長非編碼RNA在骨關節炎中的作用研究進展

朱芳曉 王曉桃 (桂林醫學院第二附屬醫院，廣西 桂林 541199)

骨關節炎(OA)是一種慢性疼痛性關節炎，通常累及膝關節、頸部、下背部、臀部和手指關節。它是引起疼痛、殘疾、關節功能障礙和生活質量下降的主要原因〔1,2〕。OA影響著全世界2.5億人，約11%的男性和19%的60歲以上女性〔3〕。其特征是軟骨退化、軟骨下骨重塑和滑膜炎〔4〕。對其發病機制的深入研究表明，它是一種具有多種致病因素的復雜疾病，增加OA風險的因素包括年齡、性別、新陳代謝、遺傳和環境〔5,6〕。這種疾病導致軟骨、滑膜和軟骨下骨的各種組織學損傷，這些損傷破壞了關節軟骨的穩態，導致滑膜炎癥、軟骨降解和其他癥狀。OA患者遭受關節疼痛、僵硬和震顫，影響正常功能。OA是世界范圍內非致命性關節紊亂的主要原因之一〔7〕，通常是根據臨床檢查和病史來診斷的。然而，由于其發病機制尚不清楚，臨床上尚無有效的OA治療方法〔8,9〕。因此，了解OA發病機制可為OA的診斷和治療開辟新途徑〔10,11〕。

長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一種長度超過200個堿基的非編碼RNA(ncRNA)，它不編碼蛋白質，是一種調節分子〔12〕。根據序列長度，ncRNAs分為短鏈ncRNAs和lncRNAs〔13〕。短鏈ncRNAs通常被稱為調節性RNAs，分為不同類型，如microRNAs(miRNAs)、核糖體RNAs(rRNAs)、小核RNAs(snRNAs)、piwi相互作用RNAs(piRNAs)、轉移RNAs(tRNAs)和小干擾RNAs(siRNAs)〔14～16〕。雖然lncRNAs最初被認為是短鏈ncRNAs如miRNAs和snRNAs的前體轉錄物〔17,18〕，許多lncRNAs是從基因組基因座轉錄而來，這些基因座具有染色質特征〔19,20〕。在人類中，lncRNA的合成與信使RNA(mRNA)的合成相似；剪接后，通過添加5′帽和3′聚腺苷酸化對其進行修飾，導致lncRNA獲得轉錄激活功能〔21〕。由于能夠調節細胞質中的mRNA穩定性、翻譯和翻譯后修飾，其參與許多病理學〔22〕。

lncRNAs在人OA軟骨中的表達存在差異。此外，一些lncRNAs參與了OA的多種病理過程，包括炎癥反應、細胞凋亡。本文綜述了近年來有關lncRNAs的研究進展，從lncRNAs的發生、分類、生物學功能到其分子機制和治療潛力。研究lncRNAs作為炎癥性關節病調節因子的作用,重點研究OA患者炎癥關節組織中lncRNAs的差異表達及lncRNAs作為與關節病理學相關的已知炎癥途徑調節因子的研究。

1 LncRNAs在OA中的作用

雖然OA發病的基本分子機制尚不清楚，但細胞外基質(ECM)破壞、血管生成、炎癥反應等過程在OA發病和進展中起著重要的作用〔23,24〕。大量的lncRNAs在人類OA軟骨組織中干擾病理過程中的分子機制表現出差異表達〔25〕。研究確定了OA中差異表達的lncRNA滑膜〔26〕和髖關節OA軟骨中的長基因間非編碼RNA〔27〕。因此lncRNAs可作為評估OA進展和預后診斷、治療的生物標志物〔28〕。

2 OA中lncRNAs的失調

與健康人相比，OA患者血漿樣本表達高水平的lncRNA血漿HOX轉錄反義RNA(HOTAIR)，低水平的lncRNA PACER。 這些lncRNA呈負相關，在軟骨細胞中，PACER可以通過介導HOTAIR〔29〕水平來減少細胞凋亡。在軟骨細胞中，HOTAIR被證明通過抑制miR-130a-5p來增加細胞凋亡，并隨著B細胞淋巴瘤(Bcl)-2相關X蛋白(Bax)的增加及Bcl-2和生存素(Survivin)的降低而減少自噬〔30〕。在小鼠內側半月板不穩定(DMM)模型中，HOTAIR在OA軟骨中上調，沉默HOTAIR可減少軟骨損傷并增加合成代謝基因的表達。這些效應是通過lncRNA HOTAIR抑制mir-20b〔31〕介導的。相反，在OA大鼠模型中，抑制滑膜中的HOTAIR對細胞凋亡有相反的影響，盡管它可以減少滑膜炎和滑膜細胞的增殖〔32〕。

此外，與非肥胖OA患者和非OA肥胖患者相比，MALAT1 在肥胖OA患者的滑膜中差異表達。在OA滑膜纖維母細胞中敲除MALAT1可抑制增殖，增加白細胞介素IL-8的蛋白表達，并增加在細胞生長、增殖和炎癥反應中起作用的基因表達〔33〕。通過真核表達載體(pcDNA)轉染MALAT1〔34〕，可以在軟骨細胞蛋白中觀察到類似的抗凋亡和抗炎作用，這與細菌脂多糖(LPS)處理的軟骨細胞中MALAT1介導的基因通過抑制miR-146a〔35〕調節ECM分解代謝、炎癥和凋亡相似。使用白藜蘆醇抑制MALAT1的激活，并通過調節miR-9〔36〕降低促炎癥特性。

Mao等〔32〕在一項研究中發現lncRNAs在OA中異常表達，與OA的發病有關。Nanus等〔33〕發現創傷后骨關節炎損傷關節中18種lncRNAs的差異表達。軟骨損傷相關lncRNAs(lncRNA-CIR)也在研究中被發現〔34〕。LncRNA-CIR是波形蛋白的假基因轉錄本，在OA軟骨中表達異常。組織損傷區lncRNA-CIR表達升高，在軟骨ECM降解中起重要作用〔34,35〕。Zhang等〔36〕研究母源性表達基因3(MEG3，一種抑癌基因)在OA患者和健康人軟骨樣本中的表達，結果顯示在OA中高表達。

3 靶向lncRNAs治療OA的方法

目前，OA的早期診斷和治療仍缺乏有效手段。新的生物標記物可能有助于OA的靶點治療〔37〕。

Su等〔38〕用基因載體(pMIR)報告載體前列腺癌基因表達標記物(PCGEM)1轉染miR-770前體，觀察到人滑膜細胞的增殖和凋亡明顯減少，故提出PCGEM1可作為OA治療靶點。據報道生長特異抑制物(GAS)5在miR-21的調節中起重要作用，GAS5的過度表達可抑制miR-21在OA中的誘導。Liu等〔39〕研究發現RNA沉默lncRNA-CIR可促進膠原和聚蛋白多糖的形成，從而減少軟骨降解，提議lncRNA-CIR作為OA治療的潛在靶點。Kim等〔40〕提示miR-101和HOXA遠端轉錄本反義RNA(HOTTIP)這兩個非編碼RNA可能是OA的潛在預測性生物標記物和治療靶點，研究中發現OA中miR-101的顯著下調和HOTTIP的上調，抑制了軟骨的降解。如前所述，許多lncRNAs參與了OA發展的多種病理過程，提示lncRNAs是導致疾病的新因素。因此，lncRNAs靶向治療有望為OA的治療開辟新的希望。

綜上，炎癥性OA的lncRNAs研究是一個新興的領域。然而，一些lncRNAs已經被發現在病變的關節組織中差異表達，或者作為與關節病理相關的炎癥通路的候選中樞調節因子。LncRNAs的聯合組織表達譜也將是有意義的，因為已經確定了lncRNAs在關鍵炎癥通路中的功能作用。LncRNAs在調節細胞命運和功能方面發揮著重要作用，在許多情況下，他們的失調與疾病有關。關于軟骨生成和成骨，lncRNAs如何調節干/祖細胞向軟骨細胞或成骨細胞系分化的研究仍處于起步階段。關于lncRNAs如何潛在地控制成熟軟骨或骨的內環境平衡，目前尚不清楚，這些發現將對OA及確定治療疾病的新治療策略產生深遠影響。通過先進的技術，有望很快發現在體內調節lncRNA表達或功能的新的、有效的方法，將有助于靶向lncRNAs的OA治療新策略的研究。