miRNA與LncRNA相互作用在骨關(guān)節(jié)炎中的作用

依日夏提·艾海提 許鵬

骨關(guān)節(jié)炎(OA)是以關(guān)節(jié)軟骨退行性變、軟骨下骨硬化及骨質(zhì)增生為主要特點(diǎn)的慢性退行性關(guān)節(jié)病變。OA受年齡、性別、外傷史、肥胖、遺傳及關(guān)節(jié)畸形等多重因素影響[1]。OA發(fā)病機(jī)制尚不明確，目前認(rèn)為OA中關(guān)節(jié)軟骨退變是由于軟骨細(xì)胞數(shù)量減少，細(xì)胞因子及生長(zhǎng)因子刺激軟骨細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)降解所致[2]。隨著關(guān)節(jié)軟骨的破壞，患者出現(xiàn)關(guān)節(jié)疼痛、僵硬，最終喪失活動(dòng)能力。早期藥物緩解癥狀和中晚期關(guān)節(jié)置換術(shù)是OA的主要治療手段[3]。然而，這些治療方法都存在缺陷和不良反應(yīng)。因此，探索OA發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制對(duì)于OA早期診斷標(biāo)志物和生物治療靶點(diǎn)研究至關(guān)重要。

1 LncRNA

人類基因轉(zhuǎn)錄組不僅包括蛋白質(zhì)編碼的mRNA，還包括大量具有調(diào)節(jié)功能或功能未知的非編碼RNA(ncRNA)[2]。其中，長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)是一種長(zhǎng)度>200 nt且異構(gòu)的RNA轉(zhuǎn)錄體，缺少有效開放性閱讀框(ORF)，不編碼蛋白質(zhì)的RNA分子。LncRNA生物化學(xué)特性與mRNA相似[4]，受RNA聚合酶Ⅱ催化轉(zhuǎn)錄合成，被剪接和聚腺苷化，5’段有甲基鳥苷[5]。它主要分布于細(xì)胞核，少量存在于細(xì)胞質(zhì)中[6]。LncRNA通常分為5類：正義、反義、雙向、基因內(nèi)及基因間LncRNA[7]。

LncRNA 作為人類基因組中一類重要的表觀遺傳調(diào)控因子，以RNA形式通過表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多種層面調(diào)控DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質(zhì)重構(gòu)，使基因沉默或激活[8]。

LncRNA在轉(zhuǎn)錄水平主要影響mRNA生成，也可作為共因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠神經(jīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子DLX-5/6部分超保守遠(yuǎn)端增強(qiáng)子區(qū)可轉(zhuǎn)錄出1條LncRNA-Evf2，后者可與lx-2形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，誘導(dǎo)鄰近Dlx-5/6基因表達(dá)[9]。

LncRNA可直接調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯。Liu等[10]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA β分泌酶1反義轉(zhuǎn)錄物(BACE1-AS)是β位點(diǎn)淀粉樣前體蛋白裂解酶1(BACE1)分子反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，并與BACE1 mRNA序列互補(bǔ)結(jié)合，增強(qiáng)后者穩(wěn)定性，促進(jìn)BACE1蛋白在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)，從而參與阿爾斯海默癥發(fā)生發(fā)展。

LncRNA參與廣泛的表觀遺傳過程，包括X-染色體失活、基因組印記、細(xì)胞增殖和凋亡[5]及抗體多樣性發(fā)生過程中基因組重排。X-染色體失活的選擇和起始發(fā)生在胚胎發(fā)育早期，是一種反義鏈轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式，其中X-失活特異性轉(zhuǎn)錄本(Xist)研究最廣泛。Zhao等[11]研究發(fā)現(xiàn)，Xist中LncRNA重復(fù)A(RepA)能直接靶向起始復(fù)合體(PRC2)，RepA通過招募PRC2至X染色體，促進(jìn)X染色體失活的啟動(dòng)和傳播。

2 miRNA

微小RNA(miRNA)是一類長(zhǎng)度18～25 nt且無ORF的非編碼短序列RNA，廣泛存在于真核生物中[12]。隨著研究的深入，miRNA成熟過程及其功能研究已逐漸明確。miRNA與靶mRNA的3’UTR之間形成不完全的堿基互補(bǔ)配對(duì)，可抑制靶mRNA表達(dá)；miRNA與靶mRNA之間完全互補(bǔ)配對(duì)，引起靶mRNA降解[13]。miRNA在人類生命活動(dòng)的病理生理過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，如病毒防御，細(xì)胞增殖和凋亡，腫瘤發(fā)生、侵襲和遷移等[8]。研究表明，miRNA對(duì)于維持軟骨內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有重要作用[14]。OA患者軟骨細(xì)胞與正常人軟骨細(xì)胞miRNA表達(dá)存在顯著差異，引起軟骨細(xì)胞合成與分解代謝失衡，從而導(dǎo)致OA發(fā)生發(fā)展[1]。這些差異表達(dá)的miRNA可能可作為OA的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物或靶向治療潛在靶點(diǎn)。

3 LncRNA與miRNA相互作用

不同種類的ncRNA可能在功能上具有關(guān)聯(lián)性。在生理和病理?xiàng)l件下，它們的相互作用可對(duì)細(xì)胞表型進(jìn)行調(diào)節(jié)[15]。

3.1 LncRNA對(duì)miRNA的調(diào)控作用

LncRNA可通過競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA(ceRNA)作用，作為 “miRNA分子海綿”抑制miRNA表達(dá)。LncRNA與miRNA之間主要通過miRNA應(yīng)答元件(MRE)進(jìn)行調(diào)控。LncRNA假基因PTENP1通過PTENP1-miRNA-PTEN的ceRNA網(wǎng)絡(luò)調(diào)控PTEN基因表達(dá)，從而在多種惡性腫瘤中發(fā)揮其抑癌作用。在胃癌細(xì)胞中，PTENP1可通過“誘捕”miR-106b和miR-93，調(diào)節(jié)抑癌基因PTEN表達(dá)[16]。

LncRNA可以通過細(xì)胞內(nèi)剪切作用作為miRNA的前體物質(zhì)[17]。在胃癌細(xì)胞中，LncRNA H19為miRNA-675的前體物質(zhì)，而miRNA-675高表達(dá)能抑制轉(zhuǎn)錄因子RUNX1表達(dá)水平，促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、遷移，抑制胃癌細(xì)胞凋亡[18]。

LncRNA可與miRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合mRNA。LncRNA通過與miRNA競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合靶mRNA的3’UTR，間接抑制miRNA對(duì)靶基因的負(fù)向調(diào)控[17]。在神經(jīng)系統(tǒng)中正常生理水平的BACE1蛋白對(duì)認(rèn)知、情緒及突觸功能和周圍神經(jīng)髓鞘化至關(guān)重要[19]。Faghihi等[20]在體外實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，mir-485-5p和BACE1-AS在BACE1 mRNA轉(zhuǎn)錄本的第6外顯子上有1個(gè)共同的結(jié)合位點(diǎn)，BACE1-AS能競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合BACE1 mRNA，從而減少mir-485-5p對(duì)BACE1 mRNA的抑制作用。

3.2 miRNA對(duì)LncRNA的調(diào)控作用

LncRNA生物學(xué)特性與mRNA相似，轉(zhuǎn)錄成熟過程(包括RNA剪接、編輯)也與mRNA類似，成熟的LncRNA通常加帽，存有Poly-A，即有 5’ UTR和 3’UTR[18]，miRNA可通過調(diào)節(jié)LncRNA啟動(dòng)子區(qū)甲基化調(diào)控LncRNA表達(dá)。

4 LncRNA與miRNA相互作用在OA中的作用

OA軟骨細(xì)胞中LncRNA與miRNA相互作用可調(diào)控OA發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵基因，從而決定軟骨損傷程度。研究表明，OA患者LncRNA與miRNA的相互作用能發(fā)揮重要作用(表1)。

4.1 調(diào)控軟骨細(xì)胞增殖與凋亡

在OA軟骨細(xì)胞中，LncRNA與miRNA相互作用能調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞合成與分解代謝。Li等[23]進(jìn)行MS2核酸免疫共沉淀、熒光素酶活性和AGO2抗體核酸免疫共沉淀等試驗(yàn)，證實(shí)LncRNA PVT1基因可負(fù)調(diào)控軟骨細(xì)胞miR-488-3p，抑制miR-488作用于靶基因ZIP-8，促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡。在機(jī)械應(yīng)力刺激下，軟骨細(xì)胞LncRNA MSR、TMSB4假基因表達(dá)顯著升高。在OA軟骨細(xì)胞中TMSB4能間接誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重塑和MMP產(chǎn)生。因此，LncRNA MSR可通過與miRNA-152競(jìng)爭(zhēng)調(diào)控軟骨細(xì)胞TMSB4表達(dá)。LncRNA MSR是OA軟骨細(xì)胞退變的啟動(dòng)因子[7]。

LncRNA生長(zhǎng)抑制特異物5(GAS5)是許多核仁小RNA(snoRNA)的宿主，作為非編碼RNA，它能夠發(fā)揮抑制腫瘤的作用[34]。在GAS5過表達(dá)軟骨細(xì)胞中，MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13和ADAMTS-4等表達(dá)水平顯著升高，并通過抑制包括BCLN-1、ATG7和LC-3B在內(nèi)的自噬復(fù)合物表達(dá)水平抑制軟骨細(xì)胞自噬反應(yīng)[25]，因此GAS5表達(dá)水平增高能促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Xu等[33]用白細(xì)胞介素(IL)-1刺激雄性SD大鼠膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)LncRNA MEG3基因表達(dá)顯著下調(diào)。有學(xué)者使用RNAi技術(shù)特異性敲減軟骨細(xì)胞中LncRNA MEG3基因，發(fā)現(xiàn)凋亡相關(guān)蛋白Bax和Bcl2表達(dá)水平降低，證實(shí)LncRNA MEG3與miR-16 ceRNA作用可調(diào)節(jié)SMAD7表達(dá)，發(fā)揮其抗軟骨細(xì)胞增殖和促凋亡作用。OA軟骨細(xì)胞中LncRNA SNHG5基因表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖和遷移[28]。與之相反，LncRNA UFC1基因過表達(dá)可通過ceRNA作用抑制miR-34a表達(dá)，促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖，抑制軟骨細(xì)胞凋亡[29]。

4.2 調(diào)控軟骨ECM合成與降解

在OA進(jìn)展過程中，軟骨細(xì)胞數(shù)量減少伴隨著ECM降解，LncRNA與miRNA相互作用在OA軟骨ECM降解過程中起至關(guān)重要的作用。在OA軟骨細(xì)胞中LncRNA CIR和LncRNA UCA1表達(dá)均升高，兩者分別與miR-27b和mir-204-5p通過ceRNA作用負(fù)性調(diào)節(jié)MMP-13表達(dá)，促進(jìn)軟骨ECM降解[21-25]。

表1 OA中LncRNA與miRNA相互作用關(guān)系及其作用

Steck等[7]在OA患者軟骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)LncRNA H19表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)ECM合成，此外H19編碼的mir-675可能通過1個(gè)尚未被識(shí)別的靶分子調(diào)節(jié)Ⅱ型膠原水平。因此，LncRNA H19/miR-675表達(dá)上調(diào)是OA軟骨細(xì)胞在凋亡過程中對(duì)ECM破壞的代償。

Park等[26]研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)OA軟骨細(xì)胞LncRNA Nespas可顯著提高軟骨細(xì)胞Ⅰ型膠原和MMP-13水平表達(dá)水平并降低Ⅱ型膠原表達(dá)水平，同時(shí)miR-291a-3p、miR-196a-5p、miR-23a-3p、miR-24-3p和let-7a-5p表達(dá)水平顯著降低，因此OA軟骨細(xì)胞中LncRNA Nespas與miR-291a-3p等可能通過ceRNA作用共同調(diào)節(jié)ACLS6表達(dá)以促進(jìn)OA病理進(jìn)程。

4.3 對(duì)OA滑膜細(xì)胞的影響

OA患者膝關(guān)節(jié)異常應(yīng)力或細(xì)胞因子異常分泌均可引起不同程度的滑膜增生與炎性改變。Kang等[31]研究發(fā)現(xiàn)，前列腺癌基因表達(dá)標(biāo)志物1(PCGEM1)在OA小鼠膝關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞表達(dá)增加?；ぜ?xì)胞中PCGEM1與miR-770通過ceRNA作用促進(jìn)滑膜細(xì)胞增殖。在滑膜細(xì)胞中，miR-181c能抑制OPN表達(dá)，OPN能調(diào)節(jié)MMP-13、IL-6和IL-8等炎癥因子。在OA滑膜細(xì)胞中，LncRNA NEAT1通過與miR-181c的ceRNA作用促進(jìn)OPN表達(dá)和IL-6、IL-8等炎癥因子釋放，促進(jìn)滑膜增殖[30]。

4.4 對(duì)OA成軟骨細(xì)胞的影響

Wang等[32]通過LPS刺激ADTC5細(xì)胞以體外模擬OA發(fā)生過程，發(fā)現(xiàn)LncRNA MEG3通過調(diào)節(jié)miR-203表達(dá)來減輕LPS對(duì)ADTC5細(xì)胞的炎癥損傷。CXCR4作為miR-301a的靶基因，其沉默可阻斷LPS激活的核因子(NF)-κB和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號(hào)通路，緩解OA軟骨炎癥反應(yīng)。有研究使用LPS刺激ATDC5細(xì)胞，結(jié)果LncRNA RP11-445H22.4的表達(dá)顯著上調(diào)，LncRNA RP11-445H22.4可以與miR-301a直接結(jié)合，抑制LncRNA RP11-445H22.4同樣能顯著緩解LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷，因此猜測(cè)LncRNA RP11-445H22.4/miR-301a/CXCR4可能是OA潛在治療靶點(diǎn)[33]。

5 結(jié)語

LncRNA通過表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多種層面調(diào)控DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質(zhì)重構(gòu)，在骨和軟骨組織發(fā)育中起著關(guān)鍵作用[35]。目前已鑒定的功能性LncRNA數(shù)量有限，且LncRNA功能學(xué)研究尚處于起步階段，OA中LncRNA與miRNA其他相互作用方式尚待進(jìn)一步研究。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)LncRNA領(lǐng)域的探索不斷加深，可以預(yù)期的是，LncRNA與miRNA相互作用關(guān)系將會(huì)為OA發(fā)病機(jī)制提供新的思路，為OA治療提供新的靶點(diǎn)。