陳 財(cái) ，曾 平

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院,廣西 南寧 530299;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨病創(chuàng)傷骨科,廣西 南寧 530023)

股骨頭壞死(osteonecrosis of the femoral head,ONFH)是一種由多因素導(dǎo)致股骨頭血管受損從而引起股骨頭結(jié)構(gòu)改變,最終導(dǎo)致股骨頭塌陷的疾病,其主要是由骨結(jié)構(gòu)的血液供應(yīng)受損而導(dǎo)致[1-2]。據(jù)估計(jì),我國(guó)約有812萬(wàn)15歲以上的ONFH患者[3]。ONFH的發(fā)病率高,治愈率低,其對(duì)患者的生活質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅,并造成沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[4]。ONFH的病因和發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚,缺乏有效的治療靶點(diǎn)。按照國(guó)際骨循環(huán)研究學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn),將ONFH分為Ⅰ期、Ⅱ期、ⅢA期、ⅢB期和IV期[5],其疾病早期大多較隱匿,發(fā)展到后期出現(xiàn)股骨頭塌陷、髖關(guān)節(jié)破壞等病理表現(xiàn),往往需要進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù),而全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后的不良反應(yīng)以及手術(shù)操作難度大,且假體使用年限有限、需要再次返修等問(wèn)題給患者和社會(huì)都帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。因此,探索ONFH潛在的發(fā)病機(jī)制,尋找其早期診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn),是目前亟待解決的問(wèn)題。非編碼 RNA (non-coding RNA,ncRNA) 是一種從基因組轉(zhuǎn)錄而來(lái)的非蛋白質(zhì)編碼RNA分子,其能夠?qū)θ梭w細(xì)胞中的多種生物學(xué)功能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[6]。ncRNA的種類有很多,盡管其在位置、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度和功能上存在差異,但都能在正?；虮磉_(dá)和疾病進(jìn)展中發(fā)揮作用,使其成為相關(guān)疾病機(jī)制和治療研究的新靶點(diǎn)[7]。目前研究最多的 ncRNA主要是長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、微RNA(microRNA,miRNA)和環(huán)狀 RNA(circular RNA,circRNA)[8]。既往研究表明,lncRNA可以促進(jìn)骨發(fā)育,miRNA有助于維持骨穩(wěn)態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡,而circRNA 可以影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖及其向成骨細(xì)胞的分化[9-11],這些均被認(rèn)為與ONFH的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。近年來(lái),ncRNA已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),隨著高通量測(cè)序等技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的ncRNA被發(fā)現(xiàn)與ONFH的發(fā)病相關(guān),其有可能成為ONFH特異性治療的潛在靶點(diǎn),但其具體機(jī)制尚未完全明確?；诖?本文就ncRNA在ONFH 發(fā)展和治療中的作用進(jìn)行綜述,以期為ONFH的治療提供可能的靶點(diǎn)。

1 ncRNA在ONFH發(fā)生、發(fā)展中的作用

ONFH是一個(gè)復(fù)雜的病理演變過(guò)程,其是由于股骨頭局部血液供應(yīng)中斷引起,以骨細(xì)胞和骨髓的死亡為特征,主要臨床癥狀為下肢無(wú)力、內(nèi)收肌和髖關(guān)節(jié)疼痛、活動(dòng)度下降等。在ONFH的發(fā)展過(guò)程中涉及多個(gè)ncRNA的異常表達(dá),部分ncRNAs的表達(dá)升高或表達(dá)受到抑制能夠促進(jìn)ONFH的發(fā)生。

1.1 抑制ONFH發(fā)生、發(fā)展的ncRNA

1.1.1 肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)

MALAT1是位于染色體11q13 區(qū)域的 8 779 bp 轉(zhuǎn)錄本, 其首先在肺腺癌中被發(fā)現(xiàn),既往研究證實(shí)其參與誘發(fā)了多種人類疾病[12]。研究發(fā)現(xiàn),血清MALAT1可作為診斷ONFH的重要指標(biāo),ONFH患者血清和ONFH局部壞死組織中的 MALAT1 表達(dá)與其影像學(xué)進(jìn)展和臨床嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān),ONFH患者血清和壞死股骨頭局部組織中的MALAT1基因表達(dá)水平明顯低于健康人群[13]。HUANG等[14]研究表明,在激素性O(shè)NFH中,MALAT1可以通過(guò)分泌miR-214上調(diào)激活轉(zhuǎn)錄因子 4(activating transcription factor 4,ATF4)促進(jìn)成骨分化。此外, MARHOLD等[15]在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),小鼠前列腺的T抗原驅(qū)動(dòng)模型腫瘤細(xì)胞能通過(guò)與 MALAT1基因融合而增強(qiáng)對(duì)雄激素的抑制,從而促進(jìn)前成骨細(xì)胞的增殖和分化。

1.1.2 H19

H19是最早發(fā)現(xiàn)的lncRNA之一,由H19基因編碼,H19 基因位于染色體 11p15.5 區(qū)域,由 RNA 轉(zhuǎn)錄聚合酶 Ⅱ 剪接和多聚腺苷酸化[16]。HAN等[17]研究發(fā)現(xiàn) ,H19 可以分別與 miR-519b-3p 和 miR-296-5p 結(jié)合調(diào)節(jié)乙基丙二酰輔酶A脫羧酶基因和進(jìn)行性強(qiáng)直基因的表達(dá)水平,其可以作為競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)在ONFH中發(fā)揮重要的作用。WU等[18]研究表明,H19參與了骨再生過(guò)程,其可以通過(guò)激活 Wnt信號(hào)來(lái)促進(jìn)成骨分化,也可以通過(guò)黏著斑激酶誘導(dǎo)成骨, lncRNA H19在礦化的成骨細(xì)胞中上調(diào),并通過(guò) miR-185-5p/胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)信號(hào)通路促進(jìn)成骨細(xì)胞基質(zhì)礦化。H19還可通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑改變成骨分化相關(guān)基因Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)、骨鈣素(osteocalcin,OCN)等基因表達(dá)水平,從而調(diào)節(jié)骨形成過(guò)程[19]。

1.1.3 生長(zhǎng)抑制特異性基因(growth arrest-specific transcript 5,GAS5)

GAS5是一種常見(jiàn)的lncRNA,GAS5的表達(dá)與多種癌癥發(fā)病密切相關(guān)[20]。劉沛[21]研究表明,淫羊藿苷能夠上調(diào)GAS5,抑制miRNA-222的表達(dá),從而促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的骨微血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化,進(jìn)而有利于骨壞死的修復(fù),發(fā)揮治療激素性O(shè)NFH的作用。還有研究發(fā)現(xiàn),GAS5的表達(dá)水平與甲狀旁腺激素水平存在直接相關(guān)性[22];而甲狀旁腺激素作為調(diào)節(jié)鈣、磷代謝水平的生物活性物質(zhì),能夠調(diào)節(jié)骨的合成和分解代謝,對(duì)成骨細(xì)胞的分化、成熟、凋亡發(fā)揮重要作用[23]。

1.1.4 小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(cerebellar degeneration-associated protein 1 antisense transcripts,CDR1as)

研究發(fā)現(xiàn),CDR1as是一種特殊的ncRNA,其在骨組織修復(fù)中起到調(diào)控作用[24]。JIANG等[25]研究發(fā)現(xiàn),在血漿和局部組織中circRNA CDR1as的表達(dá)均與非創(chuàng)傷性O(shè)NFH患者的疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。WANG等[26]在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),CDR1as能與miR-28-3p/腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白3(tumor necrosis factor receptor related protein 3,TRAF3)組成ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)等炎癥因子的表達(dá),從而抑制破骨細(xì)胞分化。還有研究發(fā)現(xiàn),CDR1as能作為ceRNA 與miR-7競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合,從而減少其對(duì)胰島素樣生長(zhǎng)因子-1受體(insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R)的抑制作用,上調(diào)IGF-1R的表達(dá)[27];而研究發(fā)現(xiàn),IGF-1 能夠與骨骼IGF-1R結(jié)合,引起胰島素受體底物1磷酸化,激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)依賴的蛋白激酶B (protein kinase B,Akt),促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖和存活[28]。

1.1.5 circRNA漿細(xì)胞瘤變體易位1(circRNA plasmacytoma variant translocation 1,circPVT1)

circPVT1長(zhǎng)度為410 nt,是漿細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)化遷移基因1非編碼區(qū)易位轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物[29]。HAO等[30]研究發(fā)現(xiàn),circPVT1能夠通過(guò)調(diào)節(jié) miR-21-5p 介導(dǎo)的 Sma和Mad相關(guān)蛋白7(sma and mad-related protein 7,Smad7)/TGF-β 信號(hào)通路減輕 ONFH。

1.2 促進(jìn)ONFH發(fā)生、發(fā)展的ncRNAs

1.2.1 心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物(myocardial infarction-associated transcripts,MIAT)

據(jù)報(bào)道,MIAT能夠參與并調(diào)節(jié)多種疾病的病理生理過(guò)程,如心肌梗死、糖尿病視網(wǎng)膜病變、偏執(zhí)型精神分裂癥、微血管功能障礙、核小體的形成等[31]。FANG等[32]研究發(fā)現(xiàn),在人激素性O(shè)NFH的壞死股骨組織中,骨壞死區(qū)域MIAT基因的相對(duì)表達(dá)水平明顯高于鄰近正常區(qū)域,活血通絡(luò)膠囊可通過(guò)改變組蛋白H3上的第4位賴氨酸三甲基化和組蛋白3第27位賴氨酸三甲基化(trimethylationof lysine 27 on histone 3,H3K27me3)來(lái)顯著抑制MIAT表達(dá),促進(jìn)成骨生成。JIN等[31]的研究表明,MIAT 是人類脂肪干細(xì)胞成骨分化的重要調(diào)節(jié)因子,在人類脂肪干細(xì)胞中通過(guò)敲低MIAT基因表達(dá)量可以逆轉(zhuǎn)TNF-α對(duì)成骨細(xì)胞的抑制作用。

1.2.2 miR-141

miR-141屬于miR-200家族,主要參與成骨細(xì)胞分化過(guò)程調(diào)控[33]。TIAN等[34]在激素性O(shè)NFH大鼠模型中發(fā)現(xiàn),miR-141能通過(guò)靶向TGF-β2,調(diào)控骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)、OPG配體、B 細(xì)胞淋巴瘤蛋白 2(B-cell lymphoma protein 2,Bcl-2)、Bcl-2相關(guān)X蛋白、RUNX2、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2和核因子-κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)的表達(dá),增加成骨細(xì)胞的活性并抑制破骨細(xì)胞的活性,從而改善ONFH的發(fā)生發(fā)展。

1.2.3 miR-214

研究表明,與正常健康組的股骨頭組織相比,人激素性O(shè)NFH的股骨頭局部壞死組織中的MALAT1表達(dá)下調(diào),miR-214表達(dá)上調(diào),MALAT1可以通過(guò)海綿化競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-214,從而上調(diào)ATF4的基因表達(dá),促進(jìn)骨髓基質(zhì)細(xì)胞成骨分化,從而抑制ONFH的發(fā)生[14]。此外,CAO等[35]在牙周韌帶干細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),與正常對(duì)照組相比,miR-214抑制劑組牙周韌帶干細(xì)胞中的堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、OCN和骨唾液酸蛋白等成骨細(xì)胞標(biāo)志物的mRNA 表達(dá)水平顯著上調(diào),證明miR-214能夠抑制成骨細(xì)胞分化。SONG等[36]在牛乳腺上皮細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn),miR-214可以間接抑制炎癥細(xì)胞因子IL-1β的表達(dá),而IL-1β能夠上調(diào)核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)的基因表達(dá)水平和下調(diào)OPG的基因表達(dá)水平來(lái)促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成[37]。

1.2.4 miR-206

Wnt信號(hào)通路能夠參與骨質(zhì)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié),其可以抑制骨髓基質(zhì)細(xì)胞向軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的分化,同時(shí)也能在促進(jìn)成骨細(xì)胞分化中發(fā)揮重要作用,從而在ONFH中發(fā)揮重要作用。YAN等[38]研究發(fā)現(xiàn),miR-206能夠通過(guò)Wnt信號(hào)通路促進(jìn)ONFH的發(fā)生。CHEN等[39]研究發(fā)現(xiàn),成骨細(xì)胞標(biāo)志物RUNX2和骨橋蛋白的mRNA水平在過(guò)表達(dá)miR-206的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中顯著下調(diào),證明miR-206能夠抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化。DUAN等[40]研究表明,在經(jīng)脂多糖刺激后的人星形膠質(zhì)細(xì)胞中,miR-206可以通過(guò)增強(qiáng)NF-κB信號(hào)通路而增加炎癥細(xì)胞因子IL-1β的表達(dá),而IL-1β的表達(dá)增加能夠促進(jìn)破骨細(xì)胞分化。IGF-1是診斷ONFH的生物標(biāo)志物之一。YU等[41]研究表明,miR-206 可以通過(guò)激活大鼠PI3K/Akt-雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路來(lái)靶向抑制IGF-1的基因表達(dá)水平,從而影響ONFH的進(jìn)展。

1.2.5 circUSP45

KUANG等[42]在激素性O(shè)NFH大鼠中發(fā)現(xiàn),circUSP45可以靶向磷酸酯酶和張力蛋白同源物/AKT通路調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨和增殖,而抑制circUSP45可以增加骨量。

2 ncRNA在ONFH治療中的作用

ONFH的治療依然是骨科的難題之一,血液高凝狀態(tài)、脂質(zhì)代謝紊亂、血管損害、骨內(nèi)壓的升高、氧自由基代謝紊亂等是目前公認(rèn)導(dǎo)致ONFH發(fā)病的理論機(jī)制,但其發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚,故臨床上尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)針對(duì)病因的治療。ncRNA是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),隨著對(duì)ONFH探討的不斷深入,目前研究發(fā)現(xiàn),大量的ncRNA參與其中,并且涉及多種靶基因和信號(hào)通路,如果能由此闡明疾病的發(fā)病機(jī)制,將對(duì)今后ONFH的防治有重要意義。

2.1 轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA,HOTAIR)

研究發(fā)現(xiàn),HOTAIR是一種從 HOXC 基因座轉(zhuǎn)錄的長(zhǎng)度為 2.2 kb 的 lncRNA,其在癌癥、心血管疾病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病中發(fā)揮重要的作用[43]。YUAN等[44]在ONFH小鼠實(shí)驗(yàn)中證實(shí),新橙皮苷可以降低HOTAIR啟動(dòng)子中H3K4me3(激活組蛋白修飾)的占有率,減少HOTAIR對(duì)小鼠骨髓中骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的抑制作用,從而發(fā)揮治療骨壞死的作用。WEI等[45]研究證實(shí),在人ONFH骨髓組織中,HOTAIR對(duì)成骨細(xì)胞的增殖和分化發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn),在多囊卵巢綜合征大鼠模型中,HOTAIR能夠作為ceRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-130a,上調(diào)IGF-1基因的表達(dá)水平[46],而IGF-1 是一種具有重要生物學(xué)功能的生長(zhǎng)因子,能夠作為ONFH 的診斷標(biāo)志物,其通過(guò)自分泌和旁分泌信號(hào)作用于骨細(xì)胞,促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖,調(diào)節(jié)骨的吸收,并參與骨重塑[47]。因此,HOTAIR可能為ONFH治療提供新的靶點(diǎn)。

2.2 miR-335

淫羊藿藥用歷史悠久,最開(kāi)始記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,其性味辛、甘、溫,歸腎、肝經(jīng),具有壯陽(yáng)補(bǔ)腎、強(qiáng)筋骨、除濕祛風(fēng)的功效,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,淫羊藿治療ONFH效果明顯,其能夠通過(guò)調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路發(fā)揮治療ONFH的作用,而淫羊藿苷作為其主要藥效成分,對(duì)于ONFH的有效治療作用已通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到充分證實(shí)[48]。YUE等[49]研究發(fā)現(xiàn),miR-335 可能是淫羊藿苷的潛在靶標(biāo),淫羊藿苷可能通過(guò)miRNA-335防止激素性O(shè)NFH的發(fā)生。此外,WANG等[50]在miR-335-5p轉(zhuǎn)染的小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中檢測(cè)到成骨標(biāo)志物ALP、膠原蛋白I、OCN和骨唾液蛋白的表達(dá)量增加,證實(shí)miR-335-5p能夠促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化。

2.3 miR-146a

NAN等[51]研究發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇可以上調(diào)激素性O(shè)NFH大鼠的 miR-146a表達(dá)量,從而來(lái)穩(wěn)定成骨細(xì)胞的骨形成和破骨細(xì)胞的骨吸收之間的骨穩(wěn)態(tài)。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),miR-146a可以通過(guò)控制RANKL與OPG的平衡來(lái)促進(jìn)破骨細(xì)胞生成的增加[52]。

3 結(jié)論

ONFH是一種多因素致殘性疾病,涉及多種遺傳和環(huán)境因素,已成為危害人類健康的比較嚴(yán)重的公共問(wèn)題。目前的研究表明,ncRNA表達(dá)水平的改變能夠影響調(diào)控ONFH發(fā)病的多種作用機(jī)制,如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨增殖,骨髓基質(zhì)細(xì)胞成骨分化,成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞分化,Wnt、Smad7/TGF-β等信號(hào)通路,這些機(jī)制通過(guò)ncRNA介導(dǎo)和作用,影響ONFH的發(fā)展。一些ncRNA可以作為ONFH早期診斷的生物標(biāo)志物,有利于ONFH的早期診斷與預(yù)防。此外,ncRNA還與多種骨代謝相關(guān)調(diào)控因子相關(guān),這為ONFH的診斷和治療帶來(lái)了新的思路,但目前缺少直接與ONFH相關(guān)的研究,還需要進(jìn)一步研究來(lái)揭示其詳細(xì)的作用機(jī)制。