miRNA在骨关节炎发病中的作用及临床应用研究进展

王亮 张虎林 汪小敏 李俊 杨超强 王宜灿 赖学倩

【摘 要】 骨关节炎是以关节软骨损伤为主的退行性关节疾病，miRNA是一种单链非编码小分子RNA，广泛参与机体的重要生命过程。最新的研究表明，miRNA在骨关节炎关节软骨细胞增殖及凋亡、细胞外基质降解、软骨细胞炎症、软骨细胞自噬中发挥重要作用。查阅近几年相关研究文献，就miRNA在骨关节炎软骨损伤中的作用及潜在性应用展开综述，为后期骨关节炎的诊治及研究提供新的思路和方向。

【关键词】 骨关节炎;miRNA;发病机制;研究进展;综述

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种常见的退行性关节疾病，以关节软骨破坏和软骨下骨改变和骨重塑为特征，其主要好发于机体负重关节，是导致关节疼痛和功能障碍的主要原因之一[1]。随着我国老龄化社会的到来，OA患者将显著增加，不仅严重影响患者的生活质量，也给社会医疗资源带来巨大压力。miRNA是来源于内源性染色体具有高度保守性的非编码单链RNA，研究表明，miRNA在OA中存在异常表达并与OA软骨损伤紧密关联[2]。通过研究OA病程中miRNA的表达差异性，筛选出与OA病情正相关的miRNA，进而标记并抑制其表达水平停止或逆转OA的发生、发展，对OA的诊疗有巨大意义。本文就有关miRNA在OA软骨损伤中的作用及潜在性应用展开综述，以期为OA的诊治及研究带来新的思路及方向。

1 miRNA在OA中的差异性表达

随着有关OA发病机制研究的不断深入，发现越来越多的miRNA在OA患者病程中存在差异性表达。ILIOPOULOS等[3]对365种miRNA分析发现，OA患者关节软骨中16个miRNA表达异常，其中miR-103、miR-483、miR-16、miR-30b、miR-509表达上调，miR-337、miR-29a、miR-140、miR-26a、miR-25、miR-373、miR-210表达下调。D?AZ-PRADO等[4]发现，7种miRNA（miR-483-5p、miR-149*、miR-582-3p、miR-1227、miR-634、miR-576-5p、miR-641）在OA患者和健康对照组软骨细胞中存在显著表达差异，其中miR-483-5p在OA软骨细胞中明显上调。NTOUMOU等[5]抽取OA患者和健康组血清并鉴定发现，OA患者血清中有279个miRNA存在差异表达，205个表达上调，74个表达下调，其中miR-140-3p和miR-671-3p在OA病程中表达水平持续下调。ZHANG等[6]研究发现，在OA关节软骨中表达上调的有miR-193b、miR-199a-3p/miR-199b-3p、miR-92a、miR-320c和miR-136，表达下调的有miR-490-5p、miR-4287、miR-BART8*和miR-US25-1*。赵丽珂等[7]检测20例OA患者及15例健康对照者血浆发现，OA患者血浆中共有74个miRNA存在差异表达，其中45个表达上调，29个表达下调。CUADRA等[8]通过研究384个miRNA在OA患者血清和健康血浆中的表达发现，OA患者血浆中miR-16、miR-345、miR-195、miR-20b、miR-29c、miR-93、miR-186、miR-184、miR-30b、miR-146a、miR-126、miR-885-5p表达增加。此外，在OA软骨细胞中表达上调的miRNA还有miR-127、miR-15b、miR-34a、miR-210、miR-373、miR-302b、miR-193b、miR-200b-3p、miR-20、miR-30a-5p、miR-29b-3p、miR-98等，表达下调的有miR-27b-3p、miR-4287、miR-502-5p、miR-125b、miR-222、miR-142-5P、miR-335-5p、miR-641、miR-675等[9]。

2 miRNA與OA软骨损伤

2.1 miRNA与软骨细胞增殖及凋亡 软骨细胞损伤与OA的发生、发展密切相关，当软骨细胞的增殖能力受到损害或软骨细胞发生凋亡时将导致OA的发生。CAO等[10]研究发现，miR-15b可通过胰岛素样生长因子和胰岛素样生长因子受体对软骨细胞的增殖起到抑制作用。SHEN等[11]发现，miR-30a-5p可通过靶向AKT基因阻断G0/G1期软骨细胞，诱导软骨细胞的凋亡。MIN等[12]研究发现，上调miR-127-5p的表达可抑制软骨细胞的增殖，进而对OA的发展起到促进作用。JIAN等[13]研究发现，miR-200b-3p通过抑制DNA甲基转移酶3α的表达抑制基质金属蛋白酶（MMPs）的分泌，促进Ⅱ型胶原的合成，进而促进OA软骨细胞的生长和增殖。另有研究发现，miR-34a可通过抑制δ样蛋白1 mRNA诱导软骨细胞发生凋亡，而抑制miR-34a的表达可促进软骨细胞的增殖，从而对关节软骨起到保护作用。CHEN等[14]也有类似发现，miR-29b-3p可通过颗粒体蛋白前体加速软骨细胞凋亡，注射miR-29b-3p拮抗剂可延缓该过程起到保护关节软骨的作用。窦越超等[15]在探讨miR-31对OA软骨细胞增殖、凋亡及分子机制时发现，miR-31通过靶向白细胞介素（IL）-34可促进OA软骨细胞增殖，抑制细胞凋亡。阿布都艾尼·热吾提等[16]发现，miR-145在肿瘤坏死因子-α（TNF-α）诱导的人关节软骨细胞中呈剂量依赖性下调，过表达miR-145抑制TNF-α诱导的人关节软骨细胞增殖，促进凋亡及炎症反应，促进OA发展。PENG等[17]研究发现，在OA软骨中低表达的miR-520c-3p可促进OA软骨细胞增殖，抑制其凋亡和炎症反应，进一步发现miR-520c-3p可能通过调节生长停滞特异性蛋白2（GAS2）抑制OA的进展。ZHOU等[18]发现，在OA患者软骨细胞中，miR-485-3p表达较低，过表达miR-485-3p后，可抑制Notch2和核转录因子-κB（NF-κB）通路，进而促进OA软骨细胞增殖，抑制其凋亡。

2.2 miRNA与软骨细胞外基质降解 OA的发生与关节软骨细胞外基质（ECM）的合成和降解不平衡紧密关联。在分子水平上，ECM以MMP-13和聚蛋白多糖酶-5（ADAMTS-5）两种主要降解酶降解，miRNA可影响MMP-13和ADAMTS-5的表达水平参与OA发病[19]。最新研究发现，miR-27a-3p与ADAMTS-5呈负相关，miR-27a-3p的下调会导致ADAMTS-5的表达增加促进ECM降解导致OA的发生[20]。JI等[21]发现，通过上调miR-30a的表达可抑制ADAMTS-5降解关节软骨ECM从而减缓OA的发展。ZHANG等[22]研究表明，OA软骨组织中miR-9表达水平被抑制，MMP-13表达水平被上调;在OA大鼠模型膝关节注射miR-9激动剂可显著降低OA大鼠模型软骨组织中MMP-13表达水平。由此表明，miR-9可抑制MMP-13的表达水平，从而保护软骨ECM的水解，有助于拮抗OA。SI等[23]研究发现，人软骨细胞中过表达miR-140可促进Ⅱ型胶原的表达，抑制MMP-13和ADAMTS-5的表达，而miR-140水平在OA软骨细胞内显著降低。通过给大鼠OA模型注射miR-140激动剂发现，大鼠OA症状有所改善，表明关节内注射miR-140可以通过调节大鼠ECM稳态缓解OA进展。WANG等[24]研究发现，miR-411是软骨细胞中MMP-13的重要调节因子，过表达的miR-411可通过抑制MMP-13的表达减缓ECM降解。

2.3 miRNA与软骨细胞炎症 软骨细胞炎症在OA病程中起的关键作用已被组织病理学研究证实，miRNA与软骨细胞炎症密切有关。DING等[25]研究发现，过表达的miR-93可通过抑制TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎细胞因子的表达抑制软骨细胞炎症反应，而抑制miR-93的表达可使炎症反应加剧。ZHANG等[26]发现，miR-502-5p过表达可抑制IL-1β诱导的促炎细胞因子的产生，提示miR-502-5p可能在软骨细胞炎症中发挥保护作用。先前的研究报道，miR-142-3p是一种新型的炎症信号通路中介。WANG等[27]进一步研究发现，miR-142-3p的靶点高迁移率族蛋白1是OA的重要炎症介质，过表达的miR-142-3p显著抑制其介导的NF-κB信号通路和IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎细胞因子的产生，从而减缓OA软骨细胞的炎症反应。YANG等[28]研究发现，miR-365是OA软骨细胞炎症反应的关键调节因子，miR-365的上调可促进炎症因子的表达导致OA症状加重。另有研究发现，miR-146a经脂多糖诱导在OA组织中的过表达，进而刺激炎症细胞的增加，加重软骨细胞的炎症反应。

2.4 miRNA与软骨细胞自噬 自噬是机体自我保护和维持平衡的机制，其在维持机体细胞和组织的稳态方面有重要作用。研究表明，自噬与OA的发生、发展过程密切相关，miRNA在自噬中发挥着关键作用[29]。LI等[30]研究发现，OA小鼠模型中miR-17-5p表达显著降低，且在OA小鼠的膝关节中自噬被抑制;进一步研究发现，miR-17-5p可能通过抑制其靶基因p62的表达诱导自噬，从而促进OA的发展。WANG等[31]通过建立软骨细胞损伤模型发现，miR-590-5p表达显著增加，而其直接靶点转化生长因子-β1（TGF-β1）表达降低，当敲除TGF-β1后发现软骨细胞的凋亡和自噬明显增加，表明miR-590-5p可能通过靶向TGF-β1促进软骨细胞凋亡和自噬促进OA的发病。SUN等[32]研究发现，过表达的miR-4262可能通过SIRT1介导的PI3K/AKT-mTOR信号通路调节细胞凋亡、细胞自噬等途径促进OA的发生、发展。YU等[33]研究发现，miR-206可通过激活胰岛素样生长因子-1介导的PI3K/AKT-mTOR信号通路对OA关节软骨自噬和凋亡起到抑制作用，进而缓解OA的发展。D'ADAMO等[34]发现，miR-155可通过抑制关键自噬蛋白如ATG3、ATG5、ATG14等的表达进而抑制软骨细胞的自噬，具有拮抗OA发展的作用。

3 miRNA与OA诊断

miRNA与OA发病密切相关，且其表达水平的异常可提示OA病情的转归，因此，监测与OA病情发展有关的miRNA可作为生物標志物用于OA的诊断。SKRZYPA等[35]发现，OA患者miR-146a-5p的表达明显上调且血清中的表达水平与软骨中的表达呈正相关，说明miR-146a-5p可作为非侵入性生物标志物进行OA的早期诊断。CHEN等[36]采用qPCR方法检测OA患者外周血单个核细胞和关节液中miR-29b-3p的表达，并分析miR-29b-3p与年龄、体质量及Kellgren-Lawrence X线分级的相关性，结果发现，miR-29b-3p含量明显高于健康对照组，同时其表达与年龄、体质量、Kellgren-Lawrence X线分级呈正相关，表明miR-29b-3p可能是OA的一个潜在生物标志物。BEYER等[37]对OA关节置换术后的患者和健康人群血清miRNA的表达水平追踪研究15年发现，miRNA let-7e与OA的发展密切相关，可以作为诊断和评估OA严重程度的潜在指标。此外，miR-155、miR-223、miR-4284和miR-1282在OA患者血清中的表达明显高于健康个体，均可作为生物标志物用于OA的早期诊断。

4 miRNA与OA治疗

抑制具有促进OA病程发展作用的miRNA表达，或开发应用与病程负相关的miRNA，可对OA起到治疗作用。miR-1可抑制Wnt通路下调使卷曲蛋白跨膜受体7的表达，进而抑制软骨细胞的退化起到延缓OA发展的作用[38]。miR-26a-5p可通过激活NF-κB信号通路下调诱导型一氧化氮合酶的表达，从而抑制软骨细胞的凋亡，进而起到减缓OA发展的作用[39]。LIAN等[40]研究发现，miR-128a在OA中的过表达是导致OA软骨基质降解等病理过程的重要因素，通过给关节内注射miR-128a反义寡核苷酸可稳定软骨细胞自噬，减缓软骨侵蚀、骨赘形成等关节组织的破坏，说明通过抑制miR-128a表达具有治疗OA的潜力。BAEK等[41]在OA动物模型关节腔注射miR-449a抑制剂发现，与对照组相比，注射组软骨结构相对完整，基质周围有分化良好的软骨细胞，表明抑制miR-449a具有促进软骨再生和防止软骨破坏的作用。CUI等[42]研究发现，miR-634可以通过靶向PIK3R1基因抑制OA软骨细胞的存活和基质合成，而应用miR-634抑制剂可逆转此过程缓解OA的发展。另有研究发现，miR-34a在OA中有促使软骨细胞发生凋亡的作用，而抑制miR-34a的表达可促进软骨细胞的增殖，从而对关节软骨起到保护作用，表明miR-34a抑制剂有望成为治疗OA的潜在药物[43]。

5 小結与展望

OA发病机制复杂，关节软骨损伤是其主要的病理表现。miRNA在OA关节软骨细胞增殖及凋亡、细胞外基质降解、软骨细胞炎症、软骨细胞自噬中发挥重要作用，其表达水平的异常可提示OA病情的转归，监测与OA病情发展有关的miRNA可作为生物标志物用于OA的诊断，抑制具有促进OA病程发展作用的miRNA表达，可以对OA起到治疗作用。但目前，将miRNA用作OA治疗靶点的研究还局限于体外动物实验水平或机制研究层面，将其应用于临床还未取得突破性进展。因此，在以后的研究中进一步阐明miRNA参与OA软骨损伤的机制，研制出靶向治疗药物并应用于临床将对OA具有重要意义。相信在不远的未来，miRNA将会开启诊治OA的新局面。

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收稿日期：2022-03-18;修回日期：2022-04-26