绝经后骨质疏松症相关长链非编码RNA 的研究进展

陈明昊，青玉凤，苟婉星，李素平

（川北医学院附属医院核医学科1，风湿免疫科2，四川 南充 637000）

骨质疏松症（osteoporosis，OP）按病因可分为原发性和继发性两类，前者最常见的类型为Ⅰ型，即绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMOP）。据相关研究统计[1]，有10%～20%绝经后女性患有不同程度骨质疏松,而绝经后骨质疏松症相关脆性骨折发生率和发病率很高，同时也给社会和家庭带来了沉重的经济和生活负担。因此，深入了解PMOP 的发病机制对临床治疗具有重要意义。目前主流观点认为绝经后女性体内雌激素水平的下降，与成骨细胞和破骨细胞的分化和活性受到影响是绝经后骨质疏松症发生的重要机制[2]。长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）在真核生物中广泛表达，在调节细胞分化、器官发育和疾病等过程中发挥重要作用[3]。现已发现lncRNA 可通过染色质重塑、剪接调控、mRNA 降解和翻译调控等多种机制调控基因的表达，参与调节机体的各种病理过程[4]。在成骨分化过程中发现，lncRNA 在Wnt/β 信号通路、BMPs/TGF-β 信号通路、Notch 信号通路中能促进成骨细胞的分化[5]，而在RANK 通路、MAPK通路、PPAR-γ 通路、PI3K/Akt 信号通路能抑制破骨细胞的分化[6]。同时，有研究发现雌激素也能影响lncRNA 的表达，通过调控成骨和破骨细胞的增殖促进绝经后骨质疏松症的发生[7]。本文就lncRNA对绝经后骨质疏松症代谢相关的信号通路、对相关基因的作用等方面的研究进行综述，探讨其研究现状及发展前景，以期为临床诊治PMOP 提供一定参考。

1 lncRNA 对成骨细胞的调节

成骨细胞在骨形成过程中经历成骨细胞增殖、细胞外基质成熟、细胞外基质矿化和成骨细胞凋亡4 个阶段，而lncRNA 在其中扮演了重要的角色[8]。在成骨分化中，lncRNAs 具有3 种基本功能[9]：①通过调节信号通路调节成骨分化；②介导表观遗传修饰，调节成骨分化；③作为miRNA 海绵或前体结构，调节成骨分化，见表1。

1.1 lncRNA 通过信号通路调节成骨细胞 Wnt/βcatenin 信号通路是成骨细胞分化的重要通路，部分lncRNAs 通过调节该通路活性干预成骨细胞分化。如lncRNA HOTAIR 下调Wnt/β-catenin 信号通路bmp9 的表达，抑制信号转导，从而抑制成骨细胞分化[10]。此外，当lncRNAp21 的表达水平降低时，Wnt/β-catenin 信号通路通过增加E2的分泌而被激活，最终刺激成骨分化而促进骨生成[11]。富含于骨骼组织的LNC-AK045490 通过抑制β-catenin 的核转位和下调TCF1、LEF1 和Runx2 的表达来抑制成骨细胞分化和骨形成[12]。PI3K/AKT 信号通路也是lncRNA 作用的重要靶标通路。Koirala P 等[13]研究指出，lncRNA AK023948（AK0）对PI3K/AKT 信号通路中的AKT 有正向调节作用。有研究发现[14]，lncRNA AK0 可通过PI3K/AKT 信号通路调节雌激素缺乏性骨质疏松症成骨细胞AKT 的磷酸化水平，从而影响成骨细胞的增殖。其它信号通路如BMP-2/（Smad1/5/8）信号通路可通过lncRNA UCA1 而被激活，促进成骨细胞的增殖和分化[15]。另有研究发现[16]，一种新型的lncRNANONH-SAT005760.2 在骨质疏松绝经后妇女外周血中明显高表达，同时在BMSCs 成骨分化过程中低表达，但下游通路和对成骨的具体作用机制尚不明确。

1.2 lncRNA 与miRNA 共同调节成骨细胞 微小RNA（miRNA）是由内源性基因编码的小分子单链非编码RNA，在细胞内具有重要的调控作用。miRNAs与其靶mRNAs 中的互补序列结合，从而通过转录后调控抑制靶mRNAs 的表达，可形成一个复杂的调控网络[17]。目前，关于骨质疏松过程中lncRNA 和miRNA 相互关系的研究较多聚焦在调节成骨细胞形成、分化等方面。据报道[18]，lncRNA MALAT1 可以调节人MSCs 中Osterix 的过度表达，然后与miR-143 结合并抑制miR-143 以促进成骨分化,其还可通过介导miR-34c/SATB2 增加成骨细胞活性。作为miRNA 的分子海绵，lncRNA MODR 与miR-454 结合，减轻其对Runx2 的抑制作用，从而促进骨形成[19]。有研究表明[20]，lncRNA NTF3-5 下调miR-93-3p，从而促进成骨分化。作为miR138 和miR-145 的海绵，lncRNA Linc-ROR 拮抗这两个miRNAs（均为成骨的负调控因子）的功能，并抑制其共同的靶标ZEB2，最终激活Wnt/β-catenin 信号通路，从而促进成骨[21]。除了促进作用外，这种相互作用也显示出抑制成骨细胞分化。lncRNA HOTAIR 下调导致miR-17-5p 和miR17-5p 的靶标Smad7 的表达水平下降，从而导致成骨细胞分化的抑制[22]。有研究发现PMOP 患者的MSCs 中lncRNA MEG3 和miR-133a-3p 的表达明显增加，而MEG3 过表达逆转了成骨诱导下调miR-133a-3p 的过程。此外，还发现过表达的MEG3 结合miR-133a-3p 显著逆转了MEG3 介导的MSCs 成骨分化抑制，提示MEG3 通过靶向miR-133a-3p 促进PMOP 的发展[23]。

1.3 lncRNA 通过表观遗传基因调节成骨细胞EZH2 是一个参与转录抑制的基因，也是表观遗传基因，EZH2 可调控年龄依赖性间充质干细胞向成骨细胞的分化[24]；有研究发现[25]，lncRNA-ANCR 能与EZH2 特异性结合，这种特异性结合抑制了转录因子RUNX2 的表达，从而抑制了成骨细胞的成骨。同样，lncAK016739 可以抑制成骨分化和骨形成，可通过抑制转录因子因为它可以抑制成骨转录因子的表达和活性来调节成骨细胞分化和骨形成[26]。在PMOP 的基础研究中发现雌激素成剂量依赖性升高lncRNA H19 的表达，促进成骨细胞的分化，最终延缓PMOP 的发生发展[27]。

1.4 lncRNA 与雌激素、血清铁蛋白共同调节成骨细胞 雌激素减少是女性骨质疏松症的重要原因。正常量的雌激素可以通过调控成骨细胞凋亡和上调lncRNA HOTAIR 的表达来延缓骨质疏松的进展，促进细胞活力，抑制细胞凋亡，其作用可被HOTAIR沉默所阻断，而雌激素的缺乏则能通过调节HOTAIR/miR-138/TIMP1 信号轴，诱导绝经后女性成骨细胞凋亡，导致骨质疏松[28]。有研究发现[29]，lncRNAs MALAT1 和HOTAIR 不仅是miRNAs 的转录靶点，而且还参与了雌激素靶向的激素敏感基因如PSA、hTERT 和PS2 的调控。除雌激素外，在成骨分化过程中，lncRNA Gas5 可以作为诱饵结合到糖皮质激素受体基因结合域上，抑制受体功能[30]。血清铁蛋白也能对成骨细胞产生影响，绝经后血清铁蛋白水平可升高2 倍以上，异常的铁积累对PMOP 的发生有重要作用[31]。有报道称lncRNA XIST 在骨质疏松症患者的血浆和单核细胞中表达增加，并通过抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化促进骨质疏松的发展。铁蓄积则可通过XIST/miRRE-758-3p/caspase3 轴调节成骨细胞凋亡[32]。

1.5 lncRNA 调控MSCs 向成骨细胞和脂肪细胞分化骨髓间充质干细胞（BMSCs）及其项脂肪细胞分化也是骨质疏松进程中的重要因素。随着年龄增长，骨丢失和骨质疏松症与成骨细胞数量减少和脂肪细胞数量增加有关。成骨细胞和脂肪细胞均由BMSCs 分化而来，阐明骨髓间充质干细胞分化为骨髓脂肪细胞和成骨细胞的机制，对于骨稳定维持及临床诊断、治疗具有重要意义。目前已经有许多关于lncRNA在BMSCs 分化到脂肪细胞等方面的研究。现有研究鉴定出一种新的lncRNA PGC1β-OT1，它作为脂肪细胞和成骨细胞从祖细胞分化的相互调节因子，是骨骼结构和骨髓微环境维持和功能的关键过程。PGC1β-OT1 通过拮抗miR-148a-3p 的功能，从而促进成骨和抑制成脂[33]。Li CJ 等[34]通过实验发现lncRNABmncr 在衰老过程中协调BMSCs 的成骨或成脂，lncRNABmncr 通过调节细胞外基质蛋白、纤维调节蛋白和BMP2 通路的激活来调节BMSCs 的成骨。lncRNABmncr 还作为TAZ 和ABL 复合物的支架，促进TAZ 与RUNX2/PPARG 的组装，从而增强成骨并抑制脂肪生成。此外，有研究表明lncRNA-ORLNC1 与骨质疏松症呈正相关，lncRNAORLNC1 不仅可以在体外抑制BMSCs 的成骨分化和成脂分化，还可以通过Pten 有效抑制miR-296 对成骨细胞分化的加速[35]。

综上，许多lncRNA 对成骨分化有抑制作用。因此，使用特定靶向药物可以沉默这些特定的lncRNA的表达，从而限制骨质疏松症的发生。

2 lncRNA 对破骨细胞的调节

破骨细胞来源于血液中的单核巨噬细胞，是终末分化细胞。破骨细胞的主要功能是介导骨吸收，在骨的发育、生长、修复和重建中发挥重要作用。破骨细胞功能异常可导致异常骨吸收，功能亢进可引起骨质退行性疾病，因此破骨细胞分化在骨质疏松中起重要作用[36]。

2.1 lncRNA 通过信号通路、细胞因子等调节破骨细胞 已有研究表明，有lncRNAs 可通过调节特定靶mRNA 的表达来调节破骨细胞的形成，见表2。在破骨细胞形成过程中，lncRNA AK077216 的表达明显上调，该lncRNA 抑制NIP45 的表达，能进一步促进NFAT C1 的表达，而NFAT C1 是参与破骨细胞分化的主要转录因子，因此lncRNA AK077216 能促进破骨细胞分化，同时还发现该抑制破骨细胞前体细胞凋亡[37]。另有研究报道lncRNA-JAK3 介导的NFATC1 激活可以上调组织蛋白酶K（CTSK）的表达，从而促进MSU 诱导的破骨细胞分化[38]。LINC00311 通过抑制DDL3 表达和调节Notch 信号通路促进破骨细胞分化[39]。在骨质疏松中，lncRNA TUG1 的高表达可能通过磷酸酶和张力蛋白同源蛋白（PTEN）来调节破骨细胞的增殖和凋亡[40]。同时，有少数的lncRNA 对破骨细胞的分化也有抑制作用。有研究发现LncRNA Bmncr 是RANKL 诱导破骨细胞分化的负调控因子[41]。细胞因子IL-6 可参与骨密度和破骨细胞分化活化的调节，lncRNA-NEF可能通过抑制IL-6 在骨质疏松中发挥作用[42]。此外，雌激素也参与了对破骨细胞的调控，lncRNA CRNDE 是破骨细胞生长的潜在独立影响因子，并通过PI3K/Akt 信号通路参与细胞增殖，而雌激素可以明显抑制破骨细胞的这种增殖[43]。总之，lncRNA 通过各种途径调节破骨细胞形成、功能、分化及凋亡，从而影响骨质疏松的发生发展过程。

表2 部分lncRNAs 对破骨细胞分化的调节

2.2 lncRNA 与miRNA 共同调节破骨细胞 目前在lncRNA 和miRNA 对骨细胞调节的研究中有关破骨细胞的研究较少，仍有研究发现了某些lncRNA 可通过miRNA 来促进或抑制破骨细胞的分化或增殖。有研究发现LncRNAxist 可通过下调miR-590-3p的表达来逆转miR-590-3p 对破骨细胞分化的抑制，从而促进破骨细胞分化[44]。lncRNA SNHG15 可作为ceRNA 通过海绵化miR-381-3p/NEK2 轴促进破骨细胞分化、增殖和转移[45]。lncRNA SNHG1 也与破骨细胞密切相关，Huang S 等[46]发现其在PMOP 患者血浆中下调，同时与多种miRNA 有关，如miR-145、miR-195、miR-338 和miR-497，它们可参与破骨细胞的分化，但具体作用尚不明确。此外，lncRNA-AK131850 还可调控成熟破骨细胞中的miR-93-5p，通过降低miR-93-5 来增加血管内皮生长因子A（VEGF-A）的转录、表达和分泌，促进内皮祖细胞的血管生成[47]。

3 总结与展望

绝经后骨质疏松症是一种全身代谢性骨病，由体内雌激素水平降低引起，绝经后骨质疏松症相关脆性骨折发生率和发病率很高，严重影响患者生活质量。对绝经后骨质疏松症的预防和靶向治疗是可行的一种防治思路，而lncRNA 可通过对相关基因、蛋白和信号通路的相互作用、相互影响参与各种生理病理活动。miRNA 调控信号通路已是近年来研究的热点，其分子机制已经被广泛深入地研究和揭示；但对lncRNA 研究较少，其在疾病中的表达和具体的调控机制目前仍存在争议，由于其作用的发挥与miRNA 密切相关，因此可将它们与miRNA 进行结合性研究。同时，现在对PMOP 中lncRNA 与雌激素的相关研究也尚少，其而对lncRNA 的调控尚不明确，可以通过研究雌激素、lncRNA、相关细胞因子等在绝经后骨质疏松中的调控网络，进一步明确两者的相互作用，为骨质疏松症等代谢性疾病的诊治寻找新的治疗靶点。总之，可以通过深入研究lncRNA对疾病的精确调节机制，为绝经后骨质疏松症的防治提供一种新的研究思路与科学的解决方法。