microRNA在调控成骨细胞、破骨细胞中的研究进展

宋亚平

【摘 要】microRNA（miRNA）通过特异性结合靶向目标调控基因转录后的表达，从而控制着细胞的分化、增殖和凋亡。近年研究表明miRNA在骨质疏松症的发生和发展中产生了重大影响。研究miRNA在调控成骨细胞和破骨细胞中的作用为骨质疏松症的治疗提供了新的思路。

【关键词】miRNA；成骨细胞；破骨细胞；调控

miRNA 是存在于真核生物中的一类非编码单链小分子RNA，控制着约30%编码蛋白的基因活性，但只有非常少量的功能特点为人所知，miRNA调控着生物通路、基因的表达及转录后调控，最终使得miRNA在细胞的分化、增殖、凋亡中产生重要效应[1]。随着对miRNA的深入研究发现越来越多的疾病，例如骨质疏松症与miRNA密切相关。本文就关于miRNA调控影响骨质疏松症的两种重要细胞：成骨细胞、破骨细胞作一综述。

1 骨质疏松症中miRNA的多态性

人的骨骼通过成骨细胞和破骨细胞不断重建的，它们的有序供给对骨骼内环境的稳定有着重要作用。破骨细胞吸收骨质，而成骨细胞合成新骨。当成骨细胞和破骨细胞的数量、形态和功能发生改变便造成了骨吸收和形成的失调，导致了骨质疏松症等骨骼疾病的产生[2]。

骨质疏松症以骨矿物质密度的降低为特征，而成骨细胞和破骨细胞生成的失衡则导致了骨矿物质密度降低，产生了脆弱的骨质结构，低骨矿化密度的表征受到较强的基因调控，目前，对于骨质疏松症的基因研究最主要的目的是确定调控骨质疏松症基因的遗传变异程度，基因突变改变了蛋白的序列，继而导致了疾病的发生[3-4]。Lei等研究表明3非编码区存在3个miRNA靶结合位点的多态性，这些多态性与股骨头颈矿化密度有关，它们通过改变与特异miRNA结合的亲和性的影响，导致了骨质疏松症的易感性[3]。

2 miRNA对成骨细胞分化的作用

周明亮等[5]研究表明miRNA 分子参与了成骨细胞分化成熟过程中的各个阶段，通过调节BMP、TGF-β 等一系列信号通路调控成骨细胞的分化成熟。

2.1 miR-2861、miR-29b、miR-2 10促进成骨细胞的分化

miR-2861通过结合HDAC5（Runx2的一个强化因子）抑制其转录后水平的表达，从而促进成骨细胞的分化，Runx2参与调控成骨细胞分化进程中细胞外基质蛋白的基因表达，同时通过调节软骨、成骨细胞的分化完成对骨生成的控制，对成骨细胞的成熟、稳定起了重要的作用[6]。

miR-29b为成骨细胞正向调节因子。Li研究表明在成骨细胞中转染miR-29b，Alkp的活性和Runx2蛋白水平等得到增强，miR-29b作为“骨形成-miR”避免了骨纤维变性或限制1型胶原的蛋白的累积使得矿化沉积有序进行[7]。

miR-210为成骨细胞分化的正向调节因子，AcvR1b是miR-210的靶向基因，miR-210通过与其特异性结合抑制AcvR1b的表达，进而抑制了TGF- β/细胞活化素信号通路，促进成骨细胞的分化。Yosuke[8]等证实，在成骨细胞分化过程中miR-210的表达得到上调。

2.2 miR-138、miR-204/211抑制成骨细胞的分化

miR-138的过度表达抑制了人间充质干细胞向成骨细胞的分化，而通过抗miR-138抑制miR-138的功能则促进了成骨细胞特异基因的表达、碱性磷酸酶的活性和基质的矿化，在体内miR-138的过度表达使异位性骨形成减少了85%，而当miR-138被抑制时，异位性骨形成则增加了65%[9].。

miR-204和miR-211为同源miRNA，其作为骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的负向调节因子，调节骨髓间充质干细胞的分化。Yosuke[8] 研究表明miR-204的表达显著的降低了碱性磷酸酶的活性和矿化骨基质的形成，并通过负向调节Runx2蛋白水平，从而抑制成骨细胞的分化和骨矿化。

3 miRNA对破骨细胞分化的作用

破骨细胞是唯一的吸收骨组织的细胞，它不仅涉及骨的调整也涉及骨病理性骨丧失如骨质疏松症[2]。研究破骨细胞生成的机制对于治疗骨质疏松症有着至关重要的作用。

miR-21为RANKL诱导破骨细胞分化的miRNA表达标志之一，Toshifumi [9]等证实了在RANKL诱导破骨细胞分化中miR-21的刺激作用，miR-21的减少增加了PDCD4蛋白水平，最终导致了RANKL诱导破骨细胞生成受到抑制，这种由miR-21介导的新的调控破骨细胞生成的分子机制对骨质疏松症的基因治疗产生重大影响。

miRNA-223在破骨细胞的分化过程中发挥了重要作用。有研究[9]证实了miR-233通过正反馈回路紧密连接介导破骨细胞的功能和分化，它的上调负向调节着NFI-A水平，从而刺激破骨细胞的分化和功能，M-CSFR是破骨细胞成熟分化的关键，NFI-A的过度表达会降低M-CSFR的表达水平，减弱破骨细胞的形成和功能，从而证实了miR-233在调节破骨细胞分化的重要作用。

4 展望

目前，miRNA对于调控成骨细胞、破骨细胞分化作用的研究中还处于初级阶段，许多调节成骨细胞、破骨细胞的miRNA的作用机制还不明确，以及更多的调控骨质疏松症的miRNA有待发现。随着研究的进一步深入，将对骨质疏松症的预防及治疗将提供新的线索。

参考文献

[1] Sato F， Tsuchiya S， Meltzer S J， et al. MicroRNAs and epigenetics[J]. Febs Journal， 2011， 278（10）： 1598-1609.

[2] Datta H K， Ng W F， Walker J A， et al. The cell biology of bone metabolism[J]. Journal of clinical pathology， 2008， 61（5）： 577-587.

[3] Lei S F， Deng H W. Polymorphisms in predicted miRNA binding sites and osteoporosis[J]. Journal of bone and mineral research， 2011， 26（1）： 72-78.

[4] 刘忠厚.骨矿与临床[M].北京：中国科学出版社，2006.

[5] 周名亮， 李谧等. 微小 RNA 对成骨细胞分化成熟的调控及临床意义[J]. 中国修复重建外科杂志， 2012， 26（6）： 756.

[6] Ivey K N， Srivastava D. MicroRNAs as regulators of differentiation and cell fate decisions[J]. Cell stem cell， 2010， 7（1）： 36-41.

[7] Li Z， Hassan MQ， et al. Biological functions of miR-29b contribute to positive regulation of osteoblast differentiation[J]. Journal of Biological Chemistry， 2009， 284（23）： 15676-15684.

[8] Mizuno Y， Tokuzawa Y， et al. miR-210 promotes osteoblastic differentiation through inhibition [J]. FEBS letters， 2009， 583（13）： 2263-2268.

[9] Eskildsen T， Stenvang J， et al. MicroRNA-138 regulates osteogenic differentiation of human stromal （mesenchymal） stem cells in vivo[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences， 2011， 108（15）： 6139-6144.

[10] Fukao T， Fukuda Y， Kiga K， et al. An evolutionarily conserved mechanism for microRNA-223 expression revealed by microRNA gene profiling[J]. Cell， 2007， 129（3）： 617-631.