lncRNA在骨关节炎发病及病变机制中的可能作用

lncRNA在骨关节炎发病及病变机制中的可能作用

作者：林洁 叶锦霞 陈俊 付长龙 吴广文 来源：《风湿病与关节炎》2017年第08期

【摘 要】 骨关节炎是以软骨退变为核心病理特征、累及关节周围组织的一种关节病变。现代研究表明，lncRNA对骨关节炎病理变化起一定的作用。在总结大量文献的基础上发现，lncRNA可能从影响软骨细胞功能、软骨基质代谢、滑膜增生、新生血管生成方面调节骨关节炎病理变化。后续还需进一步研究和验证lncRNA对骨关节炎发病及病变的作用。 【关键词】 骨关节炎；lncRNA；病理变化；机制；探討

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种中老年人常见的关节病变，以软骨结构和功能的退变为核心病理特征，病位累及关节周围组织，是导致关节疼痛及功能活动受限的退行性病变[1]。OA的发病及具体病变机制尚不明确，随着基因网络的深入研究，非编码核糖核酸（RNA）作用不断被挖掘出来[2]，各类长链非编码RNA（lncRNA）被大量发现，其发挥的作用也引起人们广泛关注，lncRNA在OA的病理过程中发挥重要的调节作

用[3]。本文以lncRNA为基点切入，探讨其OA病理变化的作用关键点及可能机制，以期为OA的防治及研究提供一个新方向。 1 lncRNA的生物学功能

lncRNA是长度在200～100 000个核苷酸之间的非编码RNA，其生物学来源广泛，大多数lncRNA具有mRNA样结构，包括甲基鸟苷帽子和多聚腺苷酸尾巴，不同于短链非编码RNA，lncRNA在一级序列保守性较低，但二级、三级结构保守性较高[4-6]。目前，IncRNA的分类标准尚不统一，可按生物学来源、转录物长度、与蛋白质编码RNA的相似程度、生物学功能进行分类[7]。随着基因芯片技术、高通量测序技术的发展，lncRNA的结构、种类、作用不断被揭示。在生物学功能方面，越来越多研究表明，lncRNA在生物体内广泛参与脱氧核糖核酸甲基化、染色质重塑、组蛋白修饰等过程，能直接或间接影响信使RNA、短链非编码RNA等分子的作用，在转录、转录后加工等多层面对基因进行，从而调节细胞分化、周期、新陈代谢等功能，以及肿瘤的发生发

展[8-10]。lncRNA在组织分化发育过程中，具有明显的时空表达特异性，在不同疾病中有其特征性的表达方式[11-12]。随着各项检测技术不断发展，包括lncRNA在内的基因“暗物质”的结构和功能不断被揭示，未来一定会在生物的生理病理机制研究中占据一定地位[13]。 2 OA的发病机制及病理改变

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OA的发病与力学、年龄、遗传等因素密切相关，病变部位涉及软骨、软骨下骨、关节滑膜、周围血管、肌肉等多处关节组成结构。关节软骨退变是OA发病的根本，也是启动其他病理进程的首要因素，软骨退变的直接原因在于软骨细胞和细胞外基质（ECM）的平衡被打乱，即软骨细胞减少、细胞外基质进行性降解。软骨细胞是软骨组织中的唯一细胞，其生理功能如凋亡、自噬、分泌等在软骨退变过程中发挥重要的作用。OA关节液中含有大量炎症因子，炎症因子进一步介导软骨基质降解，加剧软骨退变。此外，杨威等[14]研究认为，滑膜炎是驱动OA发生发展的因素之一，具体表现为滑膜细胞增生，产生大量积液、滑膜增厚且纤维化。Lingaraj等[15-16]研究认为，在OA病变早期，软骨下骨和滑膜中的血管明显增生，血管增生是造成滑膜炎、血管翳生长、骨和软骨破坏及骨赘形成的原因，局部关节血管内静脉淤血在OA的病理损害进程中发挥一定作用。 3 IncRNA影响OA发病的可能作用

OA的发病与lncRNA的关系十分密切，相对比正常软骨组织，OA关节软骨表达异常的lncRNA达到约125～4000余种[17-18]。此外，在关节软骨基质合成代谢、滑模炎症的产生、新生血管生成及软骨细胞自噬、凋亡等与OA发生发展有关的因素中，lncRNA起着重要的作用。

3.1 lncRNA调节软骨细胞功能 软骨细胞是软骨中的唯一细胞，分散于细胞外基质中，对维持软骨的完整性以及软骨的负重功能具有重要作用。软骨细胞功能退变是引起OA的重要因素，因此调节好软骨细胞增殖、凋亡、自噬、分泌等功能是OA预防和治疗的关键。整合素是一种介导细胞和其外环境之间连接的跨膜受体，发挥着信息传递的作用。整合素α1是软骨内成骨过程中的正调节蛋白，在软骨的生成和骨化过程中发挥重要的作用。Kim等[19] 发现，OA关节软骨中HOTTlP的表达上调、HoxAl3的表达下调，抑制了整合素α1的合成，促使关节软骨的破坏。研究发现[20]，OA软骨细胞中lncRNA GAS5的表达较正常软骨细胞明显上调，其与基质金属蛋白酶（MMPs）的分泌、细胞凋亡、细胞自噬有密切关系，该研究还认为lncRNA GAS5的调节作用与miR-21相关。Pearson等[17]通过研究发现，PACER、CILinc01、CILinc02在OA软骨细胞中表达明显异常，并认为其可能参与了软骨细胞的炎症反应过程。

3.2 lncRNA调节软骨基质代谢 ECM具有保护软骨细胞免受机械应力破坏的作用，其合成和分解代谢的动态平衡维持着正常关节的完整功能，而ECM代谢平衡依赖于各种细胞因子的调节。ECM降解的直接原因在于MMPs、聚蛋白多糖酶（ADAMTS）、MMPs组织抑制剂（TIMP）、成纤维细胞生长因子（FGF）-2、FGF-18、FGF-8等物质分泌异常[21]。作为合成性细胞因子之一，胰岛素样生长因子-2（IGF-2）能有效地促进软骨细胞的功能分化，调节细胞基质的合成[22]。lncRNA H19具有IGF-2表达的作用[23]，从而发挥对OA病理的作用。MMPs可以降解各种细胞外基质成分，如胶原蛋白、蛋白聚糖、纤连蛋白和层黏连蛋白等[24]。ADAMTS能明显降解蛋白聚糖核心蛋白[25]。Lin等[26]将lncRNA CIR沉默后发现，MMP-13和ADAMTS-5的表达明显下调，软骨组织中胶原蛋白和聚糖含量增多，基质降解酶

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含量降低。另一项研究中[27]，OA软骨细胞中lncRNA如HOTAIR、GAS5、PMS2L2、RP11-445H22.4、H19、CTD-2574D22.4的表达较正常软骨细胞明显上调，相应地，OA细胞中MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13、ADAMTS-4等多种蛋白酶表达明显较正常软骨细胞增多，说明lncRNA参与ECM代谢调节。

3.3 lncRNA调节滑膜细胞功能 滑膜的增生、分泌炎症介质和软骨降解酶是OA病程继续发展的重要因素，滑膜炎始终参与OA病理过程[28]。Kang等[29]指出，前列腺基因表达印迹（PCGEM）1在OA滑膜细胞中的表达明显增多，过度表达的PCGEM1对滑膜细胞的作用包括抑制凋亡、减少自噬及促进增殖，此外PCGEM1还下调miR-770的表达水平，miR-770对滑膜细胞增殖有抑制作用，推測PCGEM1对于OA的病理过程具有一定调节作用。

3.4 lncRNA调节关节周围血管增生 随着病情的发展，OA的侵蚀性病变出现于滑膜和软骨或骨的交接处，此时滑膜细胞及新生血管数量增加，在持续分泌的各种炎症介质和细胞因子的作用下，导致关节进一步损坏。此外，因局部关节血管内静脉淤滞导致的高血压、高血凝及低纤溶等可能在OA的病理损害进程中发挥一定作用，故OA的发生发展与新生血管生成的关系十分密切。Su等[30]研究发现，与正常软骨组织相比较，OA关节软骨中lncRNA MEG3的表达明显下调，血管内皮生长因子（VEGF）蛋白及其信使RNA的表达明显上调，VEGF具有诱导血管新生的作用，故通过下调OA患者lncRNA MEG3的表达可能会抑制VEGF的表达，从而使关节周围血管增生受到抑制，达到延缓病程的作用。 4 小 结

综上所述，lncRNA作为调节基因表达的新研究热点，可能通过软骨细胞功能、软骨基质代谢、滑膜增生及周围新生血管生成等对OA的发病进程发挥关键的作用。后续可通过基因芯片测序、高通量测序技术积累大量lncRNA具有差异表达的数据，建立并完善lncRNA数据库。在上述基础上，大数据挖掘具有差异表达lncRNA，利用GeneOntology、KEGG PATHWAY database等数据库推测lncRNA与何种分子、蛋白密切相关。可借助基因敲除技术、RNA干扰技术、基因及蛋白检测技术，以体外软骨细胞、OA动物模型、OA患者为研究对象，进一步发现、验证lncRNA对OA发病及病理变化的影响，为OA的诊断、预后、防治等方面的研究奠定基础。 5 参考文献

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