长链非编码RNA在骨关节炎中调控机制的研究进展

肖瑜，刘军

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是临床常见的疾病之一，随着社会人口老龄化的程度越来越高，其发病率呈逐年上升的趋势，并成为老年人群慢性致残的主要原因［1-2］。传统的治疗方法仅能缓解关节周围软组织的炎症，不能从根本上阻止疾病的进展。目前OA的治疗效果不明确，治疗方法的选择也存在一定的争议［3-4］。近年来，有关长链非编码RNA（lncRNA）的研究越来越多，过去认为它们是无效RNA，但现在发现其与多种疾病的发生发展有关，这其中就包括OA［5］。假如找到在OA发病过程中起关键作用的核心lncRNA，就有可能针对该环节研发药物并进行靶向治疗，从而能够真正有效地阻止OA的进展。另外，组蛋白修饰、DNA甲基化和非编码RNA同属于表观遗传学范畴，也都参与OA的发生［6］。本文将主要针对OA的发病及治疗现状、lncRNA在OA发病进程中的作用以及针对其所产生的新治疗手段进行逐一阐述。

1 OA的发病及治疗现状

OA是关节的慢性退行性疾病，是最常见的关节炎类型，病理改变累及关节软骨、软骨下骨板和滑膜组织，特征表现以关节边缘骨赘形成和滑膜炎症为主［7］。OA常见于老年群体，常累及的部位包括脊柱、膝、髋及远端指间关节［8-9］，临床表现包括关节疼痛、不稳定、功能障碍等，最终影响患者的日常生活，导致生活质量降低［10-11］。OA的病因十分复杂，既有遗传学方面的因素，如性别、肥胖等，也有机械力学方面的因素［12-13］。OA的诊断主要是依据患者的主诉和查体，目前药物只能缓解临床症状，尚没有能够彻底治愈的方法［14-15］。常规治疗包括关节功能锻炼、改变生活方式、物理治疗和针对疼痛的药物治疗，如非甾体抗炎止痛药、中枢类镇痛药、激素和透明质酸钠等。对严重的OA患者，可采用关节镜手术、关节周围截骨术、关节置换术或关节融合术［16-17］。但这些常规治疗的临床效果并不理想，且常伴有不良反应［18］。为了解决这些问题，就需要从根本上改变治疗方案，而阐明OA的病理机制可能有助于确定OA的治疗靶点和早期诊断［19］。

2 lncRNA的概念与功能

据估计，全人类基因组中只有2%的RNA编码蛋白质，而绝大多数（约98%）是非蛋白质编码RNA［20］，也被看作是“基因组暗物质”。按其大小，非编码RNA可以被划分为两大类：（1）非编码的小RNA分子，如微小RNA（miRNA）、小干扰RNAs（siRNA）、新型非编码RNA（piRNA）和核仁小RNA（snoRNA）。（2）长链非编码 RNA（lncRNA）［21-22］。lncRNA是一类长度大于200个核苷酸的RNA分子，其缺乏明显的开放阅读框，且不具有翻译成蛋白质的功能［23］。其在各物种中均有表达，包括动物、植物、酵母、原核生物和病毒等［24-25］。许多lncRNA是根据相邻的蛋白质编码基因来命名的。在人类中，lncRNA的合成与mRNA相似，经过剪接后得到具有5′帽子和3′多腺苷酸化特征的lncRNA分子，然后具有转录激活活性［26］。lncRNA已经被证实参与很多重要的生物学进程，包括胚胎发育、细胞生长、细胞增殖、细胞周期、基因转录、剪接、翻译、细胞结构维护、染色质重塑、细胞凋亡、免疫反应及热休克反应等［27］。lncRNA表达失调可能在多种癌症和炎症相关疾病中起重要作用［28-29］。lncRNA对骨和软骨的发育起着重要的作用，其在OA软骨中的异常表达会促进软骨细胞外基质的降解。因此，目前认为lncRNA可作为一种新的诊断和治疗标志物以判断OA的进展和预后［30-31］。

3 lncRNA与OA的关系

已有研究报道，lncRNA与许多疾病的发生发展有关，如癌症、代谢性疾病、心血管疾病、神经退行性疾病与精神疾病等［32-33］。然而，lncRNA在OA中的发病机制尚不十分清楚。在OA软骨组织中，一些lncRNA呈高表达，而另一些lncRNA则呈低表达。

3.1 OA软骨组织高表达的lncRNA Xing等［34］运用基因芯片技术发现，在OA患者软骨组织中有73个lncRNA表达上调，其中21个呈明显高表达。通过逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）证实的上调表达最明显的lncRNA包括Hox基因反义基因间RNA（HOTAIR）、生长抑制特异性转录本 5（GAS5）、PMS2L2、RP11-445H22.4、H19和CTD-2574D22.4；同时，基质金属蛋白酶（MMP）-9、MMP-13、骨形态发生蛋白2（BMP-2）和金属肽酶含血小板反应蛋白5（ADAMTS5）的mRNA表达水平也有所上调。Zhang等［35］在白细胞介素（IL）-1诱导的兔颞下颌关节OA的体外模型中发现，HOTAIR与MMP-1、MMP-3及MMP-9均呈高表达；当实验敲除HOTAIR，不仅MMP-1、MMP-3及MMP-9的表达量下调，细胞凋亡数量也明显减少。OA的发生离不开环氧化酶2（COX-2）的激活，Pearson等［32］通过基因测序技术发现，人类软骨细胞在被IL-1刺激后，lncRNA p50-associated COX-2-extragenic RNA（PACER）和两个新的软骨细胞炎症相关lncRNA（CILinc01和CILinc02）表达上调，这些基因对炎症和疼痛均有介导作用。而对于创伤后关节炎，则会有其他种类的lncRNA异常表达，如Dnm3os、Rian、H19、Snhg18等［36］。

3.2 OA软骨组织低表达的lncRNA 目前有关OA软骨组织中低表达的lncRNA的研究较少。Su等［19］发现母系表达基因3（MEG3）在OA软骨中表达下调，同时血管内皮生长因子（VEGF）表达上调，且两者具有一定的相关性。VEGF已被证明可以促进肥大软骨重塑、骨化和软骨-软骨下骨交界的血管侵入，在OA的进程中起着重要的作用［32］。

4 lncRNA对OA的调控机制

4.1 炎症调控机制 lncRNA对OA的促进作用常需通过短链非编码RNA的介导。Song等［21］发现OA发生后，软骨组织lncRNA（GAS5）异常升高，通过抑制miR-21，使MMP-2、MMP-3、MMP-9，MMP-13和ADAMTS4的mRNA表达量也有所上调。同样，Kim等［38］发现，软骨组织lncRNA（HOTTIP）上调可抑制miR-101的表达，进而促使胶原蛋白结合类整合素（如整合素α1）的表达水平下调，导致软骨组织的降解。Kang等［39］认为在OA患者滑膜组织中，高表达的lncRNA（PCGEM1）可通过竞争性抑制miR-770来刺激滑膜炎性细胞增殖。此外，软骨损伤相关lncRNA在OA软骨中表达上调，既可能像siRNA一样，又可能诱导mRNA形成内源siRNA，通过抑制波形蛋白的表达，降低Ⅱ型胶原和蛋白多糖的转录和翻译水平，从而促进软骨细胞外基质的降解［30］。最近，Li等［40］研究发现，lncRNA-CIR通过抑制miR-27的表达，促进MMP-13的表达，造成软骨基质的降解。

4.2 非炎症调控机制 OA除了炎性因素介导以外，机械力学的异常分布和细胞凋亡自噬也会对关节软骨造成破坏，这其中也有lncRNA的参与［33］。Liu等［41］发现人类软骨细胞在机械应力的刺激下可以表达lncRNA-MSR，其通过抑制miR-152可以促进软骨的降解。Li等［42］研究发现，lncRNA（PVT1）在OA软骨组织中高表达，可以促进软骨细胞凋亡，其机制是通过对miR-488-3p的负向调节实现的。另一种lncRNA（UFC1）在OA软骨中则表达下调，通过促进miR-34a的表达，减弱软骨细胞增殖，使细胞凋亡［43］。

5 以lncRNA作为靶基因对OA的治疗

鉴于OA的病因尚不清楚，传统的治疗方法仍不能令人满意，识别新的生物标志物则可能有助于开发有效的治疗方法［44-45］。Song等［21］研究发现，OA软骨组织过表达GAS5，并抑制miR-21的表达，如果借助慢病毒给小鼠软骨细胞转染miR-21，可以反向抑制GAS5的表达，通过降低MMP的表达，可以减少软骨的破坏。Liu等［30］建议将软骨损伤相关lncRNA（RP11-162L10.1）作为OA治疗的靶基因，通过siRNA对其进行基因沉默，可以促进Ⅱ型胶原和蛋白多糖的形成，减少细胞外基质的降解。Kim等［38］发现，OA患者经转化生长因子（TGF）-β3治疗后HOTTIP和miR-101的表达上调，同时诱导间充质干细胞向软骨细胞分化，抑制软骨降解，推测miR-101可作为OA诊断和治疗的生物学标志物。H19也被认为是一个潜在的靶基因，可以刺激软骨细胞恢复［46］。然而，目前还缺乏足够的证据支持利用lncRNA对OA开展治疗，需要进行更深入的研究。

6 小结

综上所述，OA是较为常见的关节疾病，常导致关节疼痛、运动受限、关节软骨组织炎症和逐步退化。OA的发病机制尚不完全清楚，不能彻底治愈。OA的生物学分子标志物不仅具有诊断价值，还可作为治疗的靶基因，以延缓OA的进展。差异表达的lncRNA可作为诊断OA的新的生物学标志物，但将其作为治疗靶点的相关研究还不充分，今后尚需开展更为深入的研究。

［1］Deng B,Wang F,Yin L,et al.Quantitative study on morphology of calcified cartilage zone in OARSI 04 cartilage from osteoarthritic knees［J］.Curr Res Transl Med，2016，64（3）：149-154.doi：10.1016/j.retram.2016.01.009.

［2］Fraysse F，Arnold J，Thewlisd.A method for concise reporting of joint reaction forces orientation during gait［J］.J Biomech，2016，49（14）：3538-3542.doi：10.1016/j.jbiomech.2016.08.005.

［3］Bode G，Kloos F，Feucht MJ，et al.Comparison of the efficiency of an extra-articular absorber system and high tibial osteotomy for unloading the medial knee compartment：an in vitro study［J］.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2017，25（12）:3695-3703.doi：10.1007/s00167-016-4358-9.

［4］Morgan TK，Jensen E，Lim J，et al.Image-guided hyaluronic acid injection and knee bracing significantly improve clinical outcomes for high-grade osteoarthritis［J］.Sports Med Open，2015，1（1）：31.doi：10.1186/s40798-015-0029-5.

［5］Yang K，Gao Y，Yang M，et al.Creating conditional dual fluorescence labeled transgenic animals for studying function of small noncoding RNAs［J］.Connect Tissue Res，2017，58（1）:103-115.doi：10.1080/03008207.2016.1247834.

［6］Reynard LN，Loughlin J.Genetics and epigenetics of osteoarthritis［J］.Maturitas，2012，71（3）：200-204.doi：10.1016/j.maturitas.2011.12.001.

［7］Cheng C，Zhang FJ，Tian J，et al.Osteopontin inhibits HIF-2α mRNA expression in osteoarthritic chondrocytes［J］.Exp Ther Med，2015，9（6）：2415-2419.doi：10.3892/etm.2015.2434.

［8］ChengC，GaoS，LeiG.Association ofosteopontin with osteoarthritis［J］.Rheumatol Int，2014，34（12）：1627-1631.doi：10.1007/s00296-014-3036-9.

［9］Neogi T.The epidemiology and impact of pain in osteoarthritis［J］.Osteoarthritis Cartilage，2013，21（9）：1145-1153.doi：10.1016/j.joca.2013.03.018.

［10］Pearson MJ，Philp AM，Heward JA，et al.Long intergenic noncoding rnas mediate the human chondrocyte inflammatory response and are differentially expressed in osteoarthritis cartilage［J］.Arthritis Rheumatol，2016，68（4）：845-856.doi：10.1002/art.39520.

［11］Martín AP.Symptoms，localizations：knee，hip，hands，spine，other localizations［J］.Aten Primaria，2014，46（Suppl 1）：11-17.doi：10.1016/S0212-6567（14）70038-1.

［12］Garriga XM.Definition，etiology，classification and presentation forms［J］.Aten Primaria，2014，46（Suppl 1）：3-10.doi：10.1016/S0212-6567（14）70037-X.

［13］Brandt KD，Dieppe P，Radin E.Etiopathogenesis of osteoarthritis［J］.Med Clin North Am，2009，93（1）：1-24.doi：10.1016/j.mcna.2008.08.009.

［14］Leung GJ，Rainsford KD，Kean WF.Osteoarthritis of the hand I：aetiology and pathogenesis，risk factors，investigation and diagnosis［J］.J Pharm Pharmacol，2014，66（3）：339-346.doi：10.1111/jphp.12196.

［15］Tonge DP，Pearson MJ，Jones SW.The hallmarks of osteoarthritis and the potentialto develop personalised disease-modifying pharmacological therapeutics［J］.Osteoarthritis Cartilage，2014，22（5）：609-621.doi：10.1016/j.joca.2014.03.004.

［16］Vargas Negrín F，Medina Abellán MD，Hermosa Hernán JC，et al.Treatment of patients with osteoarthritis［J］.Aten Primaria，2014，46（Suppl 1）：39-61.doi：10.1016/S0212-6567（14）70043-5.

［17］Zhang W，Nuki G，Moskowitz RW，et al.OARSI recommendations for the management of hip and knee osteoarthritis：PartⅢ：changes in evidence following systematic cumulative update of research published through January 2009［J］.Osteoarthritis Cartilage，2010，18（4）：476-499.doi：10.1016/j.joca.2010.01.013.

［18］Glyn-Jones S，Palmer AJ，Agricola R，et al.Osteoarthritis［J］.Lancet，2015，386（9991）：376-387.doi：10.1016/S0140-6736（14）60802-3.

［19］Su W，Xie W，Shang Q，et al.The long noncoding RNA MEG3 is downregulated and inversely associated with VEGF levels in osteoarthritis［J］.Biomed Res Int，2015，2015：356893.doi：10.1155/2015/356893.

［20］Sun L，Goff LA，Trapnell C，et al.Long noncoding RNAs regulate adipogenesis［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2013，110（9）：3387-3392.doi：10.1073/pnas.1222643110.

［21］Song J，Ahn C，Chun CH，et al.A long non-coding RNA，GAS5，plays a critical role in the regulation of miR-21 during osteoarthritis［J］.J Orthop Res，2014，32（12）：1628-1635.doi：10.1002/jor.22718.

［22］Zhang J，Zhang P，Wang L ，et al.Longnon-coding RNA HOTAIR incarcinogenesis and metastasis［J］.Acta Biochim Biophys Sin（Shanghai），2014，46（1）：1-5.doi：10.1093/abbs/gmt117.

［23］Mercer TR，Dinger ME，Mattick JS.Long non-coding RNAs：insights into functions［J］.Nat Rev Genet，2009，10（3）：155-159.doi：10.1038/nrg2521.

［24］Ma L，Bajic VB，Zhang Z.On the classification of long non-coding RNAs［J］.RNA Biol，2013，10（6）：925-933.doi：10.4161/rna.24604.

［25］Guo X，Gao L，Liao Q，et al.Long non-coding RNAs function annotation：a global prediction method based on bi-colored networks［J］.Nucleic Acids Res，2013，41（2）：e35.doi：10.1093/nar/gks967.

［26］Fitzgerald KA，Caffrey DR.Long noncoding RNAs in innate and adaptive immunity［J］.Curr Opin Immunol，2014，26：140-146.doi：10.1016/j.coi.2013.12.001.

［27］Ponting CP，Oliver PL，Reik W.Evolution and functions of long noncoding RNAs［J］.Cell，2009，136（4）：629-641.doi：10.1016/j.cell.2009.02.006.

［28］Gibb EA，Brown CJ，Lam WL.The functional role of long noncoding RNA in human carcinomas［J］.Mol Cancer，2011，10：38.doi：10.1186/1476-4598-10-38.

［29］Marques-Rocha JL，Samblas M，Milagro FI，et al.Noncoding RNAs，cytokines，and inflammation-related diseases［J］.FASEB J，2015，29（9）：3595-3611.doi：10.1096/fj.14-260323.

［30］Liu Q，Zhang X，Dai L，et al.Long noncoding RNA related to cartilage injury promotes chondrocyte extracellular matrix degradation in osteoarthritis［J］.Arthritis Rheumatol，2014，66（4）：969-978.doi：10.1002/art.38309.

［31］Fu M，Huang G，Zhang Z，et al.Expression profile of long noncoding RNAs in cartilage from knee osteoarthritis patients［J］.Osteoarthritis Cartilage，2015，23（3）：423-432.doi：10.1016/j.joca.2014.12.001.

［32］Pearson MJ，Philp AM，Heward JA，et al.Long intergenic noncoding RNAs mediate the human chondrocyte inflammatory response and are differentially expressed in osteoarthritis cartilage［J］.Arthritis Rheumatol，2016，68（4）：845-856.doi：10.1002/art.39520.

［33］Jiang SD，Lu J，Deng ZH，et al.Long noncoding RNAs in osteoarthritis［J］.Joint Bone Spine，2017，84（5）：553-556.doi：10.1016/j.jbspin.2016.09.006.

［34］Xingd，Liang JQ，Li Y，et al.Identification of long noncoding RNA associated with osteoarthritis in humans［J］.Orthop Surg，2014，6（4）：288-293.doi：10.1111/os.12147.

［35］Zhang C，Wang P，Jiang P，et al.Upregulation of lncRNA HOTAIR contributes to IL-1β-induced MMP overexpression and chondrocytes apoptosis in temporo-mandibular joint osteoarthritis［J］.Gene，2016，586（2）：248-253.doi：10.1016/j.gene.2016.04.016.

［36］Chang JC，Sebastian A，Murugesh DK，et al.Global molecular changes in a tibial compression induced ACL rupture model of posttraumatic osteoarthritis［J］.J Orthop Res，2017，35（3）：474-485.doi：10.1002/jor.23263.

［37］Yuan Q，Sun L，Li JJ，An CH.Elevated VEGF levels contribute to the pathogenesis of osteoarthritis［J］.BMC Musculoskelet Disord，2014，15：437.doi：10.1186/1471-2474-15-437.

［38］Kimd，Song J，Han J，et al.Two non-coding RNAs，MicroRNA-101 and HOTTIP contribute cartilage integrity by epigenetic and homeotic regulation of integrin-α1［J］.Cell Signal，2013，25（12）：2878-2887.doi：10.1016/j.cellsig.2013.08.034.

［39］Kang Y，Song J，Kimd，et al.PCGEM1 stimulates proliferation of osteoarthritic synoviocytes by acting as a sponge for miR-770［J］.J Orthop Res，2016，34（3）：412-418.doi：10.1002/jor.23046.

［40］Li YF，Li SH，Liu Y，et al.Long noncoding RNA CIR promotes chondrocyte extracellular matrix degradation in osteoarthritis by acting as a sponge for Mir-27b［J］.Cell Physiol Biochem，2017，43（2）：602-610.doi：10.1159/000480532.

［41］Liu Q，Hu X，Zhang X，et al.The TMSB4 pseudogene LncRNA functions as a competing endogenous RNA to promote cartilage degradation in human osteoarthritis［J］.Mol Ther，2016，24（10）：1726-1733.doi：10.1038/mt.2016.151.

［42］Li Y，Li S，Luo Y，et al.LncRNA PVT1 regulates chondrocyte apoptosis in osteoarthritis by acting as a sponge for miR-488-3p［J］.DNA Cell Biol，2017，36（7）：571-580.doi：10.1089/dna.2017.3678.

［43］Zhang G，Wu Y，Xud，et al.Long noncoding RNA UFC1 promotes proliferation of chondrocyte in osteoarthritis by acting as a sponge for miR-34a［J］.DNA Cell Biol，2016，35（11）：691-695.doi：10.1089/dna.2016.3397.

［44］Bijlsma JWJ，Berenbaum F，Lafeber FPJG.Osteoarthritis：an update with relevance for clinical practice［J］.Lancet，2011，377（9783）：2115-2126.doi：10.1016/S0140-6736（11）60243-2.

［45］Henrotin Y，Pesesse L，Lambert C.Targeting the synovial angiogenesis as a novel treatment approach to osteoarthritis［J］.Ther Adv Musculoskelet Dis，2014，6（1）：20-34.doi：10.1177/1759720X13514669.

［46］Steck E，Boeuf S，Gabler J，et al.Regulation of H19 and its encoded microRNA-675 in osteoarthritis and under anabolic and catabolic in vitro conditions［J］.J Mol Med（Berl），2012，90（10）：1185-1195.doi：10.1007/s00109-012-0895-y.