miR-564在关节软骨损伤修复中作用机制的研究进展*

孙祥燚 赵建宁 周利武 徐海栋 张雷*

关节软骨是滑膜关节的重要组成部分，其主要功能是机体关节活动时传导载荷、缓冲应力、吸收震荡[1]。当扭伤、过度负重等各种原因造成关节软骨损伤时，由于缺乏血运供应及神经支配，关节软骨的自我修复能力往往有限[2]。根据国际软骨损伤修复协会（International Cartilage Repair Society，ICRS）对关节软骨损伤的分级：直径≥3 mm的关节软骨损伤，又称为关节软骨缺损（articular cartilage defects,ACD），修复的组织主要为纤维软骨，但是大多不能完全修复；当损伤的直径进一步增大（≥6 mm），还会进一步损伤周围骨壁以及周围关节软骨，从而引起周围的软骨下骨及关节软骨的塌陷，最终不可避免的出现骨关节炎[3]。膝关节损伤-ACD-骨关节炎这一疾病模式在国际上及我国均非常常见，目前对于终末期膝关节骨关节炎，主要采取关节置换术，这无疑给病人的精神和经济带来巨大的负担，假如能在 ACD阶段阻断这一疾病模式，必将给骨关节炎的患者带来极大的福利。

生理状态下，当发生关节软骨损伤时，关节滑膜组织中的滑膜间充质干细胞 (synovium-derived mesenchymal stem cells，SMSCs)会移行至关节软骨缺损处，和局部的其他细胞一起共同参与软骨损伤的修复[4]。因此，要想阻断 ACD向骨关节炎的进一步发展，就要研究如何增强SMSCs向软骨细胞增殖和分化，从而促进机体自我修复关节软骨损伤。近年来，大量研究表明miR-564有可能在促进滑膜间充质干细胞向软骨细胞的增殖与分化的过程中发挥着重要调节作用。miR-564是位于第3号染色体上的非编码 RNA，在基因表达的过程中发挥重要的调节作用，其可能在软骨修复的TGF-BMP通路中发挥作用，未来有望通过作用于miR-564实现关节软骨损伤的修复。因此，本文就目前miR-564在关节软骨损伤修复中作用机制的研究进展作一综述。

1 关节软骨损伤的修复策略

目前针对关节软骨损伤的治疗，学者及临床医师提出了以下几代修复技术：第一代修复技术以自体细胞为主，包括微骨折、马赛克移植、自体软骨细胞移植等，这几种修复技术的主要缺点是均为有创操作，在修复的过程中对自身的关节软骨均会造成不同程度的损伤[5]；第二代修复技术在自体细胞的基础上增加了细胞基质，例如基质诱导的自体软骨细胞移植，主要缺点是移植的软骨结构不稳，生物力学性能下降[6]；第三代修复技术主要是运用组织工程的方法，主要包括NT/ET（软骨块和自然纤维蛋白胶的混合物，Denovo公司）、CAIS（自体软骨植入系统，Depuy公司）等，由于种子细胞来源于同种异体，因此有免疫排斥和传播疾病的风险。上述三代修复技术共有的缺点是在处理4 mm以上的ACD时效果一般，其根本原因在于上述过程无法模拟软骨生理自我修复过程，从而无法形成天然的软骨组织[7]。研究认为，提高机体自身的软骨修复过程（原位修复）是关节软骨损伤修复的突破口。

针对关节软骨损伤的原位修复，目前的研究热点主要在于软骨细胞在体内增殖分化的条件，软骨祖细胞和干细胞在软骨生长修复中的作用，细胞生长因子及miRNA对软骨细胞生长分化的影响等[8]。在SMSCs促进软骨细胞增殖与分化的过程中，有多种通路参与其中，这些通路主要包括：Wnt通路、TGF-BMPs通路、FGF通路、MAPK通路等[9]。在这些通路中，细胞生长因子及miRNA可能发挥了极其重要的作用[10]。研究表明，miR-564可能通过多种通路进而影响SMSCs成软骨过程中转录后调节，从而实现关节软骨损伤的原位修复，但是其中的具体机制尚未明确。

2 miR-564的基本结构与功能

miRNAs是真核生物中广泛存在的一组非编码的、内源性的小RNA(大约长为18-24个核苷酸)，通过结合3′非翻译区（3′-UTR）导致靶mRNA降解或着抑制mRNA翻译，从而参与基因表达的转录后调节[11]。人类基因组目前已知的至少有2600个miRNA，并且被预测60%的基因组调控过程中有miRNA的参与[12]，在多种生物过程中发挥着重要作用，主要包括细胞增殖与分化、细胞凋亡、代谢与信号转导等[13]。miR-564是位于第3号染色体上的非编码 RNA，长约122bp，大量研究表明，miR-564广泛参与生物体内基因表达的调节。

miR-564最早由Lai等提出，其研究表明miR-564同其他六种miRNA可作为潜在精神分裂症患者的生物学标志[14]。后来的研究表明，miR-564与miR-31、miR-155在在一些疾病中的下调与BCR-ABL的激活有关，并且猜测这一过程与MAPK,ErbB,mTOR和VEGF信号通路有关[15]。最近的研究表明miR-564与肿瘤疾病密切相关，Jiang等[16]研究表明miR-564可通过作用于靶蛋白TGF-1抑制胶质母细胞瘤的增殖与分化；Merve等[17]发现miR-564可作为乳腺癌转移的抑制剂，并且发现这一作用主要是基于作用于PI3K和MAPK信号通路。

3 miR-564调控关节软骨损伤修复的机制

3.1 miR-564通过TGF-BMPs通路促进软骨损伤修复

TGF-BMPs通路在关节软骨缺损修复中处于至关重要的作用，目前已有广泛的研究表明TGF家族及BMP家族可通过TGF-BMPs促进SMSCs成软骨化。Maruki等[18]通过体外实验证明，TGF 1能够促进兔关节软骨损伤的修复。Wang等[19]通过构建猪关节软骨损伤的模型发现，BMP2及TGF 3感染的SMSCs能够促进软骨损伤的修复；并且阐述了其中的机制：当TGF家族复合物与TGF受体结合，促进下游的Smad2/3蛋白磷酸化并与下游的Smad4结合形成Smad2/3/4复合物，同样的当BMP家族与BMP受体结合后，可促进下游的 Smadl/5/8磷酸化并与 Smad4结合形成Smadl/4/5/8复合物，然后这两种Smad蛋白异二聚体迁移入核，并在核中与其相关联的转录因子结合来调节下游基因表达，从而促进软骨细胞的增殖与分化。在上述过程中Smad4蛋白处于两条途径的关联点，可能是TGF-BMPs通路中关键性调节蛋白，而Jiang等[20]通过研究证实miR-564可与TGF 1的3'UTR结合，进而调节靶蛋白TGF 1的表达，并且验证了 miR-564可引起下游 Smad4下调。由此可知，miR-564参与了TGF-BMPs通路的调控，并且作用于这一通路的关键性调节蛋白Smad4。因此可以猜测下调miR-564可以促进 Smad4蛋白的表达，进而通过下游形成的的两种Samd蛋白异二聚体 (Smad2/3/4、Smadl/4/5/8)促进软骨细胞的增殖与分化，最终促进软骨损伤的修复。

3.2 生物信息学预测miR-564在软骨损伤中的作用

目前广大学者已证实多种靶基因与关节软骨损伤修复相关，这其中就包括 miR-564作用的靶基因，例如核受体：FOXO1与SKI；膜受体：CDH11与SIK3；G蛋白偶联受体PTCH1；锌指结构蛋白受体ZIC2等。研究表明在骨关节炎的患者中，靶基因 CDH11与 PTCH1的表达有所增加，其中CDH11属于钙粘蛋白家族，其作用机制尚未明确[21]；而PTCH1已被证实通过Hh信号通路导致关节软骨损伤，并且与软骨损伤的的严重程度具有相关性[22]，因此 miR-564有可能通过下调靶基因 CDH11和 PTCH1来抑制关节软骨的损伤。大量学者研究证实靶基因 FOXO1、SKI、SIK3及ZIC2能够促进关节软骨损伤的修复：Akasaki等[23]发现FOXO1在青年人健康的关节软骨中显著表达，并且发现TGF-和PDGF能显著促进FOXO1的表达，由此猜测FOXO1可在关节软骨损伤修复发挥重要作用；相关的实验证实靶基因 SKI能够抑制多种炎症因子（白介素家族）导致的关节软骨分解[24]；Yahara等[25]研究发现SIK3能够抑制骨关节炎的的进展，并且通过进一步的实验发现PterosinB可通过SIK3促进关节软骨损伤的修复；Sternberg等[26]认为锌指结构蛋白受体 ZIC2能够促进 SMSCs成软骨化，既然miR-564都能够调节于上述四种靶基因，那么miR-564就有可能通过作用于他们进而来实现关节软骨损伤的修复。总而言之，目前已发现miR-564作用的多种靶基因与关节软骨损伤或修复有关，未来或许有更多的靶基因被证实参与这一调控过程，当然具体的相关研究还有待进一步的实验证实。

4 展望

关节软骨损伤修复是目前关节外科的难点，虽然临床上针对关节软骨损伤方案众多，但是尚未取得实质性的突破。近年来，随着基因治疗时代的来临，为多种疾病提供了新的治疗策略，这也能提示着我们未来有望通过从基因层面突破关节软骨损伤这一难题。最近的研究表明miR-564有可能通过TGF-BMPs通路来促进软骨细胞的增殖与分化，进而实现软骨损伤的修复；并且发现miR-564作用的多种靶基因与关节软骨代谢相关，那么就有可能通过miR-564作用的靶基因实现关节软骨损伤修复，当然具体的机制与效果还有待进一步探讨。希望未来通过广大学者的不懈努力，最终能够为广大的关节软骨损伤的患者带来新的治疗希望。