长链非编码RNA对骨代谢疾病影响的研究进展

王朋涛 谢艳

非编码RNA（Non-coding RNA，ncRNA）是一类无编码蛋白功能的内源性RNA 转录物。根据核苷酸的大小，ncRNA 通常可分为小非编码RNA（＜200nt）和长链非编码RNA（Long non-coding RNA，LncRNA，＞200nt），其中80%为LncRNA[1]。在过去，LncRNA 被认为是转录“噪音”而并无作用。近年来，随着研究的不断深入，LncRNA 因其在结构、序列及生物学功能上有高度异质性，通过参与表观遗传调控、转录调控及转录后调控等途径，多水平地调节基因表达，参与包括细胞增殖、分化及迁移在内的多个生物学过程[2，3]。目前已知的LncRNA 功能较多，主要为转录激活、转录干扰、诱导染色质重构、调控蛋白质活性、参与基因组印记及细胞器调节等[4]。

随着LncRNA 在细胞生物学中功能的深入研究，其缺失、突变和过表达都可能引起多种疾病，如癌症、免疫疾病、阿尔茨海默病、糖尿病等[5～10]。在骨组织代谢相关LncRNA 方面，已发现与成骨、破骨分化相关的LncRNA，并证实其在骨质疏松、骨性关节炎、骨肿瘤等骨病的分子生物学机制中扮演关键角色，明确这些LncRNA 的功能及作用机制将为上述疾病的诊治提供新的思路与靶点。

1 LncRNA 与骨质疏松症

骨质疏松症（Osteoporosis，OP）是一种代谢性疾病，是由于骨吸收与骨形成不平衡，引起骨密度下降。在OP 代谢失衡动态过程中，主要是成骨细胞和破骨细胞等的分化调节与骨代谢相关的信号通路发挥作用。近年来已有关于LncRNA 与OP 的研究，LncRNA 参与了OP 代谢失衡动态过程，主要涉及成骨细胞、破骨细胞分化，并在骨代谢信号通路及钙离子相关激素和受体中有重要的调节作用。

1.1 LncRNA 与成骨细胞 LncRNA 可直接调控或者通过与靶miRNA 作用于下游基因表达，促进或者抑制成骨分化，从而达到对成骨细胞分化的正向或负向调节作用。现有研究已发现 LncRNA H19、MEG3、MSC-AS1 及LOC100506178 等均参与骨质疏松相关的成骨细胞分化、凋亡过程，是成骨分化的正向调节剂。Liao 等[11]报道H19 通过Notch 信号通路调节细胞水平成骨分化。最近研究表明[12]，H19 通过上调SIRT1 和抑制miR-532-3p 诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化。此外，Liu 等[13]通过与健康牙周膜组织比较，MEG3 与胰岛素样生长因子1（Insulin-like growth factor 1，IGF1）在牙周炎牙周膜组织表达下调，miR-27a-3p 表达上调，存在着MEG3/IGF1/miR-27a-3p 调控轴，过表达MEG3 可增强IGF1 的表达，抑制miR-27a-3p 的表达，进而促进牙周膜干细胞的成骨分化。LncRNA MSC-AS1 通 过microR-NA-140-5p 海绵上调骨形成蛋白2（BMP2），促进BMSCs 成骨分化[14]。LncRNA LOC100506178 通过海绵调节miR-214-5p促进调节BMP2 的表达，提示LOC100506178 是成骨分化的正向调节因子[15]。然而有研究发现LncRNA DANCR、HOTAIR 及SEMA3B-AS1 等均是成骨分化的负向调节剂[16，17]。Tong 等[18]在OP 相关循环单核细胞与LncRNA 作用的实验中发现，DANCR 能促进细胞因子TNF-α 和IL-6 的表达，而TNF-α 和IL-6 参与破骨细胞的生成，从而抑制成骨分化。LncRNA HOTAIR 通过Wnt/β-catenin通路抑制相关蛋白的表达，从而抑制大鼠BMSCs 的成骨分化[17]。作为反义LncRNA 的一种，SEMA3BAS1 抑制人骨髓间充质干细胞（hMSCs）的增殖和成骨分化，而这可能与hMSCs 成骨系谱的改变有关[19]。

1.2 LncRNA 与破骨细胞 在骨吸收过程中，LncRNA调控的信息较少，LncRNA 对破骨细胞的调控也分为正向调节及负向调节。Han 等[20]发现，与健康人群相比，LncRNA TUG1 在OP 患者血清中表达较高，TUG1 过表达可促进破骨细胞增殖，进一步实验采用siRNA 敲低则结果相反。樊萍等[21]研究发现，LncRNA NEAT1 在破骨分化过程中表达量上调，进一步研究通过敲低NEAT1 的表达小鼠破骨细胞活性降低，提示NEAT1 诱导巨噬细胞系RAW264.7 细胞向破骨方向分化。LncRNA MIRG 作为miR-1897 的ceRNA，上调活化T 细胞核因子（NFATc1）的表达，从而促进破骨细胞生成[22]。此外，Liu 等[23]研究发现上调LncRNA AK077216 的水平会促进破骨细胞增殖和NFATc1 的表达。而LncRNA BMNCR 在OP 小鼠的脾脏和骨髓中低表达，进一步研究BMNCR 在调节核因子受体激活因子-κB 配体（RANKL）诱导破骨细胞分化中的作用，表明LncRNA BMNCR 对破骨细胞分化有抑制作用，可作为OP 治疗的潜在靶点[24]。

1.3 LncRNA 与信号通路 骨吸收与骨形成的协调过程，既需要各个细胞间的信息交流，也需要细胞内多条通路的信号转导。随着对骨代谢研究逐渐增加，发现多条经典通路如Wnt/β-catenin 通路、MAPK 通路、TLR 通路等。近年来研究发现，LncRNA 作为信号分子参与信号通路，从而对骨代谢进程进行调控。LncRNA POIR 抑制Wnt/β-catenin通路的活化，而Wnt 通路的激活会下调LncRNA HOTAIR的表达[25]；LncRNA H19通过吸附miR-22 激活Wnt 信号通路，还能通过抑制Dickkopf-4（DKK4）的表达，促进Wnt 通路的激活[26]。LncRNA SNHG1 可通过Nedd4 介导的泛素化抑制MAPK活化，从而抑制成骨分化，因此抑制SNHG1 可能是促进成骨分化的潜在治疗靶点[27]；LncRNA MALAT1 通过激活SAA3，增加炎症介质的表达，参与MAPK 通路的调控。此外，LncRNA NEAT1参与调控TLR2 通路，而TLR2 通路激活后会上调LncRNA-COX2 的表达[28]。

1.4 LncRNA 与钙离子 钙是机体生理活动必不可缺的元素，超过99%的钙离子分布于人体骨组织中，因此钙离子研究是治疗OP 的关键。钙离子通路的调控与钙离子吸收和骨代谢息息相关，而LncRNA 通过调节与钙相关信号参与骨代谢进程。胡智旭[29]通过研究绝经后OP 肾阴虚证中LncRNA的表达特征及基因调控网络，发现肾阴虚证组与正常组和肾阳虚证组比较，有8 个共同差异表达LncRNA 参与钙离子代谢等12 条信号转导通路的调控。Wang 等[30]发现LncRNA A_30_P01018532与炎症和免疫反应有关，其表达上调可以明显提高细胞内钙离子水平。另外，有学者在研究鼻咽癌的发病诱因过程中发现，沉默LncRNA FOXD3后可以大幅度增加细胞的钙离子浓度[31]。尽管OP 与钙离子水平关系密切，但LncRNA 调控钙离子文献报道较少，钙离子水平是否影响OP 发病有待进一步研究。

2 LncRNA 与骨性关节炎

骨性关节炎（Osteoarthritis，OA）是最常见的慢性退行性关节疾病，其症状为关节肿胀、疼痛、僵硬等。目前，OA 的发病机制尚不清楚，但普遍认为与细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）合成代谢与分解代谢不平衡密切相关[32]。近年来，LncRNA 在OA 中的作用机制研究逐渐增加，其可能参与调控ECM 蛋白水解、血管生成、调节炎症反应、抑制软骨细胞凋亡等。

2.1 调控ECM 蛋白水解的LncRNA 软骨ECM降解酶主要是解聚素金属蛋白酶（ADAMTS）和基质金属蛋白酶（MMP）。研究发现，LncRNA 可能通过调控ADAMTS 和MMP 影响软骨细胞的表达，而LncRNA CIR 可抑制ADAMTS-5 和MMP-13 的表达，促进蛋白聚糖的合成代谢，从而减轻关节软骨损伤[33]。Zheng 等[34]发现LncRNA GAS5 在OA 软骨细胞中表达上调，能够增强ADAMTS-4、MMP 等蛋白酶的表达，促进ECM 降解。LncRNA H19 已被发现是miR-675 的前体，上调Ⅱ型胶原的表达，从而调控软骨细胞表达。另有一项研究表明，H19在OA 软骨组织中的表达上调，可能通过抑制miR-140-5p 促进ECM 的降解和骨化，从而参与OA 的进展[35]。因此，H19 在OA 基质合成与降解中起关键作用。

2.2 调节滑膜关节血管生成的LncRNA 血管生成是指脉管系统中生出新血管，在组织修复和生长发育过程中起到重要作用。尽管调控OA 血管生成的分子途径尚未明确，但血管生成过程就是促血管生成因子和抑制血管生成因子的动态均衡过程，其中促血管生成因子包括一氧化氮、细胞因子、调节肽、血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）等。Su 等[36]研究发现LncRNA MEG3 在OA软骨组织中表达显著下调，且与VEGF 水平呈负相关，提示MEG3 可能通过调节血管生成参与OA 的进程。另有研究显示MEG3 能够通过激活P53 负调控VEGF 转录。因此，抑制血管生成为OA 的治疗提供了新思路。

2.3 调节炎症反应的LncRNA OA 的主要病理表现为滑膜炎症和软骨降解，近年来，越来越多的LncRNA 被确定与炎症通路调节相关，且在关节组织中呈差异表达。目前研究发现LncRNA 参与调节OA 炎症反应的途径包括NF-κB 信号通路与p38/MAPK 通路等。NF-κB 通路可激活多种炎症细胞因子，因此治疗炎症性疾病的有效方法之一是抑制NF-κB 通路。Pearson 等[37]研究发现，与健康软骨相比，LncRNA CILinc01 和LncRNA CILinc02 在OA 软骨中表达降低，且此非编码RNA通过调节HIVEP2 基因表达抑制NF-κB 活性，表明CILinc01 和CILinc02 可能在调节OA 炎症病理反应中发挥重要作用。研究表明，LncRNA MEG3在兔OA 模型中低表达，进一步实验过表达MEG3可明显抑制炎症因子和TNF-α 的表达，进而保护关节软骨[38]。转导通路p38 是MAPK 家族控制炎性反应的重要成员之一，TNF-α 及炎症因子等炎症刺激能诱导内源性免疫细胞内的p38 激活。有研究发现[39]，LncRNA HULC 可通过下调miR101抑制NF-κB 及MAPK 通路的激活，从而减轻炎症因子与TNF-α 诱导的炎症损伤，提示HULC 可能是OA 中重要的调控因子。

2.4 调控软骨细胞增殖或凋亡的LncRNA 细胞凋亡是一种高度特异性调控方式，称为Ⅰ型细胞程序性死亡。众所周知，OA 的关键因素是细胞凋亡引起软骨细胞数量减少[40]，因此抑制软骨细胞凋亡可以作为治疗OA 的新途径。研究发现LncRNA SNHG5 在OA 组织中显著下调，且SNHG5 通过miR-26a/SOX2 信号轴促进软骨细胞增殖和迁移[41]。另有研究表明，LncRNA UFC1 在正常软骨细胞中显著下降，但UFC1 作为软骨细胞增殖的正调节剂，能促进软骨细胞增殖进而调节软骨细胞存活。Song 等[42]通过OA 软骨细胞和正常软骨细胞相比，发现OA 软骨细胞中生长阻滞特异性转录因子5（GAS5）过表达将刺激软骨细胞凋亡。此外，LncRNA HOTAUR在OA 关节滑液中表达上调，进一步研究发现抑制HOTAUR 表达能降低IL-1β 介导的OA 软骨细胞凋亡，提示HOTAUR 对OA 软骨细胞有促凋亡作用。

3 LncRNA 与骨肉瘤

骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）好发于儿童和青少年，这可能与青春期胫骨近端和股骨远端的骨骺生长板生长迅速相关，通常生存结局较差。尽管多模式的治疗方式将其生存率提高到60%[43]，但预后仍不理想，且OS 发病的潜在分子机制尚未明确。近年来，随着对LncRNA 研究的深入，发现LncRNA在OS 诊断、治疗及预后评估方面具有应用前景。

3.1 LncRNA 与OS 早期诊断 疼痛是早期骨肉瘤最常见的症状，常与年轻患者生长痛界定不清，最终确诊时间较晚。尽管早期血液中检测到碱性磷酸酶升高可以辅助诊断OS，但由于碱性磷酸酶缺乏特异性，诊断价值具有局限性[44]。Huo 等[45]发现，与健康者相比，LncRNA MALAT1 在OS 患者血清中的表达水平显著升高，并且与肿瘤大小及转移等存在相关性。有学者通过对OS 患者术前术后及健康志愿者血清中LncRNA FAL1 的表达情况进行比较，发现患者术前血清中FAL1 表达高于术后及健康志愿者[46]。虽然LncRNA MALAT1、LncRNA FAL1、LncRNA HOTAIR 等在OS 患者中异常表达，但上述LncRNA 的敏感度和特异性尚需临床进一步验证。

3.2 LncRNA 与OS 化疗敏感性 目前，OS 的治疗主要是手术切除和术后化疗相结合，但由于不同个体OS 细胞对化疗药物的敏感性不同，导致化疗效果不理想。因此，分析OS 耐药性与LncRNA 的关系，可为OS 的治疗提供新的方向。Zhang 等[47]研究发现，LncRNA ODRUL 通过上调耐药相关性ABCB1基因，增加OS 对阿霉素的耐药性，从而抑制癌细胞的凋亡。还有学者提出FOXC2-AS1 也通过上调ABCB1 基因表达提高OS 对阿霉素的耐药性[48]。有研究显示[49]，LncRNA CTA 通过抑制细胞自噬增加OS 组织对阿霉素的敏感性。关于LncRNA 与OS 化疗敏感性关系的研究较少，未来还需更多研究了解LncRNA 对化疗药物的影响。

3.3 LncRNA 与OS 预后评估 研究发现，LncRNA表达与OS 临床预后有关。Ren 等[50]研究发现，在临床分期晚期、肿瘤体积大的患者，FOXD2-AS1表达显著提高，这类患者通常预后较差。此外，LncRNA ANRIL 高表达也提示OS 患者肿瘤体积增大，进一步通过大鼠体内实验发现，敲除ANRIL 基因肿瘤体积减小，证实了ANRIL 在OS 发展及转移中的作用[51]。因此，明确LncRNA 与OS 预后评估的关系，可为手术和术后化疗时机提供依据。

4 小结

综合国内外相关报道，关于LncRNA 在骨代谢中的研究我国处于比较前沿的水平，但对LncRNA的研究仍处于起步阶段，需进一步深入，如对相关LncRNA 的系统分析，LncRNA 对成骨细胞、破骨细胞的作用，以及在骨质疏松症、骨性关节炎、骨肿瘤等骨代谢疾病中作用机制的研究。