miR-146a介导TLR4/NF-κB信号通路延缓骨关节炎的作用及机制

刘建军 李元贞 王多贤 陈欣, 齐伟 韩宪富 谢兴文,*

1.甘肃中医药大学附属医院,甘肃 兰州730000

2.甘肃中医药大学,甘肃 兰州730000

骨关节炎(osteoarthritis, OA)是以受累关节肿胀、疼痛、畸形为主要症状的临床常见病,好发于50岁至70岁之间的中老年人[1]。随着老龄化社会进程,OA表现出高发病、高致残、治疗周期长的特点,不仅影响患者的生活质量,而且还增加额外医疗支出[2]。目前其发病机制尚未明确,研究证明,TLR4/NF-κB信号通路与OA低度慢性炎症发病机制密切相关[3-4]。随着OA的发生,炎症因子调控TLR4/NF-κB信号通路关键分子促进关节滑膜、软骨免疫炎症循环,导致关节慢性低度炎症反应,加速OA进程[5]。研究发现,miR-146a是固有免疫炎症反应关系密切的miRNA成员之一,在OA进程中发挥重要作用,负反馈调节软骨细胞的凋亡以及机体炎症因子的释放,延缓OA发生发展[6-10]。因此,通过对miR-146a调控TLR4/NF-κB信号通路相关机制进行研究,进一步了解OA的发病机制,为靶向治疗OA提供新的治疗策略。

1 miR-146a对TLR4/NF-κB信号通路的影响

1.1 miR-146a

微小RNAs(microRNAs, miRNAs)是一类约18～25个核苷酸组成的保守型非编码短链RNA序列,主要通过靶向结合mRNAs的3’-非翻译区(UTR)参与基因表达,引起靶基因mRNAs的降解、抑制mRNAs转化为蛋白质[11]。miR参与了多种疾病细胞衰老和细胞信号级联的调控过程[12]。其中,miR-146是与固有免疫炎症反应密切相关的miRNAs家族成员之一[13]。miR-146通过TLR4、MyD88、NF-κB和Akt等信号通路抑制机体炎症因子的产生,参与了多系统免疫炎症相关疾病的发生与发展,如固有免疫、炎性反应、细胞分化、癌症以及其他类型的疾病[14]。miR-146家族明星分子miR-146a和miR-146b在不同物种中具有高度保守性。人miR-146a源于5号染色体LOC285628基因的第2个外显子区域调控机体炎症性病变[15]。研究和探索miR-146a在调控炎症反应循环链的作用机制,可以为OA的治疗提供靶点和新思路[16-17]。

1.2 miR-146a调控TLR4/NF-κB信号通路

OA病理过程中软骨细胞程序性死亡产生损伤相关的分子模式(damage associated molecular patterns,DAMPs)活化的固有免疫细胞Toll样受体(TLRs)家族成员及髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)。NF-κB是TLR4蛋白下游负责调解炎症的枢纽信号蛋白,无致病原侵袭的生理状态下NF-κB二聚体可与IKB(抑制蛋白)结合组成三聚体,使蛋白失活。当致病原侵袭机体或细胞后形成DAMPs被固有免疫细胞表面模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)启动固有免疫应答促进炎性细胞的分泌[18]。炎性细胞因子加速细胞程序性死亡导致细胞释放DAMPs,形成炎症恶性循环链[19]。因此,TLR4、NF-κB是免疫炎症信号传导的核心转录因子,参与了OA的发病机制,干预该通路能够抑制膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis, KOA)发展[20]。研究显示,KOA退变软骨中TLR4、NF-κB基因及蛋白的表达升高[21],TLR4/NF-κB信号通路介导的自身免疫与KOA的发生、发展密切相关[22]。小分子药物淫羊藿苷[23]、连翘苷元[24]、丹参酮ⅡA[25]、白藜芦醇[26]等可抑制TLR4/NF-κB信号通路发挥延缓KOA的作用。同时,针刺可以抑制TLR4及下游MyD88、NF-κB的表达,延缓软骨退变和炎症治疗OA[27-29]。因A此,通过调控TLR4/NF-κB免疫炎症信号通路可以靶向抑制炎症反应和延缓软骨退变治疗OA。

miR-146a是参与炎症应答最重要的miRNA之一[30-31]。研究表明miR-146a可通过负反馈调节TLR4信号通路MyD88募集和活化下游IL-1受体相关激酶家族(interleukin-1 receptorassociatedkinases, IRAKs)和肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumornecrosis factor receptor-associated factor 6, TRAF-6),形成MyD88-IRAKs-TRAF-6复合体参加信号传导,降低NF-κB靶基因IKK的表达水平、抑制炎症因子(如:IL-6、IL-8、IL-1β、TNF-α)转录、释放[32-33]。随着miR-146a水平的升高,MyD88水平会进一步降低,激活的IKK则会减少,进一步降低信号通路下游的促炎因子分泌[34-35]。miR-146a在参与该循环过程时,作为一种负性炎症介质释放调节剂,调节TLR4/NF-κB信号通路延缓OA的进程。所以,我们可以通过促进miR-146a的表达,减少TLR4及NF-κB的积累,进而调控免疫炎症信号通路来抑制炎症因子和软骨分解代谢因子延缓OA的进展。

2 miR-146a对OA的影响

2.1 miR-146a介导TLR4/NF-κB信号通路影响OA炎症反应

研究发现,OA是软骨和滑膜之间的低度炎症正反馈循环疾病[36-37]。由于关节软骨的退变及磨损产生的坏死细胞、组织碎片释放到关节腔刺激滑膜巨噬细胞和成纤维细胞产生和释放炎症细胞因子和趋化因子等损伤相关分子模式因子(DAMPs)[38-39]。DAMPs激活软骨细胞、成骨细胞和滑膜细胞的表面TLR4模式识别受体调控NF-κB信号通路关键转录因子和释放分解代谢因子,导致关节软骨、滑膜炎症反应循环,进一步促进软骨细胞凋亡、软骨细胞外基质(extracellular matrix, ECM)降解,临床表现为软骨退变、关节疼痛等[40-41]。因此,通过调控炎症反应相关基因表达抑制免疫炎症信号通路,下调炎症因子表达和阻断炎症循环延缓软骨退变。

研究发现,miR-146a是OA炎症反应负调控因子,能降低炎症因子的表达水平,从而减弱炎症因子对TLR4/NF-κB信号通路的激活[42-43]。miR-146a可以负调控TLR4/NF-κB免疫炎症信号通路,抑制滑膜巨噬细胞和中性粒细胞吞噬坏死的细胞及组织保护软骨细胞[44]。因此靶向调控miR-146a的表达负向抑制炎症因子延缓软骨退变而保护关节退行性改变达到治疗的效果。

2.2 miR-146a介导TLR4/NF-κB信号通路影响OA软骨退变

软骨细胞和软骨细胞外基质(ECM)是软骨的主要组成,共同维持软骨内稳态平衡。软骨细胞产生胶原蛋白和蛋白聚糖维持软骨ECM稳态,软骨ECM骨架结构保护软骨细胞并传递化学信号,软骨细胞凋亡与软骨ECM降解是软骨退变的生物学标记,也是预防软骨退变的重要靶点。软骨细胞对关节腔内的机械和生化信号的变化非常敏感[45]。随着衰老及衰老表型分泌趋于积累常导致软骨细胞的外环境发生改变,通过多途径信号通路调节软骨细胞代谢及ECM的稳态影响OA的病情发展[46]。其中,TLR4/NF-κB免疫炎症信号通路是参与软骨细胞代谢、抗氧化应激过程,调控软骨细胞程序性死亡的重要分子信号通路之一。TLR4/NF-κB上调编码iNOS和COX-2 mRNA表达活化软骨ECM重要的降解因子基质金属蛋白酶(matrix metallopmteinases,MMPs)[4]。MMPs抑制胶原蛋白和蛋白聚糖的合成,使得细胞外基质层中的ACAN、COLII含量降低、MMPs、ADAMTS基因蛋白表达水平升高导致软骨ECM代谢稳态失衡,促进软骨ECM降解和软骨细胞凋亡导致软骨破坏现象[47]。

miR-146a家族中主要成员有miR-146a-5p和miR-146a-3p[48],这些成员根据其作用靶基因的性质常被标记为免疫炎症抑制因子,并在多种疾病的病理过程中发挥重要作用[49]。研究发现,miR-146a-5p是调节软骨细胞修复和保护软骨延缓软骨退变的保护基因[50]。miR-146a-5p通过降低TRAF6表达抑制TLR4/NF-κB信号通路的激活,从而保护软骨细胞与细胞外基质,延缓软骨退变。同时miR-146a-5p在OA关节液中高表达并参与炎性疼痛发生发展[51]。miR-146a-3p也参与OA早期的发生发展进程。研究发现,miR-146a-3p上调OA大鼠ACAN、SOX-9、CoLⅡ蛋白表达水平保护软骨ECM,延缓软骨退变治疗OA[52]。杨国红等[53]报道,miR-146a-3p能下调MMP-13和COMP表达延缓早期OA病理过程。基于miR-146a是延缓软骨退变治疗OA的重要靶标基因研究成为热点。启动miR-146a下调软骨及滑膜细胞炎症因子的表达及抑制免疫炎症相关信号通路传递延缓OA软骨退变和炎症的进展。研究发现,miR-146a的靶向抑制剂MALAT1下调MMP-13和ADAMTS-5蛋白表达水平,上调COL2A1和ACAN蛋白表达水平,抑制软骨细胞凋亡治疗OA[54]。因此,miR-146a介导TLR4/NF-κB信号通路是抑制炎症反应延缓关节软骨退变重要调控途径。

3 总结及展望

骨关节炎已成为严重的社会负担,严重的病情造成中老年人肢体残疾和经济负担。目前,非甾体类抗炎药是发挥抗炎作用抑制炎症反应减轻患者关节疼痛治疗OA,但是,长时间服用有消化道出血风险。因此,研究OA的病理机制进行早期干预有重要研究意义。低度炎症反应在OA软骨退变病理过程中具有关键作用。通过调控炎症相关基因表达能延缓OA软骨的破坏病变具有重要的意义。目前越来越多的研究关注miR-146a对软骨成分的调控。因此,调控miR-146a表达干预免疫炎症信号通路能够延缓软骨退变及抑制炎症反应治疗OA。针对OA低度慢性炎症机制调控miR-146a干预免疫炎症反应通路阻断炎症因子循环为改善OA病情药物提供更多的选择。miR-146a通过介导TLR4/NF-κB信号通路抑制免疫炎症反应,下调炎症因子水平,降低细胞程序性死亡,保护软骨细胞,维持软骨细胞ECM稳态是治疗OA的可能的分子机制。因此,上调miR-146a或者促进miR-146a与TLR4/NF-κB信号通路关键蛋白结合的治疗手段或途径可能在OA炎症和软骨退变病理中发挥重要作用。目前基于miR-146a介导TLR4/NF-κB信号通路治疗OA的治疗药物研究处于理论阶段,对于OA作用效果需要进一步实验研究的支持。