miR-27a在骨關節炎治療中的研究進展

胡舜琪 李熙雷

摘 要 越來越多的研究證據表明，miR-27a在骨關節炎（Osteoarthritis， OA）中異常表達并通過NF-κB、PI3K/Ak/ mTOR等多種途徑參與調節。在體外試驗中，miR-27a能夠靶向調控下游特定基因的表達，從而產生對軟骨細胞的保護效應，顯著抑制關節軟骨的病變。隨著對miR-27a在OA中的作用機制的深入探索，可以更加精準有效地干預其病理生理進程，有望從根本上改善患者的預后，為未來的臨床治療提供新的思路。

關鍵詞 骨關節炎 miRNA 發病機制

中圖分類號：R684.3 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2020）05-0050-04

Research progress of miR-27a for the treatment of osteoarthritis*

HU Shunqi**， LI Xilei***

（Department of Orthopedics， Zhongshan Hospital， Fudan University， Shanghai 200032， China）

ABSTRACT More and more research evidences indicate that miR-27a is abnormally expressed in osteoarthritis and is regulated by various pathways such as NF-κB and PI3K/Ak/mTOR. In vitro， miR-27a is able to target specific genes downstream， resulting in a protective effect on chondrocytes and a significant inhibition of articular cartilage lesions. With the further exploration of the mechanism of miR-27a in osteoarthritis， it is possible to intervene the pathophysiological process more accurately and effectively， which is expected to fundamentally improve the prognosis of patients and provide new ideas for the future clinical treatment.

KEY WORDS osteoarthritis； miRNA； pathogenesis

microRNA（微小RNA，miRNA）在秀麗隱桿線蟲中被發現之后，就引起了學者們的關注。miRNA是一種高度保守的非編碼單鏈RNA，可以在基因轉錄后水平沉默其同源靶基因。大量報道已經證實，miRNA通過對靶基因的調控，廣泛參與多種疾病的生理和病理過程，例如分化、形態發生（morphogenesis）和癌變[1-3]。

骨關節炎（osteoarthritis， OA）是一種累及整個關節的復雜疾病，人們至今尚未能完全解釋OA的發病機理，臨床上也缺乏特異性的有效治療措施。表觀遺傳學研究證實，miRNA被認為是導致OA的一個重要因素[4-5]。 microRNA-27a（以下簡稱為miR-27a）已在腫瘤領域顯示出作為藥物靶標或生物標志物的巨大潛力，其在OA中發揮的調控作用和應用價值也隨著研究的不斷深入而逐漸顯現出來。本文就miR-27a在OA治療中的作用機制以及臨床應用做如下綜述。

1 OA的現狀

OA是一種慢性的、諸多原因引起的關節軟骨疾病，其病理特征是慢性炎癥下的滑膜關節正常軟骨局灶性的喪失、關節組織重塑和滑膜炎性改變[6]。OA會導致患者出現明顯的疼痛和運動功能受限。據估計，全世界大約有2.5億人受到OA的困擾，并且隨著人口老齡化的加劇和肥胖人群的迅速增長，OA的發病率會進一步上升[7]。僅在美國，每年對OA成年患者所投入的醫療支出已達到了450億美元[8]，這對患者家庭以及整個社會無疑是巨大的經濟負擔。

目前有效的OA治療手段依然非常有限。根據美國骨科醫師學會（AAOS）指南，有癥狀的患者往往只能依靠曲馬多或非甾體類抗炎藥（NSAIDs）緩解疼痛[9]，最終采取手術方式進行關節置換[10]，而且OA患者經常表現出多種癥狀，對臨床干預的反應也存在著較大差異。這意味著OA是一種異質性疾病，需要為患者提供更加精確的治療技術[11-12]。面對患者日益增加的醫療需求，傳統治療方法存在著較大的局限性，尋找新的治療方案成為一個亟待解決的問題。

2 OA的發生機制

OA的發病機制非常復雜，尚未完全闡明，涉及多種因素，例如遺傳易感性、衰老、環境等[13]，上述因素相互交織，共同引發了炎性細胞因子的表達增高，造成了軟骨細胞的炎癥微環境。當軟骨細胞暴露于炎癥因子時，又會導致活性氧（ROS）的產生和炎癥介質的釋放增加[14]，ROS、前列腺素和一氧化氮（NO）等炎癥介質通過改變線粒體的功能引起氧化應激和軟骨細胞凋亡[15]，產生下游一系列的信號級聯反應。最新的研究進展表明，炎癥因子IL-1β和TNF-α介導了基質金屬蛋白酶（MMPs）和血小板反應蛋白解聚素樣金屬蛋白酶（ADAMTS）的上調，在基質降解酶的驅動下，軟骨細胞的細胞外基質（ECM）的降解大于合成，導致細胞穩態無法維持。隨著關節軟骨基質蛋白的降解，產生的蛋白降解片段會形成反饋并進一步刺激ECM的破壞[16-17]，繼而產生惡性循環。

ECM主要由Ⅱ型膠原和蛋白聚糖組成，健康的軟骨細胞具有致密的ECM，它可以在生命周期中承受高達300%體重的負荷[18]，這對于負重關節的生物力學特性至關重要。盡管OA是整個關節的疾病，但軟骨細胞的細胞外基質（ECM）降解被公認為是正常軟骨組織在OA中破壞的基礎，也是OA的重要標志[19]。

其次，ECM的破壞導致促血管生成因子和抗血管生成因子失平衡，在細胞因子、前列腺素、NO、血管內皮生長因子（VEGF）等促血管因子作用下，造成病理性的血管形成。而軟骨基質的降解有助于血管浸潤，將無血管的軟骨組織轉變為高度血管化的骨組織。血管生成伴隨著感覺神經的生長，最終誘發OA患者產生疼痛[20]。同時，軟骨的血管化也是導致滑膜炎的重要因素之一 [21]。

3 miRNAs在調控基因表達中的機制

miRNA由一類大小為22至25個核苷酸的非編碼RNA分子組成。miRNA利用兩種機制與靶基因相互作用：一種是miRNA通過靶向結合信使RNA（mRNA）中的3-非翻譯區域（3-UTR），從而在轉錄后水平上以互補序列結合來調節其在細胞質中的表達，最終抑制mRNA的翻譯；另一種機制是miRNA通過RNA誘導的沉默復合物（RISC）與其靶基因的互補mRNA結合，通過對mRNA的切割和降解來抑制蛋白的表達。隨著miRNAs在疾病演進過程中所發揮的效應被進一步揭示，學者們越來越多地關注miRNAs在病理狀態下的異常表達。實驗證明，OA病變組織和正常軟骨組織的在miRNA表達譜上存在著顯著的差異[22-23]。現有的研究證據表明，miR-27a可以作為OA治療的一個潛在的關鍵靶標。

4 miR-27a抑制OA的作用機制

4.1 miR-27a促進軟骨細胞增殖

Zhang等[24]研究發現，在miR-27a模擬物（mimic）轉染細胞的情況下，降低了NF-κB通路相關蛋白的表達，同時CCK-8等方法表明，miR-27a的表達增加，也促進了軟骨細胞的增殖。這說明，miR-27a可以通過NF-κB信號通路影響軟骨細胞的存活。此外，生物信息學預測和雙熒光素酶報告檢測驗證了miR-27a可以靶向作用于PI3K的3-UTR區域，通過抑制PI3K/Ak/mTOR的信號通路以激活細胞自噬（autophagy），從而減少了IL-1β處理下的軟骨細胞的凋亡率[25]。這表明miR-27a也能夠通過影響軟骨細胞的自噬水平來調控其增殖。

4.2 miR-27a降低炎癥因子的表達

與對照組相比，miR-27a抑制劑（inhibitor）明顯提升了軟骨細胞中炎癥因子TNF-α和IL-6的表達水平（P<0.05）；而miR-27a mimic可以有效降低IL-6的表達（P<0.05），雖然無法同時顯著降低TNF-α的表達[24]。

4.3 miR-27a通過結合Toll樣受體4（TLR4）抑制炎癥反應

在OA患者中，病變區域的軟骨細胞TLR4的表達增加，并且TLR4的激活誘導了人和小鼠軟骨細胞的炎癥與基質的分解代謝，導致基質中Ⅱ型膠原與蛋白聚糖合成減少[26]。由此可見，TLR4在OA進展中起到了關鍵作用。研究人員通過lncRNA FOXD2-AS1競爭性抑制miR-27a，發現TLR4的水平被上調，進一步的實驗表明，TLR4充當了miR-27a的靶標，lncRNA FOXD2-AS1所引起的TLR4蛋白水平表達的增加可以被miR-27a-3pmimic抑制，而且miR-27a可以直接抑制TLR4來減輕炎癥和ECM的降解[27]。

4.4 miR-27a降低基質降解酶的水平

眾所周知，MMPs和ADAMTS作為基質降解酶在OA病變中扮演了重要角色，其中MMP-13是最常見的下游靶標之一，其在OA中由于壓力或促炎信號而被上調或異常激活[28]。包括促炎因子、生長因子和纖連蛋白片段在內的許多因素可調節MMP-13的表達[29-31]。一系列的研究結果顯示，抑制基質降解酶的表達，可以有效緩解軟骨細胞的退變，改善軟骨細胞的生存。Cheleschi等[32]研究指出，miR-27a可以作用于靶基因MMP-13和ADAMTS-5，降低其mRNA的水平。他們用針對miR-27a的特異性的anti-miRNA轉染OA軟骨細胞，證實了MMP-13是miR-27a的下游靶基因，這與生物信息學方法預測的結果相符合。

4.5 miR-27a抑制滑膜血管的形成、減輕滑膜損傷

在對大鼠尾靜脈注射miR-27a mimic之后，除了miR-27a表達增高之外，同時伴隨PLK2的表達降低。PLK2作為一種關鍵的抑癌基因，在腫瘤方面的作用被大量報道。在這樣的情況下，實驗人員通過RT-qPCR在膝關節炎（knee osteoarthritis， KOA）大鼠模型的軟骨組織中檢測出大鼠膝關節滑膜組織中VEGF mRNA水平下調，免疫組化結果也顯示出VEGF蛋白的表達降低。這表明miR-27a能夠有效抑制關節滑膜血管的生成。同時，在HE染色的結果中，miR-27a mimic組較之于KOA組而言，軟骨細胞表面平坦，細胞分布均勻，軟骨裂隙形成減少。進一步研究確定，這些效應由miR-27a靶向調控PLK2基因產生。在KOA大鼠的動物模型中，PLK2在miR-27a的負向調控之下，可以明顯減輕血管新生和軟骨破壞[33]。

4.6 miR-27a可以減輕骨質破壞

一項使用OA狗模型的研究結果表明，濃度升高的胰島素樣生長因子結合蛋白-5（IGFBP-5）會導致胰島素樣生長因子-1（IGF-1）水平升高，并且減輕了軟骨組織的破壞[34]。Tardif等[35]研究也顯示，miR-27a可以調控其下游的IGFBP-5的表達。在這項研究中，IGFBP-5經抗miR-27a處理后48 h開始出現轉錄水平的上調，在72 h后這種趨勢則變得更為顯著。有關數據表明，miR-27a并非直接作用于IGFBP-5，而是通過影響其他一個或多個因子的表達來作用于該基因。因此IGFBP-5很可能是miR-27a的間接作用靶標。

5 miR-27a在OA治療中應用的展望

盡管許多關于miR-27a在OA模型中的靶向研究獲得了較為理想的實驗效果，然而迄今為止，還鮮有針對miR-27a的藥物被開發出來并投入到OA的臨床試驗中。但是，在其他疾病領域中尤其是腫瘤治療方面，已經取得了突破性的進展。一項新的研究結果顯示，姜黃素和乳香酸通過下調miR-27a的表達能夠對結腸癌進行有效預防[36]；三氧化二砷可以通過抑制乳腺癌細胞的miR-27a來抑減緩腫瘤細胞的增殖和遷移[37]，這些藥物均以miR-27a為關鍵作用靶點。

隨著miRNA在精準醫療中的優勢愈發明顯，越來越多的新概念和新技術運用到miRNA相關藥物的研發中。羅氏（Roche）公司基于Locked Nucleic Acid研制的MiraVisen是最早進入臨床研究的miRNA之一，miRAN Therapeutics公司的MRX34是首個進入臨床試驗的基于miRNA mimic的產品，另外還出現了以miRNA的反義寡核苷酸作為抑制腫瘤生長的藥物[38]。這些跨躍性的成果對OA治療藥物的研發具有重要的借鑒意義。

針對miR-27a的大量研究，已經揭示出通過可控的干預措施從基因調控的層面上精確誘導受累的軟骨細胞，阻斷或延緩其病理生理過程的發展的可能性，相較于傳統的治療方法，基于miR-27a的治療OA的分子靶向藥物的開發具有較佳的應用前景和巨大的潛力。

當然，miR-27a在OA的臨床應用尚面臨一些問題，例如：軟骨作為一種無血管的組織，如何將miR-27a在軟骨中的作用時間和分布濃度調整至理想水平；在miR-27a涉及眾多的下游信號通路的情況下，如何提高miR-27a的靶向作用效果，最大程度減少對其他生理過程的影響。隨著miR-27a在OA中作用機制被進一步闡明以及miRNA靶向治療藥物的不斷改進，我們有理由相信，在不久的將來，OA的治療將會開啟一個新的大門。

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