胡毅 成仕明 谭云

近些年来，骨关节疾病的发病率有明显升高趋势，且发病人群呈现年轻化的趋势，骨关节疾病的主要表现为关节疼痛，随着时间延长关节损伤逐渐加重，关节的反复疼痛让患者受到极大的折磨[1]。骨关节疾病的致残率较高，许多患者因关节疾病而失去行动自由，传统的治疗骨关节疾病诊疗手段不能在根本上解除患者疼痛，许多患者最终选择采用关节置换术来提高生活质量[2]。随着分子生物学技术的不断发展，研究者在对骨关节疾病的诊疗方面也有重大突变，这给骨关节疾病患者带来了福音。以往对基因功能研究更多的在编码基因方面，对非编码的基因关注度很低，随着生物技术发展，已经完成可了多个基因组计划，并且使用深度测序技术，多个研究者发现，有超过80%的基因组可被转录为RNA，有62%的基因组也发生转录，但转录为非编码RNA(ncRNA)，这些ncRNA并不是大家所公认的“副产品”或者是“暗物质”，它的作用广泛，可介导、调控或参与多种疾病的发生及发展进程[3]。依照非编码RNA长度可分为>200核苷酸的lncRNAs及≤200核苷酸的短链非编码RNA，≤200的RNA多为microRNA，近些年来，microRNA在多种疾病中的研究较多，大量研究表明，microRNA参与OA、RA、系统性硬化症、系统性红斑狼疮等[4,5]。目前对lncRNAs的研究有限。lncRNAs的发现是多组学领域的一个重要的研究进展。研究显示，lncRNAs可从转录水平、转录后水平及染色质重塑等多个层面上调控基因表达[6]。大量研究也证实，lncRNAs表达紊乱及调节失调可引起免疫功能失调、肿瘤及神经功能失调等多种疾病的发生[7]。近年来的研究证实，表观遗传学在OA、RA、骨肿瘤等骨和关节疾病发生发展中有重要作用[8]。多项研究表明lncRNA在骨关节疾病中的表达水平发生改变，但仅有少量的lncRNA功能被验证[9]。这部分前人的研究成果解释了lncRNA在骨关节疾病中的一些分子机制及重要功能，为今后lncRNA的研究提供了重要的线索。本文就lncRNA的生物学功能及在一些骨关节疾病中的相关研究作一综述。

1 lncRNAs的概述

lncRNA是一类缺少可读性及蛋白功能的RNA，存在带多聚腺苷酸(polyA)尾及不带多聚腺苷酸尾两种形式，常常显现出二级茎环样结构或三级结构，是一类具有保守性的ncRNA[10]。由于lncRNA数量庞大、种类繁多，远超过编码疾病，因而目前对lncRNA尚没有规范的分类方法，依据编码基因和lncRNA在基因组中所处的位置，可将lncRNA分为正义lncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、基因间lncRNA及内含子lncRNA。依据lncRNA的作用形式可将lncRNA分为顺式lncRNA和反式lncRNA[11]。

随着对lncRNA研究的深入，研究者发现，lncRNA比mRNA的表达谱有更加特异性，在不同的发病阶段及所用的细胞和组织不同，所检测的lncRNA表达可能会有所不同。同时lncRNA和mRNA间的表达谱也有相关性，以上的研究提示，在基因的表达网络中，lncRNA可能是一类共调控基因[12,13]。许多lncRNA的亚细胞定位有特异性，如XIST位于失活的X染色体上、GAS5位于细胞质[14]。

lncRNAs可从多个水平调控基因表达，具有作用机制有以下几个方面：直接与转录因子结合或协同作用，在转录水平影响靶基因表达，还可诱导基因活化加速，促发细胞转录程序，从而使转录进程加快[15]；可在翻译水平参与多聚核糖体形成的调节，还可与真核生物翻译其实因子相结合[16]；可参与染色质表观修饰，通过对组蛋白乙酰化修饰及染色质甲基化水平改变，从而调控靶基因表达[17]；可参与包括蛋白质泛素化修饰等翻译后水平的调控[18]；可参与降解mRNA及mRNA选择性剪接等转录后修饰[19]。

2 lncRNA与OA

趋化因子、氧化应激和代谢、生长因子等在OA发展进程中已经有大量的研究，但到目前为止，仍没有一种能降低OA发生的有效方法。近年来，多项研究表明，lncRNA的表观遗传修饰在OA发展过程中有关键的作用。如Zhang等[20]研究显示，lncRNA-UFC1在 OA患者中表达明显降低，功能分析表明，UFC1对软骨细胞有促增殖和抑凋亡作用，此外，UFC1通过调节mir-34a的影响OA软骨细胞的存活，提示UFC1可能是OA诊疗的一个的潜在靶基因。Wang等[21]研究显示，OA软骨中lncRNA-UCA1上调表达，UCA1过表达可抑制软骨细胞中mir-204-5p表达，mir-204-5p在OA软骨中表达下调，mir-204-5p的表达与UCA1表达呈现负相关，过表达UCA1可促进软骨细胞增殖，抑制Ⅱ型胶原和Ⅳ型胶原表达，而过表达mir-204-5p则抑制软骨细胞的增殖，促进Ⅱ型胶原和Ⅳ型胶原表达，提示过表达UCA1可通过抑制mir-204-5p表达来调节软骨细胞的增殖和胶原的表达。以上前人的研究提示lncRNA的表观遗传干预能力，可有望研制出有效的骨关节疾病靶向治疗药物。

lncRNA在多种疾病发生发展过程中有重要作用，但目前在OA中的发病机制尚未完全明确。在OA软骨组织中lncRNA表达不一，有些lncRNA呈现高表达，有些lncRNA呈现低表达，均可通过不同的调节途径影响OA进程。Fu等[22]采用高通量基因芯片技术研究膝关节OA软骨组织中lncRNA表达谱的变化，发现上调的lncRNA有3 007种，下调的lncRNA有1 707种。Xing等[23]研究者也得出了同样的结论。

2.1 H19印记基因 H19是一个位于染色体11p15.5上的2300bp长的呈现出父系印迹的lncRNA，在早期胚胎期中被发现，并呈现出高水平的表达，出生后表达量逐渐降低[24]。在多种肿瘤研究中发现，H19异常表达可影响肿瘤细胞生长，如王珏等[25]研究显示，H19在胰腺癌细胞高表达，通过RNA干扰技术抑制其表达，发现抑制H19表达的胰腺癌细胞克隆形成数、细胞侵袭及转移能力明显提高；吴海权等[26]研究显示，H19在人多形性胶质母细胞瘤(GBM)中呈现高表达，过表达H19可增强GBM增殖、侵袭和迁移能力，加速细胞周期S期进程，并抑制细胞凋亡，从而促进GBM的致癌性。一些研究也表明H19在OA软骨组织中上调表达，在TNF-α及IL-1β刺激下H19在软骨中的表达被抑制[23]。以上研究提示H19与OA软骨细胞代谢间存在密切相关，可作为一个反映软骨细胞代谢水平的标志物。

2.2 MEG3母系表达基因3(MEG3) MEG3是一个印记基因，在人类染色体上定位于14q32.3，是一个常见的lncRNA，具有肿瘤抑制作用，可编码一段大小约为1.6kb的lncRNA，广泛表达在正常组织中，而在肿瘤中出现明显的表达缺失，可通过抑制多种肿瘤血管形成，从而达到抑癌的效应[27]。有研究表明，MEG3骨关节疾病发生发展有关。刘振峰等[28]研究显示，lncRNA MEG3在OA软骨组织中的表达明显低于在正常软骨组织表达，且随着软骨退化程度加大，lncRNA MEG3表达量降低，OA软骨组织中VEGF的mRNA及蛋白表达均显著高于在正常软骨组织表达，VEGF的表达可随着软骨退化程度加大而有明显增加，lncRNA MEG3和VEGF间的表达有负相关，提示lncRNA MEG可能通过对血管生成的调控，进而影响原发性OA发展进程。

2.3 lncRNA-CIR Liu等[29]通过高通量芯片分析OA软骨细胞中差异表达的lncRNA，发现有152中lncRNA表达水平改变，发现lncRNA-CIR有异常表达，而lncRNA-CIR表达的变化与软骨损伤有关，使用TNF-α及IL-1β处理后的软骨细胞中lncRNA-CIR 表达升高，而抑制lncRNA-CIR的表达后，可促进蛋白聚糖及胶原形成，并能抑制MMP13和ADAMT55等细胞外基质降解酶表达，过表达lncRNA-CIR与之相反。Lu等[30]研究显示，在OA患者中，lncRNA-CIR显著上调表达，mir-130a下调表达和bim上调表达。生物信息学分析预测mir-130a是lncRNA-CIR和bim的靶基因，敲除lncRNA-CIR可明显增加bim的表达，mir-130a显著抑制了bim表达，同时细胞活性氧水平、炎性介质释放、细胞凋亡和相对荧光素酶活性均明显增加。Li等[31]研究显示，lncRNA-CIR在OA患者中显著上调表达，同时下调mir-27和上调MMP13表达。生物信息学分析预测，mir-27是lncRNA-CIR和MMP13的靶点，lncRNA-CIR过表达可明显增加MMP13表达，而mir-27则显著抑制了mmp13的表达，同时mRNA水平、蛋白质水平和相对荧光素酶活性的增加。提示lncRNA-CIR可能是OA诊疗的一个重要靶点。

2.4 生长停滞特异性转录本4(growth arrest-specific 5，GAS5) GAS5是一种可负性调节细胞生长的lncRNA分子，与糖皮质激素受体反应元素(GRE)有相似的结构，可与其竞争结合糖皮质激素受体，或抑制GRE下游基因，如凋亡相关的cIAP2表达，从而诱导细胞的凋亡[32]。在细胞缺乏生长因子及营养时，GAS5上调表达，当细胞处于饥饿状态时，GAS5可调节GRE的活性，进而影响细胞生长及代谢[33]。Song等[34]研究显示，GAS5在OA软骨细胞中有明显的上调表达，其高表达可促进金属蛋白酶及蛋白聚糖酶ADAMTS-4表达，还可促进软骨细胞凋亡及抑制自噬途径，从而引起关节损伤。

3 lncRNA与类风湿关节炎(RA)

RA是一种慢性系统性自身免疫性疾病，以关节病变为主要特征，病理表现为间质有大量炎细胞浸润、软骨和骨组织的破坏、滑膜细胞持续增生等，其中慢性炎症及滑膜关节的破坏是RA的主要主要的病理改变[35]。有研究表明，lncRNA参与自身免疫性疾病的调节[36]。有研究者通过对人血清及血单核细胞外泌体实验分析，发现TUG1、LUST、SNHG4、MEG9等lncRNA在RA患者中的表达高于正常者，PRINS、PR反转录体、HOXA3as等lncRNA明显下调表达[37]。多项研究也表明，lncRNA异常表达与RA发生发展密切相关。洪宏海等[38]研究显示，RA患者滑膜组织中MT1JP的表达水平相对于正常组织降低，其表达水平的变化与血清中IL-6和IL-8等炎性因子水平呈现出负相关，MT1JP表达被抑制后，细胞中的这这些因子的分泌量增加，且p53表达受到抑制，提示MT1JP可能通过对p53表达的调控，进而促进炎性反应。Yang等[39]研究显示，紫草素可降低RA小鼠软组织和骨骼损伤，可显著增强NR024118和SOCS3的表达，抑制IL-6、IL-8和MMPS的分泌和表达，且可减弱IL-1β对RA滑膜成纤维细胞的增殖影响，此外，紫草素可增加NR024118启动子处的乙酰化，过表达NR024118或干扰NR024118表达均可改变SOCS3的表达，干扰NR024118表达后，可逆转紫草素对MH7A细胞促炎因子、SOCS3和MMPS水平影响。对于RA的治疗，一直以来都是医学界的一个很大的难题，且对RA的治疗也无明显的的进展。以上研究提示在RA中lncRNA存在异常表达，这些研究可为免疫相关疾病的研究奠定了一定的基础，提示这些lncRNA可能是RA诊疗的标志基因。

4 lncRNA与骨质疏松症(OP)

OP是由于骨的形成与吸收不平衡，引起单位结构内骨量下降及骨的微结构被破坏，在参与OP代谢失衡动态平衡过程中，主要涉及到成骨细胞和破骨细胞等的分化调节，同时与骨代谢相关的信号途径也发挥了重要的作用[40]。随着中国OP患者年龄的逐渐增长，在该病的诊断及治疗上要有突破和创新，近些年来，基因在OP中的作用受到广泛关注。lncRNA在OP中的作用也有相关的报道。高艳等[41]研究显示，BMP-2诱导C2C12成骨分化过程中，LncRNA AK051397在BMP-2诱导C2C12成骨分化中的表达升高，AK051397表达被抑制后，ALP、SP7表达降低，MYOG表达升高，提示在C2C12细胞中，LncRNAAK051397对成骨的分化有促进作用，对细胞成肌分化有抑制作用。BMPs是TGF-β家族成员之一，有多种亚型，BMPs/TGF-β信号途径可通过Smad信号通路和p38信号通路调控BMMSc内Runx2基因表达，可调控BMMSc向成骨细胞分化，也可对成骨细胞分化和功能进行调节，进而在OP平衡中发挥重要作用[42,43]。Wei等[44]研究显示，lncRNA HOTAIR可通过BMPs/TGF-β信号通路，调节miR-17-5p及靶基因Smad7表达，从而调节成骨细胞的增殖和分化。Zhang等[45]研究分析在BMMSc分化为成骨及破骨细胞过程中，lncRNA 表达谱及功能的变化，发现lncRNA xr-111050可通过调控MAPK信号途径，调节BMMSc向成骨细胞或破骨细胞分化，可能成为骨再生及骨修复的一个靶点。以上的研究提示lncRNA在OP发病调控及治疗中有重要作用，作为OP骨代谢的标志物，lncRNA对OP病理变化影响及对骨代谢相关信号通路的调控的方式，可为OP诊疗及预后判断新的靶标。

5 lncRNA与炎症通路调控机制

OA的主要病理表现为滑膜炎症及软骨的降解，近些年来，越来越多的lncRNA被确定为与调节炎症信号通路有关，且在关节组织中呈现表达。目前lncRNA与OA相关的炎症型号通路间关系并且完全明确，因此，确定lncRNA对OA中信号通路的调控作用，可能成为一个重要的治疗方向。p38/MAPK信号通路、NF-κB信号通路、TLR信号通路和花生四烯酸途径等是常见的炎症信号途径，且lncRNA与以上信号途径间存在调控关系。现就lncRNA与以上信号通路间的关系进行描述。

5.1 p38 MAPK信号通路 丝裂原活性蛋白激酶(MAPK)是一类重要的信号转导通路，大多数细胞均有该信号途径的存在，MAPK信号主要分布在细胞质，p38MAPK是一个MAPK家族的关键成员，在多种因素刺激作用下，如氧化应激、损伤等，p38可发生磷酸化，进而参与细胞生长、细胞凋亡、炎症等过程[46,47]。目前为止，已有多项研究表明，OA进展与MAPK信号通路间存在密切关系。在OA患者研究中发现，MAPK信号在软骨内被激活，与正常组织比较，c-Jun氨基端激酶及磷酸化的p38表达均有显著的升高[48]。也有研究指出，MAPK信号在对软骨细胞MMP分泌的调控过程中也发挥关键作用，在OA进程中，所产生的骨基质碎片，如纤连蛋白和胶原蛋白等，均可增强MMP在细胞中的分泌，此过程有MAPK信号的参与[49]。此外，多项研究表明，软骨细胞凋亡与p38MAPK信号通路的调控有关，潘建科等[50]研究显示，龙鳖胶囊可对p38及磷酸化的p38过量表达进行抑制，从而使p38MAPK在OA软骨细胞中的活化受到抑制，从而对软骨损伤有明显改善作用。在OA模型的临床研究中发现，使用p38抑制剂后，软骨退变可明显得到改善[51]。关于p38信号通路的lncRNA调控，目前的研究很少，有研究表明，lncRNA-MALAT1可调控p38MAPK信号，MALAT1是一个在非小细胞肺癌最早被发现的基因，在哺乳动物中有高度的保守性，提示MALAT1可能有重要的生物学功能，多项研究表明，MALAT1在多种肿瘤中有明显的高表达，其过量表达对肿瘤生长有促进作用[52]。此外，也有研究表明，MALAT1与炎症间有相关性，可通过活化内皮细胞SAA3，增加细胞IL-6分泌，诱导ROS的产生，增加细胞炎性反应[53]。

5.2 NF-κB信号通路 NF-κB是TFs家族成员，广泛存在于真核细胞，是一种具有多项转录调节作用的蛋白因子，在大多数炎性反应及免疫应答过程中发挥重要作用。NF-κB的活化是一个复杂过程，当结合NF-κB的多个位点受到活化因素刺激后，NF-κB被激活，IκB被磷酸化，之后，IκB与NF-κB分离，NF-κB迅速进入核，而后发挥转录因子的功能，并诱导一些靶基因的表达，如cyclinD1、survivin等[54]。多项研究表明，OA损伤与NF-κB信号间存在相关性[55]。有研究显示，有一定量的NF-κB在OA滑膜中存在，抑制NF-κB信号后，关节炎损伤程度可明显得到改善[56]。有研究显示，lncRNA-21低表达水平可增加RA患者中NF-κB的活性，甲氨碟呤(MTX)对RA患者有治疗作用，lncRNA-21可抑制NF-κB信号，MTX可增加lncRNA-21的表达，进而抑制NF-κB信号途径[57]。Trenkmann等[58]研究显示，在RA滑膜成纤维细胞lncRNA HOTAIR表达明显降低，HOTAIR的沉默与基质降解酶和NF-κB活性的上调有关，意味着抑制HOTAIR参与RA滑膜成纤维细胞生长。

5.3 TLR信号通路人类Toll样受体(TLR) TLR是一种Ⅰ型跨膜糖蛋白，近些年来发现的一类细胞表面信号转导跨膜受体，由三部分组成，即胞外和胞内结构域及跨跨膜区。作为一个固有免疫受体，TLR在T细胞、B细胞、自然杀伤细胞及树突状细胞等各种免疫细胞中有关广泛的分布，随着对TLR研究的深入，越来越多的研究表明，在非免疫细胞中也发现TLR的存在[59]。有研究显示，在OA的滑膜成纤维细胞及软骨细胞中均有TLR的表达[60]。Kim等[61]研究显示，TLR2 的mRNA表达在所有的OA患者膝关节软骨细胞样本均可以检测到，在OA患者样本中的一半样本也可检测到TLR2的mRNA表达，同时检测TLR在OA患者髋/膝关节软骨水平，发现与正常软骨及非损伤区TLR表达相比，TLR2和TLR4在软骨损伤区的表达均有明显升高，提示TLR2和TLR4在OA软骨组织中表达增强。Toll受体可引起许多lncRNA表达，lncRNA-Cox2位于PTGS2基因附近，TLR2信号通路激活后可引起lncRNA-Cox2上调表达[62]。张飞飞等[63]研究显示，Pam3CKS4可增强lncRNA NEAT1 NEAT1的表达水平，NEAT1的表达被抑制后能明显部分降低TLR2信号活化所引起的趋化因子、细胞因子的表达，如CXCL10、CCL8及IL-6等，受NEAT1调节的基因均为TLR2持续缓慢诱导基因。

5.4 花生四烯酸(AA) 炎症的调节及控制由炎性介质介导，AA是一类关键的可对炎症介质进行调控的长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFAs)的衍生物[64]。AA代谢产物白三烯及前列腺素(PG)是炎性反应介质，在OA中存在差异表达[65]。在炎症及疼痛治疗方面，对AA途径的靶向抑制是一直以来的一个极其重要的研究方面。环氧化酶(COX)是一个在AA代谢及PG和血栓素A2(TXA2)生物合成过程中的非常重要的限速酶，COX-2的选择性抑制剂对OA症状有明显改善作用[66]。有研究显示，lncRNA PACER基因可控制COX-2基因开或者关，COX-2基因的活跃程度与癌症、炎症等均存在密切关系[67]。PACER基因可阻断p50结合，增强COX-2活性。研究显示，PACER在非OA软骨及膝关节OA和髋关节OA中存在差异表达[68]。

6 结语及展望

随着对lncRNA研究的深入，lncRNA在细胞内的作用已受到广泛的关注。越来越多的研究证实lncRNA是一个可在转录、翻译及染色质修饰等多个方面对基因表达调控的重要分子。目前研究仍发现一些lncRNA与骨关节疾病发生发展密切相关。总的来说，目前的研究揭示了少部分的lncRNA与骨关节疾病进展存在相关性，但lncRNA在OA中的作用仍存在一些亟待解决的问题。如在OA发病过程中，有哪些差异表达的lncRNA，且这些lncRNA是否在骨的破坏中有重要作用，且具体机制是什么，尚未明确；基因芯片已证实一些lncRNA与骨关节疾病进展密切相关，但哪些lncRNA起在OA进展中起到主导作用，以及对其的作用的调控机制如何，尚无明确的定论；在OA进展及软骨分化过程中，可以有目的性的选择哪些lncRNA进行干预，从而达到对软骨损伤修复改善的目的。因此，对lncRNA在骨关节疾病中的作用，还需做进一步深入的探究。