基于PubMed數據庫對miR與骨代謝相關信號通路的文獻研究

宋敏 鞏彥龍* 劉濤 董萬濤 黃凱 周靈通 劉小鈺 蔣林博

1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅中醫藥大學附屬醫院，甘肅 蘭州 730000

骨代謝與骨質疏松癥密切相關。隨著我國人口老齡化進程的加快，骨質疏松癥(osteoporosis，OP)發病率呈快速增長態勢。在骨質疏松癥參與骨代謝動態平衡的細胞調控分化過程中，存在著各種信號通路，包括參與調節成骨細胞分化、調節破骨細胞分化及鈣信號等。自從1993年小分子RNA(miR)被帶入研究領域后，這種小分子RNA的多樣性和廣泛性才被揭示出來，miR在OP發生的動態變化過程中發揮重要的作用[1]，參與調控OP發生相關的細胞、細胞因子、信號通路等。隨著研究的不斷進展，對miR調控的骨代謝相關研究從量的表象變化已經逐漸過渡到作用機制，進入了更深一步的研究。miR與骨質疏松多種信號通路存在密切的關系，成為潛在的檢測標志物和治療靶向點。本文將對miR與骨代謝相關信號通路的文獻研究作一闡述。

1 資料與方法

1.1 檢索對象

PubMed數據庫(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed)。

1.2 檢索方法

文獻類型選擇(ARTICLE)或(REVIEW)，時間跨度為2000年-2016年，數據獲取時間點為2016年6月，應用Bibexcel軟件分別抽取文獻主題詞、副主題詞和被引文獻，對抽取的數據進行人工篩選，綜合運用Citespace和Pajek軟件進行處理，并結合專業知識將符合納入、排除標準的文獻分成若干信號通路。

1.3 文獻納入標準

分別從論文題目、摘要、討論和其他信息等部分，對檢索到的英文文獻進行應用主題詞、副主題詞及與本研究內容一致性進行評價，所有被評估的文獻均由2位研究者獨立完成，再交叉核對結果。

1.4 文獻排除標準

對檢索到的文獻未涉及到主題詞、副主題詞及與本研究內容無關的文章進行排除。

1.5 統計學處理

對檢索的結果采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件進行數據統計學分析。

2 結果

2.1 PubMed數據庫文獻檢索結果

在PubMed數據庫中，以主題詞miRNA、miR、microRNA，副主題詞Signal pathway和Bone metabolism進行檢索，分別檢索到對應的主題詞文獻346篇、245篇、358篇。

2.2 文獻納入及排除流程(圖1)

圖1 文獻納入及排除流程圖Fig.1 Flow chart of literature inclusion and elimination

2.3 miR與骨代謝相關信號通路文獻數量柱狀圖(圖2)

圖2 miR與骨代謝相關信號通路文獻數量柱狀圖Fig.2 Quantity histogram of miR and literatures

2.4 miR調控的與骨代謝相關信號通路(表1)

2.5 主要骨代謝信號通路參與的miR(表2)

3 討論

miR調控骨代謝的意義重大，尤其是對破骨細胞和成骨細胞的調節至關重要，但是miR調節骨代謝的主要機制還處于探索階段。通過從PubMed數據庫對miR與骨代謝相關信號通路文獻的研究，可以發現目前對經典的信號通路研究較多，如Wnt信號通路是成骨細胞定向分化中的轉錄因子和信號調控通路，miR不僅參與調節Wnt信號通路并抑制骨結合素的表達，還可抑制DKK1(Wnt信號通路的抑制劑)，提高Wnt信號通路活性而促進成骨分化；PI3K/Akt信號通路對成骨細胞和破骨細胞具有雙重的調節作用，且具有潛在的成骨特異性作用miR通過調節PI3K/Akt信號通路可調節其下游的核因子κB受體活化因子和巨噬細胞集落刺激因子受體信號，從而對破骨細胞分化、存活和骨吸收起到至關重要的作用；miR通過轉錄激活SP7/Osterix啟動子，進而調節Notch信號通路增強成骨細胞的增殖，也能調節Notch信號通路通過抑制Wnt信號經典途徑阻止成骨細胞的分化；miR可通過調節TGF-β信號通路而調節成骨細胞對骨鈣鹽沉積和破骨細胞對骨吸收作用，進而控制骨密度。

表1 miR調控的與骨代謝相關信號通路Table 1 miR regulated signaling pathways associated with bone metabolism

表2 主要骨代謝信號通路參與的miRTable 2 The major bone metabolic signaling pathways related to miR.

miR對骨的形成是必不可少的，其對骨質的調控作用具有雙向性，多數miR對骨的形成具有積極的作用，也有部分miR對骨的形成具有副作用。根據相關研究[30]，miR-106b通過BMP-2信號通路在成骨細胞分化過程的高表達是一種負調控機制，有助于促進骨質疏松癥的發生，Collison[30]于體外培養的骨髓間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSC)，在MSC向成骨細胞誘導過程中發現，miR-106b在此過程中抑制MSC向成骨細胞分化，在糖皮質激素導致的骨質疏松小鼠體內，miR-106b的表達高于健康小鼠體內的表達。過量的糖皮激素可調節miR-29 a、miR-34 a-5p的過表達，降低Akt、GSK3β的磷酸化、減少骨保護素(osteoprotegerin，OPG)的表達，促進β-鏈蛋白的降解、RANKL的表達，進一步促進骨的吸收并能延長破骨細胞的壽命。然而，正常量的糖皮激素可調節miR-29 a、miR-34 a-5p的表達，通過干擾細胞骨架結構抑制破骨細胞對骨的降解能力。可見抑制負調節骨量miR的表達可能是潛在的治療骨質疏松及骨缺損的新策略[31]。

醫學影像技術通常用于檢測低骨量，但是卻無法判別惡化的骨質量。miR作為骨重塑監測物，有可能作為一種新的骨健康的敏感標志物，用以幫助監測、診斷和治療骨質疏松。Bedene等[32]研究了骨質疏松癥患者體內miR與骨密度、骨小梁積分及骨折風險度之間的關系，結果發現，結合miR-148 a-3p對骨的作用表明，miR可作為潛在的骨質疏松癥相關病理變化的血漿生物標志物。在絕經后骨質疏松癥患者血清中，miR可以作為一個可靠的、無創性檢測的生物標志物，用于輔助診斷絕經后骨質疏松癥。研究發現[33]，絕經后骨質疏松癥婦女骨量減少時血清中miR-30b-5p、miR-103-3p、miR-142-3p、miR-328-3p表達顯著下調(P<0.05)，與骨密度呈正相關。Yavropoulou等[34]研究表明在骨質疏松癥婦女血清中mir-21-5p表達顯著降低，發生脊椎骨折風險的敏感性和特異性分別是66%和77%。Seeliger 等[35]研究揭示了miR不僅可以作為骨質疏松診斷的生物標志物，還可用于治療骨質疏松癥及作為骨質疏松骨折愈合過程的判定標志物。

骨代謝過程主要有兩個方面，即骨形成與骨吸收，骨代謝紊亂導致的骨質疏松癥受多種因素的調控，其中miR對骨代謝的調節機制復雜，包括了多種miR及信號通路、激素、細胞、腺體等多方面作用的參與，而miR對信號通路的調節在其中起到了重要的作用。現今的研究以經典信號通路為主，如參與影響骨形成的BMP/Smads、Wnt/β-catenin信號通路等，參與影響骨吸收的OPG/RANKL/RANK信號通路等，通過復雜的調節機制，miR對骨髓間充質干細胞、成骨細胞、破骨細胞等的調節，進一步影響骨的代謝。隨著miR通過相關信號通路對骨代謝調控機制的深入研究，miR可為骨質疏松癥提供潛在的診斷及治療的新途徑，其臨床意義深遠。