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lncRNA调控骨关节炎软骨退变的机制

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是生物力学与生物因素相互影响，主要包括关节周围的力学环境、自身激素的代谢水平、软骨细胞的凋亡、相关细胞因子，及基质金属蛋白酶（MMPs），引起关节生物力学紊乱而产生的病变。其病理是一种生物学重建的过程，表现为关节软骨退行性病变和关节边缘、软骨下骨骨质增生，目前缺乏有效的治疗手段[1]。OA生物化学上的特征主要是软骨基质中的可聚蛋白聚糖含量减少，其浓度、组成比例和分子链出现变化，胶原纤维减少和排列发生异常，大分子物质的合成和降解增多。长链非编码RNA（lncRNA）是长度超过200个核苷酸的RNA 分子，不能编码蛋白质，但能在RNA水平上行使功能、进行基因调控和表观遗传修饰，其在软骨基质的生成和代谢、滑膜炎、软骨细胞自噬及凋亡中具有重要的调控作用[2]。本文通过查阅国内外相关文献，初步探讨lncRNA调控关节软骨退变的机制，为OA的治疗和研究提供一个新的方向。

1 lncRNA的生物功能与特点

lncRNA是非编码RNA的一个亚类，长度超过200 nt，具有跨物种的低保守性、组织特异性表达等特点，并非没有具体功能[3-4]。lncRNA基因在基因组内有不同的位置，可分为位于内含子区的lncRNA、基因间区的lncRNA、天然反义链lncRNA[5]。lncRNA除了没有开放阅读框外，其他结构与mRNA相似，其一级序列保守性较弱，但二级、三级结构为高度保守的区域，它可以借助不同的结构来发挥各种功能，通过折叠成独特的空间构象，并与RNA、DNA以及蛋白质进行生化作用，调控基因表达，对特定功能的发挥具有重要意义[6]。lncRNA空间结构的稳定性较低，可迅速产

生调节作用，为机体提供较蛋白质而言更为灵敏的调控。人类基因组中具有编码蛋白质功能的不到2%，而高等真核生物基因组中约91%的序列，在生物体生长发育的各个阶段转录成为非编码RNA[7-8]，lncRNA在调控骨关节软骨退变的过程中发挥的重要作用，是医学界研究的热点问题[9]。

2 lncRNA对关节软骨退变的调控

核内lncRNA与细胞质内lncRNA作用机制不同，因碱基互补配对，核内lncRNA通过顺式作用（对邻近基因）及反式作用（远端位点）影响蛋白质与核酸的相互作用，抑制或者促进靶基因的表

达[10]。细胞质内lncRNA与相同染色体位点以及独立基因座的转录物互补，通过碱基配后，能对其进行翻译调控。lncRNA还能通过竞争性内源性RNA（ceRNA）即miRNA海绵，发挥调控作用[11]。lncRNA能够作为信号、诱饵、引导、支架，参与基因的调控，具体调控机制主要分为四个方面，其可能通过调控转录因子、转录过程、对miRNA和mRNA进行转录后的调控，以及对细胞核结构进行调控，完成对关节软骨退变的调控。

lncRNA通过转录因子进行调控：lncRNA与转录因子结合后，可以提高转录因子对目标DNA片段的亲和力，促进下游基因转录。lncRNA也可以抑制转录因子与DNA的结合，导致下游基因转录被抑制，如lncRNA GASS （growth arrest-pecific 5）

和PANDA（promoter of CDKN1A antisense）可与

转录因子直接结合，竞争性抑制转录因子结合DNA靶序列。lncRNA还可以抑制转录因子向核内穿梭，从而抑制下游?D录过程。

lncRNA对转录过程进行调控：lncRNA与RNA聚合酶Ⅱ结合后，抑制

RNA聚合酶与DNA结合的生物功能，产生抑制转录的作用，如lncRNA Airn 能直接干扰转录激活，使胰岛素样生长因子2受体（IGF2R）表达沉默。lncRNA通过结合编码基因的上游启动子区域，干扰转录前起始复合体的生成，对转录进行抑制。

lncRNA对miRNA和mRNA进行转录后的调控：一些lncRNA可利用细胞内的剪切作用，产生非成熟miRNA，部分lncRNA是miRNA的前体或宿主[12]。lncRNA竞争性结合miRNA，由此减少miRNA与靶向mRNA结合，此过程称为lncRNA诱导的miRNA沉默。lncRNA也能竞争性结合mRNA，与特异性mRNA的5'端结合，促进mRNA结合翻译因子，从而促进mRNA翻译。lncRNA与特定mRNA的3'端特异性结合，降低mRNA稳定性并促进mRNA降解，抑制mRNA功能，从而达到调控软骨退变的目的[13]。

lncRNA对细胞核结构进行调控：lncRNA可以形成染色质复合体，对组蛋白进行修饰，抑制或加强修饰过后染色质区域的转录活性。真核生物的细胞中DNA和组蛋白形成八聚体，在此状态下的DNA无法执行转录功能，lncRNA在核小体的重塑过程中，影响DNA从核小体上松解，参与了转录的调控。在细胞分裂间期，lncRNA通过亚核结构域，也对转录产生影响。

2.1 lncRNA调控软骨细胞功能的机制软骨细胞是软骨中唯一存在的细胞，软骨细胞分布在软骨基质中，对软骨的完整性及软骨的负重功能发挥作用，其增殖、凋亡、自噬、分泌等功能对OA进程影响较大。正常情况下，软骨细胞的凋亡与增殖有序地进行，若过度凋亡，则将破坏内环境稳态，使软骨功能下降[14]。lncRNA与软骨细胞关系密切，如1ncRNA HIT 表达变化会影响软骨细胞分化功能，lncRNA HOTAIR敲低后可抑制MMP-1、

MMP-3、MMP-9生成，还能明显降低软骨细胞凋亡，其为炎性因子与软骨破坏之间的桥梁。lncRNA Dnm3os影响软骨细胞的增殖及分化，是维持软骨细胞的新陈代谢、保证软骨细胞分化的物质基础。而PACER、CILinc01、CILinc02在OA软骨细胞内表达显著异常，其参与了软骨细胞的炎症反应。各种炎症因子作用于软骨细胞，导致软骨细胞代谢、分泌紊乱，软骨细胞大量减少，成骨和破骨的平衡被打破。lncRNA DANCR能提升白细胞介素-6（IL-6）

和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的表达。IL-6可以激活淋巴细胞，进而调节免疫功能，诱导炎症反应，以致软骨细胞增殖能力减退。TNF-α为巨噬细胞产生的促炎因子，与多种IL表达呈正相关，其能促进软骨细胞释放一氧化氮、MMPs、血管性血友病因子裂解蛋白酶（ADAMTS）等炎症因子，参与OA的发展。lncRNA HOTTIP为HOXA基因远端转录本的反义RNA，借助弯曲及成环而接近HOXA基因簇其他位点，吸引KMT2A/MLL复合体，推动H3K4me3在HOXA基因簇中定位，使染色质活化，增进同源异形基因的表达[15]。整合素α1是位于软骨细胞上的跨膜受体之一，具有介导细胞内外信息传递的作用，也是软骨内成骨过程中的正向调节蛋白，在OA

患者的关节软骨中HOTTIP的表达上调，HoxA13的表达下调，整合素αl 的合成受到抑制，关节软骨退变速度加快[16]。随着OA病情的发展，含有大量的细胞内丝状物和溶酶体样结构的软骨细胞渐渐取代正常软骨细胞，软骨细胞受损后不能继续分泌胶原纤维，修复功能减弱，导致关节软骨进一步退变，表面呈裂隙性磨损、糜烂、形成溃疡，而外力作用会加重这一过程，最后因反复摩擦，软骨表面破坏，软骨下骨显露[17]。