lncRNAs靶向miR-34a在骨关节炎软骨破坏中的研究进展

高月 唐芳 马武开 兰维娅 蒋总 金泽旭 秦瑶 彭金龙

【摘 要】 骨关节炎病程中软骨细胞凋亡及细胞外基质降解引起关节软骨稳态失衡而形成的关节软骨破坏，是造成骨关节炎患者功能丧失甚至残疾的主要原因，但关节软骨破坏的具体分子机制尚未阐明。随着高通量测序技术的普及与完善，有研究者发现miR-34a在骨关节炎软骨破坏病程中发挥重要作用，其能够通过调控SIRT1/P53信号通路、PI3K/AKT信号通路、JNK信号通路等加快骨关节炎软骨破坏进程。近年来，lncRNAs与miR-34a相互作用的分子机制成为骨关节炎研究领域的热点之一，但在骨关节炎患者的基因表达谱中存在多种lncRNAs表达，不同lncRNAs与miR-34a在骨关节炎中的相互关系有待深入研究。探讨lncRNAs靶向miR-34a调控骨关节炎软骨破坏的相关分子机制，为进一步探索lncRNAs和miR-34a在骨关节炎治疗及诊断中的意义提供理论依据。

【关键词】 骨关节炎；lncRNAs；miR-34a；软骨破坏；研究进展；综述

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种与年龄相关的慢性退行性骨关节疾病，以关节结构改变并伴随关节畸形、疼痛、肿胀为发病特点。1990年至2013年，OA已成为继糖尿病和痴呆之后的第三大致残性疾病［1］。OA多累及髋、膝、指趾、脊柱等关节，其中髋关节和膝关节受累最为常见，全球约有2亿多OA患者有髋关节或膝关节症状［2-3］，我国膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）患病率为18%，其中西南地区患病率为22%［3］。OA的发病不仅给患者的生活、工作带来不便，也给社会带来一定的经济负担。

关节软骨破坏退变、邻近骨组织非正常重塑及骨赘形成、滑膜炎症、韧带钙化是造成OA患者关节功能丧失甚至残疾的重要因素之一［4］。据最新研究文献报道，非编码RNA（ncRNAs）中的长链非编码RNA（lncRNAs）和微小核糖核酸（miRNAs）相互作用参与OA的发病机制，包括细胞外基质（ECM）降解及软骨细胞肥大、凋亡过程［5］。其中，2009年JONES等［6］首次将miRNAs与OA相联系，在OA患者软骨组织中发现17种miRNAs的表达量与正常软骨组织中的表达量不同。其中，

miR-34a受到研究者的关注，在OA大鼠模型中，沉默miR-34a能够阻止软骨细胞凋亡，缓解软骨破坏进程［7］。近年来，关于lncRNAs与miR-34a在OA中相互作用的机制研究得到了一定的关注，但仍待进一步验证。

1 lncRNAs与miR-34a关系

1.1 lncRNA-miRNA-mRNA轴 lncRNAs是一类超过200个核苷酸的非编码RNA，位于细胞核或细胞质部分，其来源和结构都类似于mRNA，但是不参加蛋白质编码过程［8］。起初lncRNAs被认为不具备生物学功能，但近年来其作为生物医学领域的研究热点，得到越来越多的关注和研究。研究表明，lncRNA能够作为Guide lncRNA、Scaffold lncRNA、Decoy lncRNA等参与基因转录、转录后修饰过程，或者作为信号传导分子直接参与信号通路的传导［9］。其中包括lncRNA TUG1、lncRNA MEG3、lncRNA FUG1、lncRNA HOTAIRM、lncRNA ROR等共983个lncRNA在OA患者软骨细胞中表达［10］。

miRNAs是一类由18～22个核苷酸组成的lncRNA，负责人体内60%的基因转录后调控，参与各种生理病理过程［11］。miRNAs通过结合靶基因的3'UTR调控转录后mRNA的表达，导致mRNA降解或翻译抑制。具体机制为编码miRNAs的基因被RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ转录生成Pri-miRNAs，

随后在细胞核内被加工成Pre-miRNAs输出到细胞质中，与RNA诱导的沉默复合体（RISC）结合，miRNA-RISC复合体结合靶mRNA并介导mRNA基因沉默［12］。在OA中，miRNAs能够抑制mRNA表达从而调控软骨细胞凋亡、自噬等程序［13］。

lncRNA-miRNA-mRNA轴在许多疾病的病理过程中发挥着重要作用，如肌肉骨骼退行性疾病、心血管疾病、癌症等［5，14］。lncRNA、miRNA和mRNA在各种疾病中的相互作用机制如下：①lncRNA

作为内源竞争性RNA（ceRNA），拥有与miRNA结合的位点，与其结合后抑制miRNA与mRNA的相互作用，增加mRNA的表达量而调控靶基因；②lncRNA与miRNA竞争性结合靶基因mRNA的3'UTR段，从而间接抑制miRNA与mRNA的结合；③lncRNA促进剪切因子与前体mRNA结合以生成mRNA［5，15］。在OA病理过程中，lncRNA通常作为ceRNA调控软骨细胞肥大、凋亡、ECM降解等过程［16］。

1.2 miR-34a miR-34a属于miR-34家族中的一员，由转录因子P53直接激活而进行转录，进而调控细胞周期进程、细胞衰老或凋亡程序［17］。由于Pre-miRNA茎中的一个臂靠近5'端磷酸基或3'羟基加工的不同，miR-34a分为2种亚型即miR-34a-5P和miR-34a-3P［18］。最初，miR-34a作为神经母细胞瘤的潜在肿瘤抑制因子被研究［19］。随后，miR-34a被证实与多种疾病相关，如OA、类风湿关节炎、结肠癌、心肌肥厚等。

miR-34a可以调控不同信号通路，如磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶（AKT）信号通路、核转录因子-κB（NF-κB）信号通路、Wnt/β-catenin信号通路、NOTCH1信号通路等。miR-34a在沉默信息调节因子2相关酶1（SIRT1）/P53信号通路中通过抑制SIRT1的表达增加P53乙酰化修饰，从而诱导细胞凋亡［17］。miR-34a也可以通过抑制Delta-like配體蛋白1（DLL1）的表达调控PI3K/AKT信号通路参与细胞凋亡程序［20］。miR-34a还可以通过PI3K/AKT信号轴的下游信号通路——NF-κB信号通路参与氧化应激反应［21］。

2 lncRNAs靶向miR-34a与OA软骨破坏

2.1 OA软骨破坏机制 OA患者的病理改变主要包括关节软骨的破坏退变、邻近骨组织非正常重塑及骨赘形成、滑膜炎症、韧带钙化［22］。然而关节软骨的退变破坏是造成OA患者关节功能丧失直至残疾的关键因素之一［4］。正常人体内的软骨组织呈透明、光滑状，无血管、淋巴管，主要由ECM及软骨细胞构成，其中软骨细胞通过表达性别决定区Y框蛋白9刺激Ⅱ型胶原蛋白、透明质酸、糖蛋白等的产生以形成ECM［23］。正常生理状态下，软骨细胞保持适度的代谢活性以维持关节软骨稳态。当外伤、炎症刺激、年龄增长、肥胖等因素导致OA的发生，关节内处于持续应激状态，使得ECM降解酶如基质金属蛋白酶-13（MMP-13）、MMP-9等和含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶-4（ADAMTS-4）、ADAMTS-5生成过多从而降解ECM，关节软骨稳态被打破，出现软骨细胞肥厚、“簇集性”增生或软骨细胞凋亡，软骨破坏加重［24］。而随着肥厚、增生及凋亡软骨细胞的增多，细胞周围环境会逐渐矿化，典型表现为软骨下骨或骨赘的形成［23］。

2.2 miR-34a调控OA软骨破坏的分子机制 OA软骨破坏主要涉及软骨细胞凋亡及ECM降解两个方面。近年来，对于miR-34a加快OA软骨破坏进程的相关分子机制研究越来越多。在体外实验中，ABOUHEIF等［7］通过诱导OA软骨细胞凋亡，同时沉默细胞中的miR-34a表达表明，沉默miR-34a可以下调Ⅱ型胶原α1，下调诱导型一氧化氮合酶，使得软骨细胞凋亡的进程减缓。在体内实验中，ENDISHA等［25］在OA患者血浆、软骨、滑膜及行内侧半月板—胫骨韧带切除术后的小鼠软骨、滑膜中检测到miR-34a-5P表达上调，且miR-34a基因敲除小鼠行内侧半月板—胫骨韧带切除术后关节软骨破坏程度减轻。刘弼等［26］通过建立小鼠KOA模型表明，miR-34a在小鼠KOA中过表达，导致MMP-13表达上调，抗凋亡因子B淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）表达下调，OA病程加快。

miR-34a主要通过以下几条信号通路调控OA软骨细胞凋亡程序及ECM降解，进而影响软骨破坏病程。在SIRT1/P53信号通路方面，陈蓟等［27］通过体外实验表明，miR-34a可以靶向SIRT1调控白细胞介素-1β（IL-1β）诱导OA软骨细胞凋亡。YAN等［28］通过培养OA患者软骨细胞及动物实验证明，miR-34a靶向抑制SIRT1，调控SIRT1/P53信号通路，下调Bcl-2表达，在OA病程中发挥重要作用。在PI3K/AKT信号通路方面，有研究者通过体外实验表明，miR-34a靶向抑制DLL1，降低PI3K、P-AKT表达水平，抑制PI3K/AKT信号通路，从而促进软骨细胞凋亡［20，29］。此外，XIONG等［30］收集OA患者软骨组织及建立大鼠OA模型进行体内外实验表明，miR-34a靶向抑制髓样细胞白血病蛋白1调控下游PI3K/AKT信号通路，增加ECM降解及炎症反应。在c-Jun氨基末端激酶（JNK）信号通路方面，KIM等［31］研究表明，在鸡肢间充质干细胞进行软骨分化时，miR-34a被JNK诱导表达，并且靶向红细胞生成素肝细胞受体抑制软骨形成。除上述主要相关信号通路外，YANG等［32］研究表明，在OA软骨组织中，富含半胱氨酸蛋白61（Cyr61）能够抑制ADAMTS-4的表达，然而抑制miR-34a可以增加IL-1β诱导的Cyr61的表达量以促进OA软骨细胞增殖，miR-34a/Cyr61轴为治疗OA软骨破坏提供新的思路。

2.3 lncRNAs靶向miR-34a调控OA软骨破坏相关分子机制 目前，有许多研究者正在探索lncRNAs是否与OA相关，以期为研发OA治疗方法提供更加精准的靶点。2016年PEARSON等［10］利用基因测序技术在OA患者软骨细胞中检测出983种lncRNAs的表达，其中经过IL-1β刺激人软骨细胞后有125种lncRNAs出现特异性表达。ZHANG等［33］分析检测OA患者软骨组织，与正常人体软骨组织相比有990种lncRNAs表达出现异常，其中666种lncRNAs表达上调，324种lncRNAs表达下调。ZHANG等［34］在机械应激下IL-1β诱导大鼠软骨细胞形成OA表型，随后进行RNA测序，结果显示，与正常组比较，有1259种lncRNAs，88种miRNAs及5022种mRNAs出现表达异常。

随着lncRNA-miRNA-mRNA轴机制的明确及miR-34a在OA病理过程中作用机制的阐明，lncRNAs与miR-34a在OA中的相互作用机制更加值得研究。在体外实验中，张刚［35］收集行人工全膝关节置换术的OA患者软骨组织，分离并培养出软骨细胞，与正常组软骨细胞相比，lncRNA UFC1在OA患者软骨细胞中表达明显下降，后续细胞实验亦表明，lncRNA UFC1与miR-34a结合以

下调miR-34a表达水平，抑制MMP-3、MMP-9、MMP-13和ADAMTS-4的表达，从而缓解ECM降解进程，促进OA患者软骨细胞增殖并抑制其凋亡。NI等［36］抽取OA患者滑膜液并体外培养原代软骨细胞，分别使用lncRNA LUADT1慢病毒载体及miR-34a拟似物干预，结果表明，无论在OA患者滑膜液中或在受干预的软骨细胞中，lncRNA LUADT1表达下降，高表达lncRNA LUADT1能够海绵化吸收miR-34a，促进SIRT1表达从而抑制软骨细胞凋亡。TIAN等［37］收集OA患者膝关节软骨组织后分离培养软骨细胞并进行IL-1β刺激及细胞转染，经过一系列检测表明，lncRNA SNHG7转染组可以抑制miR-34a-5p的表达而上调滑膜细胞凋亡抑制剂1的表达，这证实在OA中lncRNA SNHG7通过miR-34a-5p调控软骨细胞凋亡。ZHANG等［38］从OA患者中收集滑膜液及培养人软骨细胞，进行细胞转染干预等实驗，结果表明，在滑膜液中lncRNA SNHG9的表达水平下降，miR-34a表达水平上调，在软骨细胞实验中证实过表达lncRNA SNHG9通过下调miR-34a表达并促进其甲基化而抑制软骨细胞凋亡。

3 小結与展望

lncRNAs与miRNAs间相互作用的分子机制已成为OA病理机制研究中的热点之一，目前较多实验研究证明miR-34a的上调与OA软骨退变破坏相关。本文以miR-34a为切入点，探讨lncRNAs是否靶向miR-34a以调控OA软骨破坏。然而lncRNAs在OA中特异性表达较多，目前确定与miR-34a相关的lncRNAs仅包括上述4种，且只是通过基因测序技术及体外实验证实，lncRNAs抑制miR-34a表达而影响相关信号通路或因子表达以减轻OA软骨破坏的具体机制尚未有深入研究，未来随着科技进步及高效先进检测技术的涌现，不仅会通过更多的体内外实验阐明上述lncRNAs靶向miR-34a影响OA软骨破坏的分子机制，还会明确更多与miR-34a相互作用的lncRNAs，为OA的诊断及治疗提供更精准的分子理论基础。

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收稿日期：2023-01-02；修回日期：2023-02-20