miRNAs通過MAPK通路調控骨關節炎及中醫藥干預的研究進展

李名，譚則成，曹月龍

(上海中醫藥大學附屬曙光醫院石氏傷科醫學中心 上海市中醫藥研究院骨傷科研究所，上海 200000)

骨關節炎是一種累及整個關節的疾病，也是老年人關節功能喪失和致殘的主要原因，可導致患者關節長期慢性疼痛[1]。其發病機制復雜，涉及機械、炎癥和代謝等因素，最終導致關節結構破壞和功能喪失。骨關節炎的發展導致關節組織自我修復與破壞之間的平衡被打破，這種不平衡是一種主動的動態變化，而非被動的退行性疾病或磨損性疾病[2]。關節組織自我修復與破壞失衡導致的病理變化主要表現為關節軟骨變薄、逐漸退變以及軟骨下骨增厚、滑膜炎癥和骨贅形成[3-4]。其中，關節軟骨和軟骨下骨均是關節內應力和生物學作用的主要載體，兩者細胞起源相同，因此存在共同的信號調節通路。研究顯示，轉化生長因子-β、骨形態發生蛋白、Wnt信號通路和促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路等均參與了骨關節炎的發生發展[5]。近年研究發現，微RNAs(microRNAs，miRNAs)也參與了疾病炎癥反應的進程，其表達水平與多種疾病密切相關，包括骨關節炎[6]。miRNAs通過抑制特定靶基因的表達控制細胞過程，其表達水平改變對調節細胞分化、代謝、增殖或凋亡等過程均具有重要意義，同時在調節骨骼發育和內環境穩態中也具有重要作用[7]。中醫藥在治療骨關節炎方面已取得一定進展，中藥的合理配伍可達到多靶點協同的作用，更有利于骨關節炎的治療[8]。現就miRNAs通過MAPK通路調控骨關節炎及中醫藥干預的研究進展予以綜述。

1 miRNAs在骨關節炎發生發展中的作用

miRNAs是一類小非編碼RNA分子，具有調節基因表達的作用，并參與人類多種疾病的進程，包括骨關節炎、骨代謝疾病、腫瘤以及心血管疾病等，在軟骨細胞發育和軟骨內環境穩定中起關鍵作用。研究表明，軟骨細胞中的miRNAs缺失可導致小鼠骨骼生長缺陷，而特定miRNAs缺失可導致關節軟骨過早退化和創傷后骨關節炎的易感性增加[9]。另有研究發現，miRNAs可調節軟骨細胞的分解代謝、死亡以及細胞外基質的產生，與骨關節炎的疾病進程密切相關；同時，miRNAs發揮作用還與其靶向的目的基因有關，目的基因不同，其所發揮的作用也不同，因此miRNAs對骨關節炎的發生發展具有促進或抑制作用[10]。

1.1促進骨關節炎發展 miRNAs與其靶標之間的相互作用與骨關節炎患者基因表達及自我平衡途徑密切相關[11-12]。Díaz-Prado等[13]通過分析723個miRNAs發現，在正常和骨關節炎軟骨細胞中7個miRNAs(miR-483-5p在骨關節炎患者軟骨細胞中上調，miR-149-3p、miR-582-3p、miR-1227、miR-634、miR-576-5p和miR-641在正常軟骨細胞中上調)的表達差異有統計學意義，且差異表達的miRNAs與關節軟骨的生長、維持及破壞有關。其中，miR-483-5p表達上調可刺激軟骨細胞肥大、細胞外基質降解和軟骨下骨血管生成，從而啟動和加速骨關節炎的發展[14]。而miR-33a在骨關節炎軟骨細胞中的表達水平升高，同時用miR-33a處理正常軟骨細胞可導致基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)13水平顯著升高，從而促進骨關節炎發展[15]。此外，miR-103、miR-145等也高表達于骨關節炎患者的軟骨，參與骨關節炎的疾病過程，促進骨關節炎發展[16-17]。

1.2延緩骨關節炎發展 miRNAs過表達可延緩骨關節炎發展，如miR-582-3p過表達可通過抑制軟骨細胞凋亡和細胞外基質降解、減少促炎因子的產生，延緩骨關節炎發展[18]。在miRNA轉錄因子-基因調控網絡中，篩選出3個靶向基因數量最多的關鍵miRNAs，即miR-98-5p、miR-7-5p和miR-182-5p[19]。其中，miR-98-5p在骨關節炎患者軟骨細胞中的表達減少，其過表達可抑制軟骨細胞凋亡，表達減少則可導致軟骨細胞凋亡[20]；此外，miR-9、miR-105、miR-140等在骨關節炎進程中也具有保護作用[21-23]，其中miR-140在軟骨基質重塑中具有雙重功能，既可促進軟骨形成，又可抑制軟骨退行性變[24]。Si等[25]研究證實，miR-140可能通過減緩軟骨細胞衰老來減輕早期骨關節炎的疾病進展。以上研究表明，miRNAs具有調控軟骨細胞外基質降解和軟骨修復等功能，改變相關miRNAs的表達水平可調節骨關節炎的發生發展。因此，miRNAs可作為骨關節炎靶向治療的新靶點，為臨床診療提供新思路。

2 MAPK通路在骨關節炎發生發展中的作用

2.1MAPK通路激活與骨關節炎的發展 MAPK信號通路是細胞外信號引起細胞核反應的重要通路[26]，其普遍存在于各種動物細胞中，調節多種細胞程序和基因的表達，包括細胞的生長、增殖、分化和凋亡[27]。MAPK家族中的胞外信號調節激酶(extracelluler signal-regulated kinase，ERK)、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和p38 MAPK均可調節軟骨和軟骨下骨的生長發育和代謝，在維持關節的穩態以及骨關節炎的進程中起重要作用。在軟骨形成過程中，MAPK通路被激活，尤其是p38和ERK通路，ERK/p38 MAPK通路可調節軟骨的增生與分化過程[28]。在骨關節炎的發生發展過程中，MAPK通路被激活，促使軟骨細胞合成MMP、蛋白聚糖酶等，最終引起關節炎癥和軟骨基質降解，促進骨關節炎的發展[29]。

2.2MAPK通路過表達促進骨關節炎的發展 骨關節炎的發生發展主要由關節內異常的合成與分解變化導致，其最主要的發生部位為關節軟骨。關節軟骨基質對維持關節軟骨的正常結構至關重要，而軟骨內合成軟骨基質的唯一細胞是軟骨細胞，因此軟骨細胞內MAPK通路的激活可促使病變的軟骨細胞釋放炎癥因子[如白細胞介素(interleukin，IL)-1)和腫瘤壞死因子-α]和生長因子，并特異性地與細胞膜受體結合，從而導致MMP水平升高、軟骨細胞凋亡、軟骨破壞等[30]。

Deng等[31]研究證實，MAPK14高表達可促進骨關節炎患者軟骨細胞死亡和軟骨細胞的炎性壞死，表明MAPK可能是骨關節炎疾病過程中的重要信號通路。此外，Kong等[32]研究發現，機械應力可激活p38、ERK1/2和JNK通路，并通過MAPK介導的線粒體凋亡途徑誘導大鼠軟骨細胞凋亡，且無論是在體內還是體外，機械應力對軟骨終板軟骨細胞的凋亡均有一定影響。Li等[33]研究表明，IL-1既可通過減少軟骨基質的產生、促進MMP表達，調節軟骨細胞的代謝平衡，也可通過激活p38、ERK1/2以及JNK信號通路促進骨關節炎的發展。綜上可知，在關節軟骨及軟骨下骨正常穩態的維持以及骨關節炎進程中，MAPK信號通路均發揮了重要作用。因此，對MAPK信號通路的研究有利于進一步明確骨關節炎的發病機制，尋找骨關節炎治療的新方法。

3 miRNAs通過MAPK信號通路調控骨關節炎的疾病進展

3.1miRNAs對信號通路的調節 趙麗珂等[34]研究了74例骨關節炎患者血漿中的miRNAs表達譜特征，結果顯示，差異表達的miRNAs具有2 731個潛在靶基因；同時，他們用京都基因和基因組百科全書數據庫分析miRNAs發現，74個miRNAs靶基因參與462個京都基因和基因組百科全書通路條目中，且主要富集在MAPK、環腺苷酸和破骨細胞分化等信號通路；此外，與健康對照者相比，骨關節炎患者45個miRNAs表達上調，29個miRNAs表達下調，其主要功能為細胞間的黏附、膠原合成以及細胞內信號轉導。

miRNAs作為一種作用范圍廣、多靶向性的分子，通過對關鍵信號蛋白的調控介導細胞信號通路的信號級聯放大、細胞信號通路之間的串話以及信號網絡的魯棒性；而信號通路作為調控細胞內基因特異性表達的重要途徑之一，在miRNAs的轉錄調控、加工成熟以及功能發揮等方面均具有重要作用[35]。研究顯示，正常人關節軟骨與骨關節炎患者軟骨中miRNAs的表達差異有統計學意義，因此miRNAs被作為骨關節炎的循環生物標志物，并通過靶向信號通路中的某些蛋白質，達到抑制信號通路以及細胞凋亡、自噬和衰老的目的，在軟骨細胞表型中發揮作用，進而調節骨關節炎的進程[9]。

3.2miRNAs通過抑制MAPK信號通路延緩骨關節炎的發展 有研究表明，IL-1β介導的軟骨退變相關基因表達和軟骨細胞外基質降解主要依賴MAPK信號通路和核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信號通路的轉導[36-37]。Mao等[38]發現，miRNAs是含血小板應答蛋白基序的解整聯蛋白樣金屬蛋白酶(a disin-tegrin and metallo-proteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS)4/5在人軟骨細胞中的重要調節因子，miR-92a-3p表達水平升高不僅可抑制ADAMTS-4/5的表達，還可通過抑制MAPK信號通路的激活調節IL-1β誘導軟骨細胞的分解代謝。Lin等[39]研究發現，miR-144-3p與骨關節炎患者的IL-1β表達呈負相關，骨關節炎滑膜成纖維細胞中的miR-144-3p模擬轉染可下調IL-1β的表達、阻斷與IL-1β產生有關的MAPK信號通路，同時上調骨關節炎患者滑膜成纖維細胞中miR-144-3p的表達；此外，使用miR-144-3p模擬物還可改善前交叉韌帶橫斷模型大鼠骨關節炎的發展，并減少大鼠滑膜組織中IL-1β陽性細胞的數量。

miRNAs和MAPK通路在骨關節炎中均具有重要作用。Xiang等[40]研究發現，作為CXC趨化因子受體4靶向的miRNAs，miR-142-5p可通過抑制MAPK信號通路的活性，減弱基質細胞衍生因子-1誘導的軟骨細胞凋亡、炎癥和細胞外基質的分解代謝。Lin等[41]發現，高壓氧可通過誘導miR-107過表達抑制骨關節炎患者軟骨細胞中MAPK通路的磷酸化，增強軟骨修復功能。Meng等[42]研究顯示，在骨關節炎軟骨中miR-320的表達顯著減少，同時MMP-13表達增加，這與IL-1β刺激原代小鼠軟骨細胞中的結果一致；在軟骨細胞和ATDC5細胞系中，MAPK通路的激活與miR-320表達下調相關，而miR-320過表達可顯著抑制IL-1β誘導的MMP-13的產生，并與膠原沉積和Ⅱ型膠原纖維α1基因表達增加相關，進而影響軟骨的發育和穩態。Akhtar和Haqqi[43]研究發現，miR-199a過表達可抑制MAPK信號通路，從而延緩骨關節炎的發展。

綜上可知，MAPK信號通路與骨關節炎的發展密切相關，而miRNAs與軟骨的退變密切相關，miRNAs通過調控MAPK信號通路的表達參與骨關節炎的發展。因此，臨床可通過抑制MAPK信號通路的活化或調控miRNAs的表達治療骨關節炎。

4 中藥通過miRNAs介導的MAPK信號通路治療骨關節炎

4.1早期干預治療骨關節炎的意義 在導致骨關節炎的眾多致病因素中，最常見的風險因素為患者的年齡[4]。有學者證實，許多miRNAs的表達會隨著患者年齡的增長而發生顯著改變[44]。如miR-199a-3p和miR-193b的表達水平會隨著患者年齡的增長而升高，并通過下調Ⅱ型膠原、聚集蛋白聚糖和SOX9(Sry-related high mobility group-box 9)基因的表達參與軟骨細胞衰老；而miR-320c的表達水平則隨著患者年齡的增長而降低，且通過下調ADAMTS5的表達參與軟骨細胞的保護[45]。以上研究為miRNAs調控骨關節炎的發展以及基于miRNAs的骨關節炎的早期干預治療提供了依據。目前，臨床治療骨關節炎的方法主要包括藥物干預、非藥物干預和手術干預。藥物治療大多只針對關節疼痛，緩解癥狀，而不是治療疾病，終末期骨關節炎患者為緩解疼痛和改善關節功能可選擇關節置換手術治療，但會加重患者經濟負擔[1]。因此，早期的非手術干預對于延緩骨關節炎的發展具有重要意義。

4.2中藥治療骨關節炎的網絡藥理學研究 中醫藥在抑制局部炎癥反應、保護關節軟骨、防止關節軟骨退變、調節生物細胞因子、促進軟骨生長等方面均具有重要作用[46-48]。網絡藥理學研究發現，中藥在治療骨關節炎方面具有多成分、多靶點、多途徑的特點[49]。如李凱明等[50]研究發現，白芍-甘草藥對主要通過MAPK、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶 B(protein kinase B，PKB/Akt)等信號通路發揮治療膝骨關節炎的作用。葛海雅等[51]發現，當歸-川芎藥對通過c-Jun、MAPK14、胱天蛋白酶3等靶點以及IL-17、血管內皮生長因子、p53等信號通路治療骨關節炎。曹旭含等[52]研究顯示，乳香-沒藥藥對主要通過c-Jun、MAPK1等關鍵靶點治療膝骨關節炎。

4.3中藥單體治療骨關節炎的機制 除了藥物網絡藥理學研究，許多學者還在細胞實驗中發現了中藥單體對軟骨細胞的保護作用。如鄒昆等[53]研究發現，姜黃素治療膝骨關節炎的機制涉及多個關鍵靶點以及MAPK、PI3K/Akt等主要信號通路，各靶點與各通路之間產生的交叉作用可抑制炎癥反應和軟骨細胞凋亡，從而治療膝骨關節炎。Wang等[54]發現，槲皮素可通過降低骨關節炎患者關節軟骨中的炎癥細胞因子水平達到預防和治療骨關節炎的目的，同時還可通過抑制p38 MAPK信號通路的表達促進Ⅱ型膠原等相關細胞因子的表達。因此，槲皮素可以促進變性軟骨細胞的修復并保護關節軟骨細胞。Hu等[55]研究發現，益母草堿不僅具有抗炎作用，還可抑制IL-1β誘導的軟骨細胞中胱天蛋白酶3的活性，其可通過抑制NF-κB和MAPK信號通路的激活預防軟骨退行性變和炎癥的發生。

此外，還有學者在動物實驗中發現了中藥單體對骨關節炎的治療作用。如Zhou等[56]發現，金線蓮苷不僅可抑制磷酸化JNK、ERK和p38信號通路，還可抑制巨噬細胞條件培養基和IL-1β誘導的軟骨細胞損傷以及軟骨下骨破壞，減輕前交叉韌帶切除術引起的小鼠關節軟骨損傷。Cai等[57]研究證實，厚樸堿可顯著下調MAPK/NF-κB信號通路活性，上調軟骨生成信號通路活性。Huang等[58]研究發現，香草酸可通過抑制IL-1β誘導的MAPK和PI3K/Akt/NF-κB信號通路激活，減輕骨關節炎模型大鼠的病理改變，延緩骨關節炎的發展。

4.4中醫方藥治療骨關節炎的機制 中醫方藥可通過抑制MAPK通路活性治療骨關節炎。吳范武等[59]研究發現，身痛逐瘀湯主要通過槲皮素、山柰酚等分子作用于雌激素受體1和雄激素受體等靶點，影響核受體和轉錄因子活性，進而調節MAPK、PI3K/Akt等信號通路，從而治療骨關節炎并延緩其發展。洪昆達和萬甜[60]研究發現，透骨消痛膠囊可通過上調兔骨關節炎軟骨細胞磷酸化ERK1/2蛋白的表達、下調磷酸化JNK蛋白的表達，促進軟骨細胞增殖、分化，并抑制其凋亡。Li等[61]發現，在體內，透骨消痛膠囊不僅可延緩骨關節炎模型大鼠的軟骨退行性變，還可抑制骨關節炎模型大鼠ADAMTS5、MMP-3、 MMP-13等炎癥因子介導的軟骨退行性變；在體外，透骨消痛膠囊通過抑制p38 MAPK通路上調miR-27b、miR-140和miR-92a-3p的表達，并下調miR-34a表達，導致脂多糖暴露的軟骨細胞中的ADAMTS5、MMP-3、MMP-13和IL-6等炎癥因子水平降低，從而達到抑制炎癥反應和減少軟骨基質降解的目的。此外，吳廣文等[62]發現，獨活寄生湯可通過抑制p38 MAPK信號通路抑制膝骨關節炎大鼠的炎癥反應，從而達到治療膝骨關節炎的目的。高潤成等[63]研究發現，麝香烏龍丸可減輕骨關節炎模型兔軟骨的病理損傷、抑制軟骨細胞的過度凋亡、下調p38 MAPK的表達，從而有效延緩骨關節炎的進程。

綜上可知，中藥主要通過抑制miRNAs介導的MAPK信號通路的活性促進軟骨細胞增殖分化、抑制細胞凋亡、控制炎癥反應，治療骨關節炎，且中醫藥治療骨關節炎的有效性、實用性均較高，為臨床防治骨關節炎提供了可靠依據。

5 小 結

雖然骨關節炎是一種進展緩慢的疾病，但其發展具有不可逆轉的結構變化。其中年齡是其最常見的危險因素之一，隨著人口的老齡化，骨關節炎的患病人數逐年增加，社會與個人的健康負擔日益加重。目前西醫除疼痛管理和終末期手術干預外，對骨關節炎尚無有效治療方法，而中醫藥在骨關節炎早期預防及治療方面療效顯著。中藥主要通過抑制MAPK信號通路的活化調控miRNAs的表達水平，從而延緩骨關節炎的發展、改善關節軟骨功能并控制炎癥的發展。未來，可充分發揮中醫藥改善軟骨退變、保護軟骨的作用，從而為骨關節炎的治療和研究提供新思路。