羅環(huán)宇， 任飛龍， 劉蒼維， 閆廣興，胡 月， 郝新青， 史 冊， 孫宏晨,2

（1. 吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院病理科，吉林 長春 130021；2. 中國醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)學(xué)院，遼寧 沈陽 110002）

骨質(zhì)疏松（osteoporosis，OP）是骨代謝失衡導(dǎo)致的以骨量下降為特征的骨代謝性疾病[1]。 衰老被認為是骨質(zhì)疏松最重要的原因之一，衰老性骨質(zhì)疏松表現(xiàn)為骨量明顯下降而骨髓脂肪增加[2]。 隨著年齡的增長，骨髓間充質(zhì)干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells， BMSCs）成骨向分化減少而成脂向分化增加[3]。 因此，如何提高BMSCs 的成骨向分化，抑制其成脂向分化，可能為老年人骨質(zhì)疏松的預(yù)防和治療提供新的方向。 本文就參與BMSCs 的成骨和成脂向分化的microRNA 做一綜述。

1 MicroRNA 概述

MicroRNA 是一類內(nèi)源性、 非編碼的單鏈小RNA，其長度為19～25 個核苷酸，由1 段具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的長度為70～80 個核苷酸的單鏈RNA 前體（pre-miRNA）剪切后生成，并且在各個生物種屬間具有高度的進化保守性[4-5]。 MicroRNA 參與細胞的增殖、分化、凋亡等多種過程，從而調(diào)控生物體各項基本生命活動， 但是microRNA 本身并不編碼蛋白質(zhì)，其對生物體基本生命活動的調(diào)控主要通過在蛋白水平抑制靶基因的翻譯或在轉(zhuǎn)錄水平誘導(dǎo)靶基因信使RNA（mRNA）的降解來實現(xiàn)[6]。

2 MicroRNA 參與調(diào)控BMSCs 成骨和成脂向分化

BMSCs 是一類具有高度自我更新和多向分化潛能的成體干細胞群，在一定條件下具有向成骨細胞和脂肪細胞分化的能力，并且在二者之間保持動態(tài)平衡，從而維持骨代謝平衡[7]。 骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等多種信號通路和轉(zhuǎn)錄因子參與了BMSCs 成骨和成脂分化過程，這種效應(yīng)可能通過轉(zhuǎn)錄因子的激活，上調(diào)能引起特定細胞類型分化的基因表達而發(fā)生[8]。 而microRNA可通過影響這些信號通路和轉(zhuǎn)錄因子，來調(diào)控BMSCs 成骨和成脂向分化過程。

2.1 MicroRNA 調(diào)控BMSCs 成骨向分化

Runt-related transcription factor 2 （RUNX2）和ostrix（OSX）是BMSCs 向成骨細胞分化過程中的特異性轉(zhuǎn)錄因子， 在BMSCs 成骨向分化的各個階段發(fā)揮作用[9-10]。一些非成骨細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子如遠端缺失同源異型盒蛋白5 （distal-less homebox 5，DLX5）也參與成骨分化[11]。

MicroRNA 通過影響成骨相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子及信號通路等途徑在BMSCs 成骨分化過程中發(fā)揮作用。 例如，microRNA 可直接靶向抑制RUNX2的表達水平來抑制成骨， 也可通過抑制RUNX2基因表達的負調(diào)控蛋白如組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）等間接促進RUNX2的表達，從而促進成骨[12]。 Deng 等[13]通過體外培養(yǎng)人的BMSCs，證明了miRcroRNA-23b（miR-23b）可以直接與RUNX2的mRNA 結(jié)合，抑制RUNX2的表達，從而抑制BMSCs 的成骨向分化。 同時，通過小鼠體內(nèi)外實驗也得到了一致的結(jié)論，過表達miR-23b 可以使小鼠BMSCs 中堿性磷酸酶 （alkaline phosphatase，ALP）等成骨相關(guān)標志蛋白水平下調(diào)，抑制其成骨向分化，導(dǎo)致小鼠體內(nèi)嚴重的骨丟失。史宏利等[14]通過分析多種microRNA 在人骨髓間充質(zhì)干細胞（hBMSCs）和小鼠骨組織中的表達差異， 證明miR-124-3p 可抑制小鼠和hBMSCs 成骨向分化。此外，microRNA 亦可通過其他途徑直接或間接影響B(tài)MSCs 成骨向分化。例如，miR-223 可靶向作用于脫氫還原酶3（dehydrogenase reductase 3，DHRS3），抑制視黃醇代謝（視黃醇的代謝產(chǎn)物對hBMSCs 成骨向分化起正向調(diào)控作用），從而抑制BMSCs 的成骨向分化[15]。

2.2 MicroRNA 參與調(diào)控BMSCs 成脂向分化

過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator activated receptors，PPARs） 和CCAAT-增強子結(jié)合蛋白（CCAAT/enhancer-binding proteins，C/EBPs）是BMSCs 成脂向分化過程中最重要的調(diào)控因子[16]。 其他轉(zhuǎn)錄因子如同源異型盒蛋白C8（homeobox protein Hox-C8， HOXC8）等也被證明參與調(diào)控BMSCs 的成脂向分化過程[17]。

MicroRNA 通過影響成脂分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及信號通路等途徑參與調(diào)控BMSCs 的成脂向分化。Karbiener 等[18]發(fā)現(xiàn)，在人脂肪細胞分化過程中，miR-27b 表達下調(diào)， 而過表達miR-27b 可抑制PPARG和CEBPA的表達水平； 熒光素酶報告實驗進一步證明miR-27b 通過與PPARGmRNA 特異性結(jié)合調(diào)控脂肪細胞分化。 miR-27 家族的另一成員——miR-27a 也可通過下調(diào)PPARγ 蛋白水平，從而抑制小鼠脂肪細胞的分化， 說明miR-27 家族可能是脂肪細胞分化的負調(diào)控因子[19]。 汪濤等[20]通過對hBMSCs 成脂分化過程中microRNA 和mRNA 表達水平及二者表達趨勢進行關(guān)聯(lián)分析， 證明miR-140-5p 可通過靶向促進白血病抑制因子受體（leukemia inhibitory factor receptor，LIFR）表達抑制hBMSCs 成脂向分化。

2.3 MicroRNA 雙向調(diào)控BMSCs 成骨和成脂向分化

一些microRNA 可以雙向調(diào)控BMSCs 的成骨和成脂向分化。例如，Lin 等[21]發(fā)現(xiàn)miR-130a 可通過負向調(diào)控Smurf2的表達促進BMSCs 的成骨向分化， 同時通過靶向Pparg抑制BMSCs 的成脂向分化。 Li 等[22]通過miR-149-3p 過表達和抑制實驗證明，miR-149-3p 可抑制小鼠BMSCs 成脂相關(guān)基因Cebpa、Cebpb和Pparg等的表達， 從而抑制BMSCs向脂肪細胞的分化， 同時上調(diào)Alp、Bglap和Bmp4等成骨相關(guān)基因表達， 促進BMSCs 向成骨細胞分化。 另外，Su 等[23]發(fā)現(xiàn)，miR-26a 抑制GSK3β 蛋白的翻譯，進而激活Wnt 信號，促進小鼠BMSCs 的成骨向分化；但是亦有報道顯示，在人BMSCs 向脂肪細胞分化過程中，miR-26a 水平也上調(diào)， 這表明miR-26a 在BMSCs 成骨和成脂向分化過程中發(fā)揮著更為復(fù)雜的作用[24]。

3 MicroRNA 參與調(diào)控年齡相關(guān)性BMSCs 成骨和成脂向分化

隨著年齡的增長，BMSCs 的功能發(fā)生改變，其成骨分化能力下降而成脂分化能力增強[25]。 MicroRNA已被證實是影響B(tài)MSCs 年齡相關(guān)性成骨和成脂分化的重要因素。Xu 等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-31a-5p 可通過抑制Satb2的表達來抑制大鼠BMSCs 成骨向分化，導(dǎo)致成骨活性下降、脂肪生成增多和衰老表型增加。MiR-188 也是BMSCs 年齡相關(guān)性成骨、成脂分化機制中的一個重要調(diào)控因子。 Li 等[27]發(fā)現(xiàn)衰老可誘導(dǎo)miR-188 的表達，后者可促進BMSCs 向脂肪細胞的分化， 而抑制其向成骨細胞的分化；miR-188 敲除后，老年小鼠骨丟失和脂肪堆積明顯降低，而對年輕小鼠的骨量影響較小， 這進一步證明了miR-188 在BMSCs 年齡相關(guān)性成骨和成脂分化轉(zhuǎn)換過程中的作用。Periyasamy-Thandavan 等[28]發(fā)現(xiàn)miR-141-3p 的表達水平隨年齡增長而逐漸增加， 過表達miR-141-3p可使人和小鼠BMSCs 成骨分化相關(guān)標志蛋白如BMP-2 和RUNX2 等水平下調(diào)。 綜上所述，年齡可使骨髓微環(huán)境中microRNA 改變， 后者可抑制BMSCs的成骨向分化，從而在衰老性骨質(zhì)疏松中發(fā)揮作用。

綜上所述，骨髓間充質(zhì)干細胞成骨和成脂向分化受到多種信號通路、轉(zhuǎn)錄因子及其他各種影響因素的綜合調(diào)控，構(gòu)成了一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 衰老引起的骨質(zhì)疏松與BMSCs 的成骨和成脂分化平衡密切相關(guān)。隨著對microRNA 的認識，我們發(fā)現(xiàn)其在調(diào)控BMSCs 向成骨和成脂分化方面的作用日漸深入，尤其是與年齡相關(guān)的成骨和成脂向分化，這有利于揭示衰老性骨質(zhì)疏松的發(fā)病機制， 并為其臨床治療提供理論依據(jù)和新的治療措施。