孫紅　張志奇　傅明

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. 綜述 Review .

長鏈非編碼 RNA 在骨關(guān)節(jié)炎與骨腫瘤領(lǐng)域的研究進展

孫紅張志奇傅明

【關(guān)鍵詞】RNA RNA；骨關(guān)節(jié)炎；骨腫瘤；基因表達調(diào)控；關(guān)節(jié)炎，類風濕；骨質(zhì)疏松；長鏈非編碼RNA

長鏈非編碼 RNAs （long noncoding RNAs，lncRNAs）是基因組的一種新型轉(zhuǎn)錄本，lncRNAs 的發(fā)現(xiàn)是分子生物學、表觀遺傳學和基因組學等領(lǐng)域的重要研究進展。盡管 lncRNAs 幾乎無蛋白質(zhì)編碼功能，但大量研究證據(jù)表明，lncRNAs 調(diào)節(jié)失常、表達紊亂可導(dǎo)致腫瘤、免疫和神經(jīng)功能失調(diào)等疾病發(fā)生［1］。近來也有證據(jù)提示，表觀遺傳調(diào)控在骨與關(guān)節(jié)疾病如骨關(guān)節(jié)炎、骨腫瘤、類風濕性關(guān)節(jié)炎等發(fā)生中具有重要作用［2-3］。雖然目前在骨與關(guān)節(jié)疾病中發(fā)現(xiàn)多種 lncRNAs 表達水平發(fā)生了改變，但僅有少部分lncRNAs 功能被闡明。這部分成果初步解釋了 lncRNAs 在骨與關(guān)節(jié)疾病發(fā)生中的一些重要功能和分子機制，為今后的研究提供了線索。筆者結(jié)合當前國內(nèi)外 lncRNAs 研究現(xiàn)狀，圍繞 lncRNAs 的生物學功能以及與骨與關(guān)節(jié)疾病相關(guān)性綜述如下。

一、lncRNAs 概述

1. lncRNAs 的生物學特征：lncRNAs 是一類轉(zhuǎn)錄本長度＞200 nt 的非編碼 RNA，占據(jù)了人類非編碼 RNA 的絕大部分。眾多因素參與 lncRNAs 的表達調(diào)控，可在多種刺激諸如基因組 DNA 損傷、環(huán)境寒冷等因素誘導(dǎo)下表達［4-5］。lncRNAs 可位于細胞核內(nèi)和細胞質(zhì)中，其二級結(jié)構(gòu)賦予了它們具有結(jié)合 DNA、RNA 以及蛋白質(zhì)特性［6］。lncRNAs 分子之間序列保守性較差，但它們作用的分子模式卻相似，包括信號、誘餌、引導(dǎo)及支架等［7］。

2. lncRNAs 的作用機制：lncRNAs 可在多個水平參與基因表達調(diào)控，具體作用機制包括：（1） lncRNAs 參與染色質(zhì)表觀修飾［8］，通過改變?nèi)旧|(zhì)甲基化水平、組蛋白乙?；揎椪{(diào)控靶基因表達［9-10］；（2） lncRNAs 可直接結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子或與轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用，在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄［11-12］。lncRNAs 還能誘導(dǎo)基因快速活化，促發(fā)細胞轉(zhuǎn)錄程序，從而加速轉(zhuǎn)錄進程［13］；（3） lncRNAs 還可參與轉(zhuǎn)錄后修飾，包括降解 mRNA 以及參與 mRNA 選擇性剪接等過程［14-15］；（4） 在翻譯水平，lncRNAs 可參與調(diào)節(jié)多聚核糖體的形成［16］，還能與結(jié)合真核生物翻譯起始因子［17］；（5） lncRNAs 還參與翻譯后水平調(diào)控，如蛋白質(zhì)的泛素化修飾過程［18］。

二、lncRNAs 與骨關(guān)節(jié)炎

關(guān)節(jié)軟骨退化是骨關(guān)節(jié)炎 （osteoarthritis，OA） 特征性病變［19］，軟骨細胞異常代謝又是軟骨退化核心環(huán)節(jié)，而研究表明 lncRNAs 與軟骨細胞代謝、軟骨分化關(guān)系密切［20-21］。目前，有關(guān) lncRNAs 參與 OA 軟骨病理改變的研究相對較少，但這些研究都提示兩者存在相關(guān)性。本研究小組利用高通量基因芯片技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié) OA 軟骨組織 lncRNAs 表達譜發(fā)生了改變，有 3007 種 lncRNAs 表達上調(diào)，有 1707 種表達下調(diào)［22］。Xing 等［23］研究結(jié)果也同樣提示 OA 軟骨組織中 lncRNAs 存在差異性表達。

1. MEG3 母系表達基因 3：（maternally expressed gene 3，MEG3） 是一種母系表達的 lncRNA，可以通過抑制腫瘤血管形成而起到抑癌效應(yīng)，在腫瘤細胞中表達缺失。諸多研究證實滑膜組織血管形成與 OA 進程密切相關(guān)，抑制血管形成可成為一種減輕 OA 炎癥和疼痛的治療方式［24］。在 OA 關(guān)節(jié)軟骨中，MEG3 表達量下降，而血管內(nèi)皮生長因子 （VEGF） 表達升高。Su 等［25］進一步研究發(fā)現(xiàn)，MEG3表達量與 VEGF 呈負性相關(guān)，提示 MEG3 可能通過調(diào)控血管形成參與OA進程。

2. H19 印記基因：H19 編碼長 2.3 kb 的產(chǎn)物，在胚胎形成過程高表達，至出生后表達下降［26］。大量研究證實，H19 在腫瘤疾病進程中起著重要作用，可作為一種診斷腫瘤的生物標識［27］。另外，一些研究還表明 H19 與 OA 相關(guān)。Xing 等［23］采用 RT-PCR 證實 OA 軟骨組織中 H19 表達上調(diào)，Steck 等［28］發(fā)現(xiàn)在炎癥因子 IL-β 和 TNF-α 刺激下，軟骨細胞 lncRNA-H19 以及它的剪切產(chǎn)物 miRNA-675表達受到抑制。而在低氧條件下，LncRNA-H19 和miRNA-675 表達上升。上述結(jié)果表明，LncRNA-H19 與軟骨細胞代謝密切相關(guān)，可作為反應(yīng)軟骨細胞代謝水平的標志。

3. GAS5 （Growth Arrest-Specific 5）：GAS5 是一種能負性調(diào)節(jié)細胞生長的 lncRNA 分子，在細胞缺乏營養(yǎng)或生長因子時表達上調(diào)。當細胞處于饑餓狀態(tài)時，GAS5 可通過調(diào)控糖皮質(zhì)激素受體轉(zhuǎn)錄活性，進而影響細胞存活和代謝活動［29］。Xing 等［23］證實 GAS5 在 OA 軟骨細胞中表達上升，GAS5 高表達不僅能促進 MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13 等金屬蛋白酶以及蛋白聚糖酶 ADAMTS-4 表達，還能抑制自噬途徑及促進軟骨細胞凋亡，從而引起關(guān)節(jié)軟骨破壞［30］。

4. LncRNA-CIR （cartilage injury-related lncRNAs）：Liu 等［31］采用高通量基因芯片分析發(fā)現(xiàn)，OA 關(guān)節(jié)軟骨細胞中存在 152 種差異表達 lncRNAs，其中有一種與軟骨損傷相關(guān)的 lncRNA 稱之為 lncRNA-CIR （cartilage injuryrelated lncRNAs）。體外給予軟骨細胞 IL-1β 和 TNF-α 刺激，lncRNA-CIR 表達上升。siRNA 沉默 lncRNA-CIR 能促進膠原和蛋白聚糖形成，并且能抑制細胞外基質(zhì)降解酶類如 MMP13、ADAMTS5 表達。相反，過表達 lncRNACIR 可抑制膠原和蛋白聚糖形成以及促進細胞外基質(zhì)降解酶類表達。這一研究事實說明 lncRNA-CIR 能夠引起細胞外基質(zhì)降解，從而在 OA 進程中發(fā)揮重要的作用。

三、lncRNAs 與骨肉瘤

在 lncRNAs 與惡性腫瘤的相關(guān)性研究中已積累大量證據(jù)，一些研究正試圖探究 lncRNAs 與骨肉瘤關(guān)系。微陣列分析證實 lncRNAs 在骨肉瘤組織和細胞系中存在差異表達［32-33］，差異表達的 lncRNAs 在骨肉瘤細胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程中發(fā)揮重要作用［34-36］。

1. PACER （P50-associated cyclooxygenase-2 extragenic RNA）：PACER 在骨肉瘤組織和細胞系中均過表達，敲除PACER 可抑制骨肉瘤細胞增殖和侵襲。cyclooxygenase-2 （Cox-2） 與炎癥、癌癥相關(guān)，而 PACER 控制著 Cox-2 基因的開或關(guān)［37］。深入研究發(fā)現(xiàn)，PACER 即是通過激活Cox-2 基因進而促進骨肉瘤細胞增殖、轉(zhuǎn)移［38］。

2. ODRUL （osteosarcoma doxorubicin-resistance related unregulated lncRNA）：Zhang 等［39］發(fā)現(xiàn) ODRUL 在多柔比星敏感的骨肉瘤細胞系中表達下降，而在耐多柔比星骨肉瘤細胞系中表達上升；抑制 ODRUL 表達不僅能抑制骨肉瘤細胞增殖、遷移，還能部分抵消多柔比星耐藥性；當ODRUL 被敲除后，與耐藥有關(guān)的 ATP 結(jié)合子亞家族 B1基因 （ABCB1） 表達受到抑制。提示，ODRUL 很可能通過誘導(dǎo)經(jīng)典的多藥耐藥相關(guān) ABCB1 基因表達，從而抵抗多柔比星抑瘤作用。

3. MALAT1：MALAT1 是一種腫瘤相關(guān)的 lncRNA，在人骨肉瘤組織中過表達且表達水平與骨肉瘤肺轉(zhuǎn)移能力呈正相關(guān)［40］。進一步研究證實 MALAT1 是通過 PI3K / AKT 信號通路促進骨肉瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移，敲除或下調(diào)MALAT1 可抑制其增殖、侵襲以及轉(zhuǎn)移［40-41］。MALAT1 可作為一種生物標志預(yù)測腫瘤轉(zhuǎn)移以及疾病預(yù)后［42］。

四、lncRNAs 與其它骨與關(guān)節(jié)疾病

1. lncRNAs 與類風濕關(guān)節(jié)炎：有新的證據(jù)指出lncRNAs 與類風濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)生相關(guān)［43］。Spurlock 等［44］證實，類風濕關(guān)節(jié)炎患者血液中 lincRNA-p21 低于正?；A(chǔ)水平，而 NF-κB 活性高于正?；A(chǔ)水平。當使用低劑量MTX 藥物治療后，血液中 lincRNA-p21 含量上升，NF-κB活性下降。進一步研究提示，MTX 通過一種 DNA 依賴蛋白激酶催化亞單位依賴途徑上調(diào) lincRNA-p21 表達，進而通過此途徑降低 NF-κB 活性。

2. lncRNAs 與椎間盤退行性變：lncRNAs 在椎間盤退行性變過程中也具有重要作用。Wan 等［45］應(yīng)用基因芯片分析的結(jié)果提示，在椎間盤退變樣本中有 1168 種lncRNAs 差異性表達，功能分析表明這些 lncRNAs 主要與細胞遷移以及磷酸化有關(guān)。其中，lncRNA-RP11-296A18.3 與 Fas 相關(guān)蛋白因子 1 （Fas-associated protein factor-1，F(xiàn)AF1） 表達相關(guān)，RP11-296A18.3 表達上調(diào)可導(dǎo)致 FAF1 分子過表達，后者引起椎間盤細胞異常凋亡，從而促進椎間盤退行性變。

3. lncRNAs 與骨質(zhì)疏松：Tong 等［46］發(fā)現(xiàn)骨密度降低患者血液單核細胞中 lncRNA-DANCR 表達顯著上調(diào)。進一步研究表明，DANCR 可在轉(zhuǎn)錄水平及翻譯水平促進IL-6 和 TNF-α 表達，siRNA 敲除 DANCR 能減少絕經(jīng)后骨密度降低女性血液單核細胞中 IL-6 和 TNF-α 含量。而DANCR 高表達的血單個核細胞可通過分泌 IL-6 和 TNF-α促進骨吸收作用，進而參與骨質(zhì)疏松病理進程。因此，研究者認為，DANCR 可能是一種絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的生物標志。

五、結(jié)語及展望

隨著研究的深入，lncRNAs 在細胞內(nèi)具有重要作用的觀點已被廣泛接受。越來越多的證據(jù)表明 lncRNAs 并不再是轉(zhuǎn)錄過程中的“噪音”，而是能在染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后及翻譯等多個水平調(diào)控基因表達的重要分子。目前對 lncRNAs 的研究尚處于初級探索階段，但仍然發(fā)現(xiàn)了眾多 lncRNAs 與骨與關(guān)節(jié)疾病發(fā)病密切相關(guān)。總的來說，當前研究僅初步揭示了 lncRNAs 在少部分骨與關(guān)節(jié)疾病中的作用及分子機制。由于 lncRNAs 在機體分布的廣泛性，lncRNAs 很有可能和眾多骨與關(guān)節(jié)疾病存在相關(guān)性，而相關(guān)的證據(jù)還有待探尋。隨著研究方法不斷更新和研究工作的深入，lncRNAs 在骨與關(guān)節(jié)疾病進程中所扮演的角色將會逐步清晰。

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（本文編輯：李貴存）

Research progress in the correlation between long non-coding RNAs and bone and joint disease

SUN Hong，ZHANG Zhi-qi， FU Ming. Department of Joint Surgery， the first Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University，Guangzhou， Guangdong， 510080， PRC

【Abstract】Long noncoding RNAs （lncRNAs） are the vast majority of noncoding RNAs in mammalian genome. Long noncoding RNAs are involved in gene expression via chromatin remodeling， transcriptional and post transcriptional regulation. Recently， aggregated studies indicate that plenty of lncRNAs in bone and joint disease are differently expressed and deeply involved in many pathological changes. In this review， we focus on the molecular mechanisms of lncRNAs and the role of lncRNAs in the pathogenesis of bone and & joint disease.

【Key words】RNA RNA； Osteoarthritis； Bone neoplasms； Gene expression regulation； Arthritis，rheumatoid； Osteoporosis； Long noncoding RNA

DOI：10.3969/j.issn.2095-252X.2016.05.017中圖分類號：R738.1， R681.3

基金項目：國家自然科學基金項目 （81572171）

作者單位：510080 廣州，中山大學附屬第一醫(yī)院關(guān)節(jié)外科

通信作者：傅明，Email: ming_fu@126.com

Corresponding author:FU Ming， Email：ming_fu@126.com

收稿日期：（2015-11-26）