA-125b 过度表达减轻了LPS 诱导的ATDC5 细胞的炎性损伤，而miRNA-125b 基因敲除促进了LPS 诱导的炎症反应。并推测miRNA-125b的过度表达可能通过NF-κB途径和JNK信号通路负性调节MIP-1α 减轻软骨细胞的炎症损伤［20］。有研究发现长非编码RNA-THRIL 通过下调ATDC5 细胞miRNA-125b表达促进LPS诱导的炎症损伤［42］。

1.3 miR-27b-3p 与OA在骨关节炎患者和IL-1β诱导的C28/I2 软骨细胞OA 体外模型中发现PVT1表达增加，miR-27b-3p水平降低。PVT1基因敲除抑制了IL-1β 诱导的软骨细胞损伤，而miR-27b-3p 缺陷逆转了PVT1 基因敲除对IL-1β 诱导的软骨细胞损伤的抑制作用，同时发现miR-27b-3p 靶向负调控TRAF3 抑制IL-1β 诱导的软骨细胞损伤。PVT1 基因敲除可能通过增加miRNA-27b-3p 和减少TRAF3来保护软骨细胞免受IL-1β的损伤［22］。

1.4 miR-25 与OA吴寒松等在IL-1β 刺激小鼠软骨细胞的OA体外模型中发现miR-25的表达水平是升高的，miRNA-25 过表达促进OA 软骨细胞的ACAN 和Col2a1蛋白质的合成，减缓了IL-1β促进蛋白多糖（ACAN）和Ⅱ型胶原（Col2a1）降解作用，而miRNA-25 低表达抑制OA 软骨细胞的ACAN 和Col2a1 蛋白质合成作用，加快了IL-1β 促进蛋白多糖和Ⅱ型胶原降解作用，miRNA-25 在OA 发病、发展中起保护性调节作用［23］。在吴寒松的另一研究中预测miR-25可通过靶向结合丝裂原结合蛋白酶4（MAPK-4）基因，参与P38 和Caspase 通路，调节OA软骨细胞凋亡，再次说明了miR-25延缓了OA进展，抑制OA细胞凋亡和促进细胞增殖［24］。

1.5 miR-93 与OA有研究发现瘦素通过与OBRl受体结合并激活Akt信号途径下调miR-93诱导成骨细胞产生肿瘤抑制素M（OSM），加速OA进展［43］。脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）处理的软骨细胞可用于OA 体外模型的研究。DING 等［25］在LPS 诱导的OA 细胞模型中发现miR-93 表达降低，而且miR-93水平的下调呈剂量依赖性。LPS 处理显著降低了细胞活力和诱导细胞凋亡，而miR-93 过表达抑制了LPS 处理后的细胞活力减低和细胞凋亡，抑制了LPS 诱导的促炎性细胞因子的表达，表明miR-93 对LPS 诱导的软骨细胞凋亡和炎症有保护作用。同时发现miR-93 靶向负调控TLR4 抑制LPS 诱导的软骨细胞NF-κB 途径，进而保护OA 进展中的软骨细胞［25］。

1.6 miR-373 与OAOA 患者血浆和软骨细胞中miR-373 表达下调且OA 患者软骨细胞P2X 嘌呤受体（P2X7R）的表达升高。P2X7R是一种由三磷酸腺苷（ATP）调控的离子型受体，激活的P2X7R 促进细胞死亡、IL-1β 释放及活性氧释放［44］。miR-373 靶向调控P2X7R 的表达［45］。miR-373 低表达促进IL-6 和IL-8 高表达，而miR-373 过表达抑制IL-6 和IL-8 表达，P2X7R 基因敲除小鼠的软骨细胞增殖和活性受到抑制，IL-6和IL-8的mRNA 表达和分泌显著下调。该结果表明miR-373通过靶向负调控P2X7R抑制软骨细胞增殖和炎性细胞因子的表达，进而对软骨细胞起保护作用［26］。

1.7 miRNA-128a 与OA在手术引起的SD 大鼠OA 模型中术后自噬标记物Atg4、Atg12、Beclin 和p62 和LC3-Ⅱ的表达降低，术后4 周后miR-128a 在损伤关节的软骨细胞和滑膜成纤维细胞中强表达。将表达miR-128a 前体的慢病毒注入小鼠关节腔内，注射8 周后miR-128a 表达增强，Ⅱ型胶原和蛋白聚糖表达下降，导致软骨基质降解和严重的OA 组织病理改变，而关节内注射miR-128a 反义寡核苷酸后，滑膜组织显示轻度滑膜衬里增厚，滑膜成纤维细胞表达弱，稳定软骨细胞自噬，减缓了手术介导的关节组织破坏。同时在膝关节骨性关节炎终末期OA 患者的标本中发现miR-128a 表达显著增加，同时Atg12 表达下降说明miR-128a 靶向负调控Atg12抑制细胞自噬，加重OA进展［27］。

1.8 miRNA-335-5p 与OA在OA 软骨细胞中miRNA-335-5p 表达降低，编码自噬相关的蛋白Beclin-1、ATG5 和ATG7 的 基 因 表 达 降 低，然 而miRNA-335-5p 过表达的OA 软骨细胞，细胞活力显著增强，自噬相关基因的表达水平增强，炎症介质减少，而且使用自噬抑制剂使miRNA-335-5p过表达的OA 软骨细胞的炎症介质重新表达。说明miRNA-335-5p 通过激活自噬作用减轻软骨细胞炎症［39］。

1.9 miRNA-34a 与OA在体外关节软骨细胞培养中发现OA 患者软骨细胞miRNA-34a 的表达较正常软骨组织增多。同时认为miRNA-34a 通过直接调节原代人软骨细胞的SIRT1/p53 信号通路促进细胞凋亡和抑制细胞增殖，关节腔内注射表达沉默miRNA-34a 的慢病毒可能减轻了OA 大鼠模型的疾病进展［29］。另外一项研究也认为miRNA-34a 在OA患者软骨中表达增加。同时认为miRNA-34a 靶向抑制DLL1 的表达和调节PI3K/AKT 通路促进软骨细胞凋亡、衰老和骨关节炎的发生［30］。

综上，不同的miRNAs 对OA 软骨细胞代谢有积极或消极的影响。需进一步认识miRNAs 对软骨细胞代谢机制的影响，研究miRNAs 的代谢通路有助于更好地了解OA 的病因，为诊断和治疗OA 提供依据。

2 miRNAs在人OA中可作为潜在的诊断手段

miRNAs 定位于不同的亚细胞间隔，如线粒体、内质网、P 体、细胞核和核仁［46］。成熟的miRNAs 通过胞外体从细胞中分泌，可以在血浆和其他体液中检测到［47-48］。由于miRNAs在患者中的差异性表达，学者们通过大量的实验结果表明miRNAs 可作为诊断OA的潜在生物标志物。

在膝关节炎患者的静脉血中发现miR-200-3p、miR-100-5p、miR-1826 的表达水平对膝关节骨性关节炎（KOA）有较高的诊断价值［49］。有研究发现骨关节炎患者血清中miRNA-98、CTX-Ⅲ蛋白的表达水平明显高于健康志愿者；而经过治疗后，骨关节炎患者血清miRNA-98、CTX-Ⅲ蛋白水平均显著降低，且骨关节炎患者CTX-Ⅲ蛋白和血清miRNA-98水平明显高于健康志愿者，表明CTX-Ⅲ和miRNA-98是骨关节炎的潜在诊断指标［50］。在对骨关节炎和膝关节术后无关节炎病史患者软骨组织的miRNAs表达进行检测时发现16 个miRNA 存在差异表达，可区分骨关节炎软骨细胞和正常软骨细胞［51］。采集原发性OA 患者和健康个体血清，发现OA 患者关节软骨中miR-140-3p 和Hsa-miR-671-3p 的表达水平较健康个体持续下调［52］。

miRNAs 在血液循环中表现出良好的稳定性，它们的血浆水平可作为疾病状态下的生物标志物。有实验结果表明miRNAs 在人OA 患者软骨细胞和正常软骨细胞中表达是有差异的，且具有统计学意义，miRNAs可作为OA的潜在诊断手段。

3 调控miRNAs可作为治疗OA的潜在手段

miRNAs 作为一种调节因子通过一系列的细胞通路调控成骨细胞及软骨细胞的凋亡等，调节miRNAs的信号通路为治疗OA 提供了一种新的手段。近年来，大量研究报道miRNAs 的上调和下调可作为OA治疗新靶点的有效选择。

在手术制作的小鼠OA 模型和有OA 症状患者的实验中发现miR-10a-5p 靶向负调控HOXA1 促进骨关节炎软骨细胞凋亡，加快OA 进展［34］。研究表明miR-93 通过靶向负调控TLR4 抑制LPS 刺激的细胞凋亡和促炎细胞因子的产生［25］。miR-150靶向负调控KLF1 减轻IL-1 诱导的软骨细胞炎性损伤［53］。研究者报道胡椒碱对脂多糖刺激的ATDC5 细胞具有抗炎作用，胡椒碱的抗炎作用是通过下调miRNA-127和MyD88 的表达，进而抑制NF-κB 和p38MAPK 信号通路的激活来保护软骨组织［35］。研究发现抑制miRNA-302b 可能通过上调软骨细胞Smad3 信号通路的表达来抑制OA 炎症［36］。齐墩果酸（Oleanolic acid，OLA）通过miR-148-3p 调节FGF2 表达减轻白细胞介素-1β 诱导的软骨细胞功能障碍，同时说明miR-148-3p/FGF2 信号通路可能是OLA 预防骨关节炎（OA）进展的潜在治疗靶点［37］。

实验结果表明miRNAs 在OA 的发生发展中有重要作用，目前大多数研究对象还基于动物，将miRNAs 模拟物、miRNAs 抑制物、表达miRNAs 的前体慢病毒成功引入关节并进入关节组织［27］，在关节软骨产生一系列复杂机制，对OA 进展产生抑制或促进。在人的研究中还仅仅停留在体外实验层面，具体机制还不全面，研究miRNAs 对诊治OA 仍有广大前景，若能精确调控miRNAs 在人OA 中的具体机制通路，可为OA提供简单有效的治疗方法。

4 OA的目前治疗及展望

目前有效治疗OA 的方法仅限于抗炎药、物理疗法以缓解主要症状，以及晚期OA 患者的膝关节置换手术［54-55］。而长期口服非甾体类抗炎药会导致严重的不良反应，会永久性刺激胃肠道，使消化性溃疡和上消化道损伤的风险增加5倍［56］。硫酸软骨素（chondroitin sulfate，CS）是存在于细胞基质的天然糖胺聚糖，在欧洲和一些国家，CS 已作为一种症状缓慢性药物（Symptomatic Slow-acting Drugs，SYSAD）治疗骨关节炎很多年了［57］。目前骨关节炎疾病的临床治疗药物主要是氨基葡萄糖类，其作用效果有限，所以研究骨关节炎病理生理发展和信号级联调控通路是非常必要的。miRNAs 是OA 的重要调节因子，在OA 发生发展过程中，大量miRNAs 和它们的靶分子通过许多不同的复杂机制起着重要作用。miRNAs 可作为新的生物学标记在OA 早期诊断中发挥重要作用，同时可以将miRNAs 作为靶向治疗药物进行研究，为预防或延缓人类OA 进程提供新方法。