彭莎 姚楠 宋敏 劉文剛 許學猛
【摘 要】 lncRNA-CIR在骨關(guān)節(jié)炎、骨肉瘤等骨相關(guān)疾病中有明顯差異性表達。lncRNA-CIR通過促進軟骨細胞外基質(zhì)降解,促進軟骨細胞凋亡,上調(diào)自噬水平,促進炎癥因子釋放等調(diào)控骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病。lncRNA-CIR可以調(diào)節(jié)骨肉瘤細胞增殖,其表達與骨肉瘤患者的疾病分期、遠處轉(zhuǎn)移和分化程度也明顯相關(guān),高表達提示預后不良。期待后期更加深入的研究,為骨相關(guān)疾病的治療和預防提供可靠的理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】 長鏈非編碼RNA-CIR;骨關(guān)節(jié)炎;骨肉瘤;骨相關(guān)疾病;研究進展;綜述
長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA。越來越多的研究表明,lncRNA參與調(diào)節(jié)疾病的病理、生理,包括自身免疫和代謝性疾病、神經(jīng)和肌肉疾病以及癌癥[1],因此,lncRNA是研究疾病治療的熱門靶點[2]。
LIU等[3]通過lncRNA微陣列芯片的方法檢測人的膝關(guān)節(jié)軟骨組織,發(fā)現(xiàn)了在骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)患者中異常表達的152個非編碼基因,通過定量PCR的方法證實了一個定位于RP11-162L10.1與軟骨損傷相關(guān)的lncRNA(lncRNA-CIR)的表達明顯上升。該lncRNA的密碼子替換頻率評分為低評分,提示其并不具備編碼蛋白的功能。深入的研究表明,lncRNA-CIR是波形蛋白的假基因產(chǎn)物,并且可能作為小干擾RNA(siRNA)下調(diào)波形蛋白的表達。波形蛋白是決定細胞硬度的一個重要因素,它的破壞可降低細胞的完整性[4]。波形蛋白結(jié)構(gòu)的改變與OA進程相關(guān),抑制波形蛋白的表達會導致細胞外基質(zhì)降解,加劇OA的發(fā)展[5]。因此,lncRNA-CIR可以抑制波形蛋白的表達,從而促進細胞外基質(zhì)降解,破壞關(guān)節(jié)軟骨的完整性,最終導致OA的發(fā)生[3]。另外,劉振峰等[6]研究發(fā)現(xiàn),相對于健康體檢者,OA患者外周靜脈血中l(wèi)ncRNA-CIR表達明顯升高,并且靶基因預測表明,lncRNA-CIR參與了OA發(fā)病。當前,lncRNA-CIR在OA和骨肉瘤等骨相關(guān)疾病中的研究越來越多,本文就lncRNA-CIR在骨相關(guān)疾病中的研究概況進行綜述。
1 lncRNA-CIR與OA
1.1 lncRNA-CIR與細胞外基質(zhì)降解 OA是一種以軟骨細胞減少、細胞外基質(zhì)降解、滑膜炎性增生為主要病理特征的疾病。軟骨細胞外基質(zhì)的合成和分解代謝之間存在著動態(tài)平衡,細胞外基質(zhì)的穩(wěn)定可以保護軟骨細胞減少凋亡。2014年LIU等[3]首次發(fā)現(xiàn)人OA軟骨的受損區(qū)域lncRNA-CIR的表達明顯增加,在人的OA軟骨細胞中通過siRNA方法沉默lncRNA-CIR表達,導致COL1、COL2、aggrecan的基因表達明顯增加,并且基質(zhì)金屬蛋白酶-13(MMP-13)與含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶5(ADAMTS5)的基因表達明顯減少;在正常人軟骨細胞中通過構(gòu)建質(zhì)粒的方法使lncRNA-CIR過表達,導致COL1、COL2、aggrecan的基因表達減少,而MMP-13與ADAMTS5的基因表達增加;因此,該實驗表明,lncRNA-CIR可以調(diào)控軟骨細胞外基質(zhì)的代謝,提示lncRNA-CIR可以作為治療OA的潛在靶點。
已有研究表明,在OA中miR-27b可以下調(diào)MMP-13,從而影響細胞外基質(zhì)降解[7],而lncRNA-CIR也可以影響細胞外基質(zhì)降解。因此,LI等[8]認為,lncRNA-CIR、MMP-13和miR-27b之間存在相互影響。經(jīng)過生物信息學分析預測lncRNA-CIR的靶點,發(fā)現(xiàn)miR-27b可能與lncRNA-CIR或者MMP-13以互補的形式結(jié)合。實驗發(fā)現(xiàn),在白細胞介素-1(IL-1)和腫瘤壞死因子-β(TNF-β)誘導軟骨細胞炎癥模型中,lncRNA-CIR、MMP-13表達明顯升高,miR-27b表達明顯降低。正常軟骨細胞轉(zhuǎn)染lncRNA-CIR質(zhì)粒增強其基因表達后,MMP-13基因和蛋白表達均明顯上升。用miR-27b的模擬物進行干預后發(fā)現(xiàn),MMP-13基因和蛋白表達均明顯下降;用siRNA抑制lncRNA-CIR的表達后,MMP-13基因和蛋白表達均明顯下降;經(jīng)過miR-27b抑制劑干預后,MMP-13基因和蛋白表達均明顯上升。該結(jié)果提示,lncRNA-CIR可以作為miR-27b的“海綿”,發(fā)揮競爭性抑制作用,引起miR-27b活性降低,最終導致其靶基因MMP-13表達升高。
1.2 lncRNA-CIR與細胞凋亡 OA患者軟骨細胞大多存在線粒體功能障礙,而線粒體功能障礙導致活性氧(ROS),如過氧化物、超氧化物、羥基自由基堆積于組織或細胞內(nèi)。當ROS產(chǎn)生超過細胞抗氧化劑清除的范疇時,就會出現(xiàn)氧化應(yīng)激狀態(tài)[9-10]。而過量ROS介導的氧化應(yīng)激可以直接破壞關(guān)節(jié)軟骨和軟骨細胞,并且誘導炎癥反應(yīng)[11]。
Bim是一種前凋亡基因,可以通過ROS依賴的通路引起細胞凋亡,比如該通路作用于缺血再灌注損傷。LU等[12]認為,lncRNA-CIR引起軟骨細胞外基質(zhì)降解的原因可能與軟骨細胞凋亡有關(guān),同時探討該凋亡與Bim的聯(lián)系。筆者通過生物信息學分析發(fā)現(xiàn),miR-130a可以以互補的方式與lncRNA-CIR或Bim[B細胞淋巴瘤-2(Bcl-2)細胞死亡的相互作用介質(zhì)]結(jié)合,在人OA軟骨細胞中miR-130a表達明顯下降,Bim、lncRNA-CIR表達明顯上升。在H2O2刺激的人軟骨細胞中,lncRNA-CIR表達明顯升高,炎癥因子IL-1和TNF-α表達水平也明顯升高。在軟骨細胞中抑制lncRNA-CIR的表達,Bim、ROS以及炎癥因子均顯著下降,并且明顯抑制了軟骨細胞凋亡。這些結(jié)果表明,lncRNA-CIR參與ROS積累、軟骨細胞炎癥和軟骨細胞凋亡,并與OA的發(fā)病機制有關(guān)。筆者繼續(xù)探討miR-130a與lncRNA-CIR的內(nèi)在聯(lián)系,在增強lncRNA-CIR的表達后,miR-130a在OA中表達減少。miR-130a通過直接與lncRNA-CIR和Bim的3'UTR結(jié)合降低了熒光素酶的相對活性,miR-130a模擬物處理的軟骨細胞中Bim的表達顯著降低,而miR-130a抑制劑處理的軟骨細胞中Bim的表達顯著增加,miR-130a的過表達顯著降低了軟骨細胞中ROS的產(chǎn)生、IL-1和TNF-α的釋放以及細胞凋亡。這些結(jié)果表明,lncRNA-CIR/miR-130a/Bim通路參與了OA發(fā)病中軟骨細胞的凋亡。
1.3 lncRNA-CIR與細胞自噬 自噬也是OA發(fā)病機制中的關(guān)鍵因素。自噬是細胞的一種保護機制,激活自噬可以修復線粒體功能受損保護細胞。在OA中通過提高自噬水平,可以修復線粒體功能紊亂,改善氧化應(yīng)激反應(yīng),降低軟骨細胞的AEGs、炎癥因子、細胞外基質(zhì)降解酶的表達,阻止其凋亡以及細胞外基質(zhì)降解保護軟骨細胞,從而延緩OA進程[13]。
WANG等[14]研究發(fā)現(xiàn),lncRNA-CIR與軟骨細胞自噬以及細胞外基質(zhì)降解有聯(lián)系。筆者觀察到人髖關(guān)節(jié)OA軟骨與正常髖關(guān)節(jié)軟骨相比,lncRNA-CIR、MMP-3表達以及自噬水平明顯升高,COL2A1表達明顯降低。在體內(nèi)實驗中,小鼠膝關(guān)節(jié)手術(shù)造模后的自噬水平明顯升高,沉默lncRNA-CIR后自噬水平明顯降低,并且改善了軟骨降解。值得一提的是,多數(shù)研究表明,在OA患者和OA動物模型中會出現(xiàn)軟骨自噬水平的明顯下降,促進自噬可以保護軟骨細胞[15-18];然而,該研究在體內(nèi)外證實了在OA的發(fā)病中l(wèi)ncRNA-CIR表達和自噬水平都出現(xiàn)明顯升高,這與以往的報道結(jié)果相反,因此很有必要進行深入研究。
2 lncRNA-CIR與骨肉瘤
骨肉瘤是最常見的非血液惡性腫瘤疾病,常在15~19歲青少年發(fā)作,且具有高度侵襲性和系統(tǒng)轉(zhuǎn)移性,病變部位以長骨端的生長板為主。盡管常病發(fā)于長骨端,但在骨頭的其他部位均可見。原位性骨肉瘤五年生存率為80%,轉(zhuǎn)移性骨肉瘤生存率只有15%~30%[19]。骨肉瘤的發(fā)病因素是基因和環(huán)境,目前對骨肉瘤的治療包括手術(shù)、放療和化療,但是其較高的復發(fā)率和轉(zhuǎn)移導致骨肉瘤的預后差。因此,確定其發(fā)病原因?qū)侨饬龅闹委熞约疤岣呋颊叩纳媛室饬x重大。
XIANG等[20]研究揭示了lncRNA-CIR在膀胱癌中具有調(diào)節(jié)功能,有望成為膀胱癌治療的生物標志物,這提示lncRNA-CIR在腫瘤疾病發(fā)病過程中發(fā)揮了作用。LIU等[21]通過收集未經(jīng)化療等治療的患者骨肉瘤組織及鄰近組織樣本,發(fā)現(xiàn)lncRNA-CIR的表達升高與患者性別、年齡、腫瘤大小無關(guān),而是與腫瘤細胞的分化、疾病分期及遠處轉(zhuǎn)移相關(guān),并且根據(jù)隨訪記錄lncRNA-CIR高表達的患者預后更差,與Cox's比例風險回歸分析結(jié)果一致。筆者進一步深入研究,將人骨肉瘤細胞系MG63和143B通過轉(zhuǎn)染技術(shù),使lncRNA-CIR抑制或過表達。結(jié)果發(fā)現(xiàn),抑制lncRNA-CIR的表達可以通過顯著抑制PCNA與Ki-67的表達以阻止兩種骨肉瘤細胞的增殖,并且通過顯著下調(diào)Bcl-2以及上調(diào)Bcl-2相關(guān)X蛋白表達促進骨肉瘤細胞的凋亡。MMP-2和MMP-9在大多數(shù)腫瘤中起著調(diào)節(jié)侵襲和轉(zhuǎn)移的作用,其表達在沉默lncRNA-CIR組中明顯降低,在過度表達lncRNA-CIR組中明顯升高,提示抑制lncRNA-CIR的表達可以阻止骨肉瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。在體內(nèi)實驗中通過BALB/c裸鼠皮下種植腫瘤細胞發(fā)現(xiàn)腫瘤的大小和重量以及Ki67的表達與lncRNA-CIR呈正相關(guān),與腫瘤細胞的凋亡呈負相關(guān)。因此,lncRNA-CIR在骨肉瘤疾病中促進其發(fā)生、發(fā)展,可能作為治療骨肉瘤的潛在靶點。
3 小結(jié)與展望
綜上所述,與大多數(shù)在腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)的lncRNA不同,lncRNA-CIR是在OA研究中被發(fā)現(xiàn)的,當前已被證實其調(diào)控OA發(fā)病涉及促進軟骨細胞外基質(zhì)降解、促進軟骨細胞凋亡、上調(diào)自噬水平、促進炎癥因子釋放等層面。lncRNA-CIR的表達與骨肉瘤患者的疾病分期、遠處轉(zhuǎn)移和分化程度也明顯相關(guān),高表達提示預后不良。lncRNA-CIR在OA與骨肉瘤中均能負性調(diào)控細胞凋亡以及MMPs相關(guān)因子的表達,提示lncRNA-CIR可能通過調(diào)控凋亡與MMPs的途徑對疾病起到作用。目前,國內(nèi)外關(guān)于lncRNA-CIR對骨相關(guān)疾病影響的研究較少,但其對骨相關(guān)疾病的調(diào)控作用已經(jīng)嶄露頭角。由于lncRNA-CIR調(diào)控骨相關(guān)疾病機制仍存在許多未知,因此,有待后期更加深入的研究,從而為將lncRNA-CIR作為臨床治療骨相關(guān)疾病的靶點提供可靠的理論依據(jù)。另外,已有研究表明,中藥成分可以通過調(diào)節(jié)lncRNA表達對細胞增殖、周期以及凋亡起到調(diào)控作用[22]。今后,是否有中藥成分可以通過調(diào)節(jié)lncRNA-CIR干預骨相關(guān)疾病發(fā)病,值得深入研究。
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收稿日期:2021-08-22;修回日期:2021-10-03