長鏈非編碼RNA在骨關節炎中調控機制的研究進展

肖瑜，劉軍

骨關節炎（osteoarthritis，OA）是臨床常見的疾病之一，隨著社會人口老齡化的程度越來越高，其發病率呈逐年上升的趨勢，并成為老年人群慢性致殘的主要原因［1-2］。傳統的治療方法僅能緩解關節周圍軟組織的炎癥，不能從根本上阻止疾病的進展。目前OA的治療效果不明確，治療方法的選擇也存在一定的爭議［3-4］。近年來，有關長鏈非編碼RNA（lncRNA）的研究越來越多，過去認為它們是無效RNA，但現在發現其與多種疾病的發生發展有關，這其中就包括OA［5］。假如找到在OA發病過程中起關鍵作用的核心lncRNA，就有可能針對該環節研發藥物并進行靶向治療，從而能夠真正有效地阻止OA的進展。另外，組蛋白修飾、DNA甲基化和非編碼RNA同屬于表觀遺傳學范疇，也都參與OA的發生［6］。本文將主要針對OA的發病及治療現狀、lncRNA在OA發病進程中的作用以及針對其所產生的新治療手段進行逐一闡述。

1 OA的發病及治療現狀

OA是關節的慢性退行性疾病，是最常見的關節炎類型，病理改變累及關節軟骨、軟骨下骨板和滑膜組織，特征表現以關節邊緣骨贅形成和滑膜炎癥為主［7］。OA常見于老年群體，常累及的部位包括脊柱、膝、髖及遠端指間關節［8-9］，臨床表現包括關節疼痛、不穩定、功能障礙等，最終影響患者的日常生活，導致生活質量降低［10-11］。OA的病因十分復雜，既有遺傳學方面的因素，如性別、肥胖等，也有機械力學方面的因素［12-13］。OA的診斷主要是依據患者的主訴和查體，目前藥物只能緩解臨床癥狀，尚沒有能夠徹底治愈的方法［14-15］。常規治療包括關節功能鍛煉、改變生活方式、物理治療和針對疼痛的藥物治療，如非甾體抗炎止痛藥、中樞類鎮痛藥、激素和透明質酸鈉等。對嚴重的OA患者，可采用關節鏡手術、關節周圍截骨術、關節置換術或關節融合術［16-17］。但這些常規治療的臨床效果并不理想，且常伴有不良反應［18］。為了解決這些問題，就需要從根本上改變治療方案，而闡明OA的病理機制可能有助于確定OA的治療靶點和早期診斷［19］。

2 lncRNA的概念與功能

據估計，全人類基因組中只有2%的RNA編碼蛋白質，而絕大多數（約98%）是非蛋白質編碼RNA［20］，也被看作是“基因組暗物質”。按其大小，非編碼RNA可以被劃分為兩大類：（1）非編碼的小RNA分子，如微小RNA（miRNA）、小干擾RNAs（siRNA）、新型非編碼RNA（piRNA）和核仁小RNA（snoRNA）。（2）長鏈非編碼 RNA（lncRNA）［21-22］。lncRNA是一類長度大于200個核苷酸的RNA分子，其缺乏明顯的開放閱讀框，且不具有翻譯成蛋白質的功能［23］。其在各物種中均有表達，包括動物、植物、酵母、原核生物和病毒等［24-25］。許多lncRNA是根據相鄰的蛋白質編碼基因來命名的。在人類中，lncRNA的合成與mRNA相似，經過剪接后得到具有5′帽子和3′多腺苷酸化特征的lncRNA分子，然后具有轉錄激活活性［26］。lncRNA已經被證實參與很多重要的生物學進程，包括胚胎發育、細胞生長、細胞增殖、細胞周期、基因轉錄、剪接、翻譯、細胞結構維護、染色質重塑、細胞凋亡、免疫反應及熱休克反應等［27］。lncRNA表達失調可能在多種癌癥和炎癥相關疾病中起重要作用［28-29］。lncRNA對骨和軟骨的發育起著重要的作用，其在OA軟骨中的異常表達會促進軟骨細胞外基質的降解。因此，目前認為lncRNA可作為一種新的診斷和治療標志物以判斷OA的進展和預后［30-31］。

3 lncRNA與OA的關系

已有研究報道，lncRNA與許多疾病的發生發展有關，如癌癥、代謝性疾病、心血管疾病、神經退行性疾病與精神疾病等［32-33］。然而，lncRNA在OA中的發病機制尚不十分清楚。在OA軟骨組織中，一些lncRNA呈高表達，而另一些lncRNA則呈低表達。

3.1 OA軟骨組織高表達的lncRNA Xing等［34］運用基因芯片技術發現，在OA患者軟骨組織中有73個lncRNA表達上調，其中21個呈明顯高表達。通過逆轉錄-聚合酶鏈反應（RT-PCR）證實的上調表達最明顯的lncRNA包括Hox基因反義基因間RNA（HOTAIR）、生長抑制特異性轉錄本 5（GAS5）、PMS2L2、RP11-445H22.4、H19和CTD-2574D22.4；同時，基質金屬蛋白酶（MMP）-9、MMP-13、骨形態發生蛋白2（BMP-2）和金屬肽酶含血小板反應蛋白5（ADAMTS5）的mRNA表達水平也有所上調。Zhang等［35］在白細胞介素（IL）-1誘導的兔顳下頜關節OA的體外模型中發現，HOTAIR與MMP-1、MMP-3及MMP-9均呈高表達；當實驗敲除HOTAIR，不僅MMP-1、MMP-3及MMP-9的表達量下調，細胞凋亡數量也明顯減少。OA的發生離不開環氧化酶2（COX-2）的激活，Pearson等［32］通過基因測序技術發現，人類軟骨細胞在被IL-1刺激后，lncRNA p50-associated COX-2-extragenic RNA（PACER）和兩個新的軟骨細胞炎癥相關lncRNA（CILinc01和CILinc02）表達上調，這些基因對炎癥和疼痛均有介導作用。而對于創傷后關節炎，則會有其他種類的lncRNA異常表達，如Dnm3os、Rian、H19、Snhg18等［36］。

3.2 OA軟骨組織低表達的lncRNA 目前有關OA軟骨組織中低表達的lncRNA的研究較少。Su等［19］發現母系表達基因3（MEG3）在OA軟骨中表達下調，同時血管內皮生長因子（VEGF）表達上調，且兩者具有一定的相關性。VEGF已被證明可以促進肥大軟骨重塑、骨化和軟骨-軟骨下骨交界的血管侵入，在OA的進程中起著重要的作用［32］。

4 lncRNA對OA的調控機制

4.1 炎癥調控機制 lncRNA對OA的促進作用常需通過短鏈非編碼RNA的介導。Song等［21］發現OA發生后，軟骨組織lncRNA（GAS5）異常升高，通過抑制miR-21，使MMP-2、MMP-3、MMP-9，MMP-13和ADAMTS4的mRNA表達量也有所上調。同樣，Kim等［38］發現，軟骨組織lncRNA（HOTTIP）上調可抑制miR-101的表達，進而促使膠原蛋白結合類整合素（如整合素α1）的表達水平下調，導致軟骨組織的降解。Kang等［39］認為在OA患者滑膜組織中，高表達的lncRNA（PCGEM1）可通過競爭性抑制miR-770來刺激滑膜炎性細胞增殖。此外，軟骨損傷相關lncRNA在OA軟骨中表達上調，既可能像siRNA一樣，又可能誘導mRNA形成內源siRNA，通過抑制波形蛋白的表達，降低Ⅱ型膠原和蛋白多糖的轉錄和翻譯水平，從而促進軟骨細胞外基質的降解［30］。最近，Li等［40］研究發現，lncRNA-CIR通過抑制miR-27的表達，促進MMP-13的表達，造成軟骨基質的降解。

4.2 非炎癥調控機制 OA除了炎性因素介導以外，機械力學的異常分布和細胞凋亡自噬也會對關節軟骨造成破壞，這其中也有lncRNA的參與［33］。Liu等［41］發現人類軟骨細胞在機械應力的刺激下可以表達lncRNA-MSR，其通過抑制miR-152可以促進軟骨的降解。Li等［42］研究發現，lncRNA（PVT1）在OA軟骨組織中高表達，可以促進軟骨細胞凋亡，其機制是通過對miR-488-3p的負向調節實現的。另一種lncRNA（UFC1）在OA軟骨中則表達下調，通過促進miR-34a的表達，減弱軟骨細胞增殖，使細胞凋亡［43］。

5 以lncRNA作為靶基因對OA的治療

鑒于OA的病因尚不清楚，傳統的治療方法仍不能令人滿意，識別新的生物標志物則可能有助于開發有效的治療方法［44-45］。Song等［21］研究發現，OA軟骨組織過表達GAS5，并抑制miR-21的表達，如果借助慢病毒給小鼠軟骨細胞轉染miR-21，可以反向抑制GAS5的表達，通過降低MMP的表達，可以減少軟骨的破壞。Liu等［30］建議將軟骨損傷相關lncRNA（RP11-162L10.1）作為OA治療的靶基因，通過siRNA對其進行基因沉默，可以促進Ⅱ型膠原和蛋白多糖的形成，減少細胞外基質的降解。Kim等［38］發現，OA患者經轉化生長因子（TGF）-β3治療后HOTTIP和miR-101的表達上調，同時誘導間充質干細胞向軟骨細胞分化，抑制軟骨降解，推測miR-101可作為OA診斷和治療的生物學標志物。H19也被認為是一個潛在的靶基因，可以刺激軟骨細胞恢復［46］。然而，目前還缺乏足夠的證據支持利用lncRNA對OA開展治療，需要進行更深入的研究。

6 小結

綜上所述，OA是較為常見的關節疾病，常導致關節疼痛、運動受限、關節軟骨組織炎癥和逐步退化。OA的發病機制尚不完全清楚，不能徹底治愈。OA的生物學分子標志物不僅具有診斷價值，還可作為治療的靶基因，以延緩OA的進展。差異表達的lncRNA可作為診斷OA的新的生物學標志物，但將其作為治療靶點的相關研究還不充分，今后尚需開展更為深入的研究。

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