引用本文： 李新華, 崔健, 孫貴新, 譚軍, 李立鈞. 微小RNA在椎間盤退變中的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(10): 1312-1316. doi: 10.7507/1002-1892.20150283 復制
椎間盤退變是指椎間盤自然老化、退化的生理病理過程，它是一系列脊柱退行性疾病的病理基礎，可引起椎管狹窄、脊柱節段不穩、骨贅形成，導致腰腿痛、頸椎病、椎間盤突出及伴隨神經根或脊髓壓迫。對椎間盤退變引起的脊柱疾患可采用保守或手術治療。脊柱融合術是目前治療椎間盤退變的“金標準”，但會改變脊柱生物力學結構，加速鄰近節段退變，甚至有再次手術的風險。因此，明確椎間盤退變發病機制，對相關疾病的診斷和治療具有重要意義。
上世紀60年代起，國內外學者開始研究椎間盤退變的病因，但至今確切機制仍不清楚。有研究表明[1-2]，椎間盤退變過程中出現許多細胞事件的異常，如椎間盤髓核細胞凋亡數量增加、各種炎性因子和基質金屬蛋白酶類表達量增多等。這一系列變化提示椎間盤內特定分子基因表達失調，進而導致各層次調節因素發生變化[3]。在這些因素中，具有調節基因表達功能的微小RNA（microRNA）在退變椎間盤組織的異常表達越來越受到關注。人們發現許多microRNA在人正常椎間盤和退變椎間盤組織中存在差異性表達，這些差異性表達的microRNA在細胞凋亡、蛋白水解酶和細胞外基質的降解等生物過程中發揮重要作用。利用轉基因技術對這些差異性表達的microRNA進行干預，調節椎間盤退變的病理生理過程，為椎間盤退變疾患的治療提供了新思路。本文圍繞microRNA與椎間盤退變的關系，對近年來microRNA在椎間盤退變領域的研究進展作一綜述。
1 microRNA簡介
microRNA是一類長21～25個核苷酸的內源性非編碼單鏈RNA分子。它廣泛存在于機體的細胞和組織中，并通過對mRNA剪切、抑制或增強其翻譯過程調控基因的表達，從而參與個體發育、機體代謝及疾病的發生、發展和轉歸等過程。
目前已知的microRNA主要依賴以下兩種序列互補原則，對靶基因起負性調控作用：一種是microRNA與靶基因mRNA不完全互補。其通過影響靶基因mRNA的穩定性，在蛋白質翻譯水平上抑制靶基因mRNA的表達，這種microRNA的結合位點通常在靶基因mRNA的3’-UTR，絕大多數哺乳動物中的microRNA通過這一途徑發揮調控作用。另一種是microRNA與靶基因mRNA完全互補（或幾乎完全互補），這種microRNA的結合位點通常在靶基因mRNA的編碼區域或開放閱讀框中。
microRNA在維系組織或器官系統的正常發育和生理功能等方面起著重要作用。在microRNA成熟過程或其靶基因mRNA上的靶位點發生缺陷、突變時，均可導致機能異常而產生疾病。
2 microRNA與椎間盤退變
髓核組織、纖維環組織、軟骨終板在椎間盤退變過程中均發生顯著的病理改變。在髓核組織中表現為髓核細胞凋亡和異常增生、蛋白水解酶類和炎性介質表達增多、各型膠原纖維和蛋白多糖的變化；在纖維環組織中表現為各種蛋白水解酶和炎性介質表達增多、細胞外基質降解和纖維環破裂；在軟骨終板方面表現為軟骨終板增厚、鈣化、水腫、脂肪化等Modic改變[4]。目前，microRNA在椎間盤退變的研究主要集中在髓核組織和軟骨終板。
2.1 microRNA在退變椎間盤髓核組織中的作用
2.1.1 microRNA對退變椎間盤髓核細胞凋亡的調節
退變椎間盤內細胞凋亡數量明顯增加，特別是髓核細胞，凋亡髓核細胞占髓核細胞總數的比例達50%～73%[5-6]。在椎間盤退變過程中，髓核細胞凋亡引起的細胞數量進行性減少，再加上髓核細胞在炎性介質和蛋白水解酶等因素的共同作用下使細胞外基質（蛋白多糖、Ⅱ型膠原等）合成減少、破壞增加，成為導致椎間盤退變的重要原因之一。因此對椎間盤細胞凋亡的研究有重要意義。
有研究表明[7-8]，miR-155的異常表達與人霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、乳腺癌、胰腺癌、結腸癌及非小細胞肺癌等疾病的發生密切相關，其在調控機體免疫系統、炎癥、凋亡等方面發揮重要作用。miR-155在椎間盤退變的作用也有大量相關研究。Wang等[9]應用基因芯片技術分別檢測了人正常與退變髓核中678種microRNA，發現29種microRNA分子具有顯著差異性表達，miR-155則是顯著表達下調的microRNA之一。他們發現，在髓核細胞內過表達miR-155可通過抑制介導細胞凋亡通路中的蛋白分子Fas相關死亡域蛋白（Fas-associated with death domain protein，FADD）與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3），促進髓核細胞凋亡。他們進一步通過原位雜交和免疫組織化學技術證實，在髓核細胞中miR-155與FADD、Caspase-3的表達成負相關。該實驗首次對FasL/Fas介導的髓核細胞凋亡這一經典分子生物學通路進行了研究，從microRNA角度揭示了髓核細胞凋亡的分子生物學機制。
miR-27是研究較深入的一種microRNA，其在腫瘤細胞形成過程中對腫瘤細胞增殖和凋亡的調控發揮了重要作用[10]。Liu等[2]利用實時定量PCR檢測發現，在退變椎間盤髓核組織中miR-27a的表達量明顯增高，并且通過靶基因預測技術發現，PI3K是其靶基因。同時，熒光素酶報告基因標記法證實，miR-27a通過直接與PI3K的mRNA的3’-UTR結合而發揮作用。他們進一步研究表明，miR-27a是通過PI3K/Akt途徑促進人椎間盤髓核細胞的凋亡。
王濤等[11]發現在退變椎間盤髓核組織中，有20個microRNA的表達明顯升高，其中包括miR-513a-5p和miR-494。miR-513a-5p的靶基因MKK4與miR-494的靶基因JunD均參與了JNK信號通路，并且分別位于JNK信號通路的上、下游，而JNK信號通路的激活與細胞凋亡密切相關。因此，他們提出miR-513a-5p和miR-494是通過調節JNK信號通路，在促進髓核細胞凋亡方面發揮重要作用。
上述研究分別從FasL/Fas-FADD和FasL/Fas-Caspase-3通路、PI3K/Akt通路、MKK4-JNK與JunD-JNK信號通路角度闡述了microRNA引起髓核細胞凋亡的基因、信號轉導通路和分子生物學機制，對椎間盤退變發病機制的凋亡學說進行了補充，同時為椎間盤退變的治療提供了新的方向。
2.1.2 microRNA對退變椎間盤髓核細胞異常增殖的調節
越來越多研究表明，髓核細胞簇的形成和纖維軟骨組織的增生在椎間盤退變中起到重要作用，但這些細胞增殖的機制仍不清楚[12]。有文獻報道，miR-10在調節細胞增殖方面發揮重要作用，特別是在乳腺癌、肝癌、胃癌、胰腺癌中，與腫瘤細胞表達的高低、腫瘤的演進及病理分級密切相關[13]。miR-10在椎間盤組織中也表現出調節細胞增殖的作用。Yu等[14]發現miR-10b在退變椎間盤組織中表達明顯增高，并且預測出HOXD10為miR-10b的靶基因。進一步驗證發現，在髓核細胞內下調靶基因HOXD10可促使RhoC表達增高及Akt磷酸化；同時，降低RhoC及Akt表達可以廢除miR-10b對髓核細胞的促增殖作用。因此，他們提出在退變椎間盤組織中表達顯著升高的miR-10b可通過對RhoC-Akt通路的調節來介導髓核細胞異常增殖，從而在椎間盤退變的病理過程中發揮一定作用。
miR-21在許多癌癥組織中表達異常，被認為與癌癥細胞的遷移、分化、增殖、凋亡等生物學過程密切相關。Liu等[15]研究發現，在退變椎間盤髓核組織中miR-21表達量明顯升高，進一步研究發現miR-21是通過作用其靶基因PTEN，使PTEN表達下調、Akt磷酸化增加，進而影響PTEN-Akt介導的信號轉導途徑，從而促進髓核細胞異常增殖。同時，他們也發現miR-21也能使細胞周期蛋白D1的表達增加。
以上兩個研究從miR-10b、miR-21與細胞增殖相關的信號通路分子相互作用的角度，闡述了mi croRNA調節椎間盤髓核細胞增殖的分子生物學機制，進一步證實了髓核細胞簇的形成和纖維軟骨增生的病理變化，這對椎間盤退變的機制研究也有重要意義。
2.1.3 microRNA對退變椎間盤髓核組織中蛋白水解酶的調節
正常椎間盤細胞外基質的合成和降解一直處于動態平衡。在退變椎間盤組織中IL、磷脂酶A2、TNF、蛋白水解酶等表達顯著增加，增加的蛋白水解酶通過對Ⅱ型膠原、蛋白多糖等細胞外基質的降解作用，打破了這種動態平衡，最終出現椎間盤高度下降、組織韌性降低等一系列病理改變[16]。退變椎間盤組織的細胞外基質丟失又可導致椎間盤高度下降、組織韌性降低，從而引起腰背痛。因此，研究microRNA與椎間盤退變的關系，找到能抑制椎間盤退變過程中產生的蛋白水解酶和炎性介質的microRNA，可為椎間盤突出的治療提供新思路。
胡凱[16]對12例正常髓核組織和12例椎間盤突出患者髓核組織研究發現，退變椎間盤髓核組織中miR-663b表達水平明顯降低。他們提出由于miR-663b的表達下降使其抑制靶基因基質金屬蛋白酶2（matrix metallopeptidase 2，MMP-2）的能力降低，從而引起MMP-2基因表達量上調，最終導致MMP-2在退變椎間盤組織中明顯增多。Gu等[17]利用IL-1分別致炎miR-146基因敲除和野生型小鼠，結果顯示野生型小鼠椎間盤內MMP-13和血小板反應蛋白解整合素金屬肽酶5（a disintegrin-like and metallopeptidase 5，ADAMTS-5）含量比基因敲除小鼠明顯升高，提示miR-146能減少椎間盤退變過程中炎性介質和蛋白水解酶的產生。
以往研究表明[18-19]，miR-39在細胞增殖、凋亡、侵襲和細胞外基質降解等生物學過程中發揮了重要作用。Jing等[20]發現，在退變椎間盤髓核組織中，miR-39呈明顯低表達，并且表達量與椎間盤退變程度成負相關。進一步研究發現，在髓核細胞內過表達miR-39可通過與MMP-3 mRNA的3’-UTR結合，抑制靶基因MMP-3的表達，從而使髓核細胞表達的Ⅱ型膠原增多。
蛋白水解酶MMP-2、ADAMTS-4、MMP-3、MMP-13以及炎性因子是參與退變椎間盤細胞外基質降解，從而繼發椎間盤退變等一系列病理變化的重要因素，這些因子也成為椎間盤退變發病機制的研究熱點。
2.1.4 microRNA對退變椎間盤髓核組織中膠原纖維的調節
陳宇飛[21]發現miR-129-5p 在退變椎間盤髓核組織中顯著下調，并且通過生物信息學方法預測到Ⅰ型膠原基因和整合素α1基因同時為miR-129-5p的靶基因。他還發現，miR-129-5p是通過與其靶基因整合素α1和Ⅰ型膠原mRNA的3’-UTR直接作用，來促進靶蛋白Ⅰ型膠原和整合素α1的表達，從而引起細胞功能學的改變。同時，小鼠體內實驗表明，上調miR-129-5p表達可從病理學及影像學兩個方面減輕小鼠椎間盤退變程度，而下調miR-129-5p水平使其椎間盤退變程度更嚴重。此研究提示，miR-129-5p可在體內外通過作用于靶基因整合素α1基因和Ⅰ型膠原基因，從而促進椎間盤中蛋白Ⅰ型膠原和整合素α1的合成，對椎間盤退變起調控作用。
影響椎間盤退變的因素很多，其細胞外基質的改變，尤其是Ⅱ型膠原的減少和Ⅰ型膠原的增加被認為是椎間盤退變的顯著特點之一。椎間盤退變時髓核組織中Ⅰ型膠原增多，但其表達增加的分子機制尚不明確，而整合素α1又是Ⅰ型膠原在髓核細胞上的受體；miR-129-5p作為同時調控配體（Ⅰ型膠原）和受體（整合素α1）的關鍵分子，在椎間盤退變進程中發揮著重要作用。
2.1.5 退變椎間盤組織中microRNA與信號通路的關系
Zhao等[22]利用microRNA芯片技術，發現在退變椎間盤髓核組織有25個microRNA表達明顯上調，26個microRNA表達下調。他們通過靶基因與信號通路分析發現，microRNA主要通過影響PI3K-Akt通路、MAPK通路、EGF受體通路和Wnt通路在椎間盤退變過程中發揮作用。Ohrt-Nissen等[23]使用基因芯片技術分別檢測了退變椎間盤髓核和纖維環組織中 microRNA的表達含量，結果顯示在退變髓核中，10種microRNA表達量明顯高于退變纖維環；而退變纖維環中則有27種microRNA表達含量明顯高于退變髓核。他們對上調的microRNA進行了生物信息學分析，發現microRNA主要通過影響TGF-β通路、PDGF通路、IGF通路、EGF通路以及激動蛋白細胞骨架通路，在椎間盤退變機制中發揮重要作用。
以上研究分別用芯片技術對正常和退變椎間盤髓核組織中的microRNA表達和對同一退變椎間盤的髓核組織和纖維環組織中microRNA的表達進行篩選，同時對microRNA調控的信號通路進行了分析與預測，從信號通路角度為microRNA在椎間盤退變的研究提供了方向。
2.2 microRNA在退變椎間盤軟骨終板中的作用
脊柱軟骨終板為透明軟骨，由軟骨細胞和基質兩部分組成。正常成年人的椎間盤髓核內無血管，軟骨終板是髓核營養成分和代謝產物進出的通道[24]；同時，軟骨終板也是阻止其他損傷性物質（MMP、炎性因子及免疫分子等）進入髓核的天然屏障。軟骨終板的退變可表現為軟骨終板硬化、鈣化及增厚等。退變的軟骨終板阻礙了髓核營養成分和代謝產物進出的髓核通道，從而在始動和加速椎間盤退變過程中起重要作用[2]。因此，探索軟骨終板退變的發病機制，預防或逆轉其退變，從而達到防治椎間盤退變的目的，是近年來脊柱外科研究的一大熱點問題。
miR-140是各種脊椎動物軟骨組織中特異性表達的microRNA。Miyaki等[25]發現miR-140在人關節軟骨中高表達，并在人軟骨形成和發育過程中起調控作用；他的另外一項研究還發現[26]，miR-140與骨關節炎的發生密切相關。近來，學者們對miR-140在椎間盤軟骨終板退變中的作用也進行了研究。程細高等[27]首次通過基因芯片技術對退變的椎間盤軟骨終板microRNA差異表達譜進行篩選，結果發現在退變的椎間盤軟骨終板中有22種microRNA顯著上調和19 種microRNA顯著下調，并且在退變椎間盤軟骨終板中miR-140表達量比正常終板低300%。他們進一步研究發現，ADAMS-5和DNPEP同時為miR-140的靶基因。靶基因ADAMS-5的編碼產物為基質降解蛋白酶，其高表達可破壞軟骨，導致軟骨基質降解；靶基因DNPEP編碼產物是介導軟骨發育的信號通路關鍵分子。他們提出，miR-140可能通過調節這兩種蛋白的表達，在椎間盤的軟骨終板退變中發揮重要作用。
有文獻報道，miR-34a[27]、miR-21[28]和miR-675[29]等也與軟骨細胞的凋亡、增殖或軟骨基質的產生密切相關，上述microRNA分子在軟骨終板退變進程中可能也發揮了一定作用。因此，在以后關于microRNA分子在軟骨終板退變的研究中，上述分子需得到更多關注。
3 展望
3.1 microRNA在椎間盤退變性疾病的臨床診斷前景
隨著對microRNA研究的不斷深入，發現mi croRNA的表達存在細胞或組織特異性，即在不同細胞或組織中存在著不同種類的microRNA，或相同種類的microRNA表達量不同。在退變椎間盤中同樣有多種microRNA上調或下調，我們可利用microRNA表達的組織特異性，尋找一種在退變椎間盤組織特異性表達的microRNA分子，并將其作為一種椎間盤退變的輔助診斷指標。
3.2 microRNA在椎間盤退變性疾病中的治療前景
近十年來，人們從鑒定、篩選出可能與疾病相關的microRNA分子，轉向深入研究microRNA與疾病發生發展的關系和潛在的microRNA治療應用。目前，基于microRNA的治療策略分為兩類：競爭性治療和模擬性治療。microRNA的競爭性治療是指通過外源導入microRNA的方法，競爭性抑制組織特異高表達的疾病相關microRNA，從而達到治療目的。而microRNA的模擬治療是通過外源導入能抑制致病基因的microRNA，從而通過增效或補償作用以達到治療疾病的目的。我們可通過microRNA的模擬治療方法，在髓核組織內過表達miR-155來減少髓核細胞的凋亡，過表達miR-663b來減少MMP-2的產生；或通過microRNA的競爭性治療方法抑制miR-27a、miR-513a-5p和miR-494的表達，來減少髓核細胞凋亡等，最終達到減緩椎間盤退變進程或逆轉椎間盤退變的目的。因此，microRNA作為椎間盤退變新的治療靶點，給椎間盤突出等相關疾病的治療帶來了新希望。
但值得注意的是，microRNA分子與其靶基因的結合并不是完全互補配對，所以一個microRNA可調控多個靶基因，而同時多個靶基因又可受到同一個microRNA的調控[30]。這種多對多的作用方式降低了microRNA與具體疾病相互作用的特異性，是將microRNA應用于臨床有待克服的難點之一。因此，microRNA作為基因治療方法，既為椎間盤退變的治療帶來了希望，又是一項挑戰。
椎間盤退變是指椎間盤自然老化、退化的生理病理過程，它是一系列脊柱退行性疾病的病理基礎，可引起椎管狹窄、脊柱節段不穩、骨贅形成，導致腰腿痛、頸椎病、椎間盤突出及伴隨神經根或脊髓壓迫。對椎間盤退變引起的脊柱疾患可采用保守或手術治療。脊柱融合術是目前治療椎間盤退變的“金標準”，但會改變脊柱生物力學結構，加速鄰近節段退變，甚至有再次手術的風險。因此，明確椎間盤退變發病機制，對相關疾病的診斷和治療具有重要意義。
上世紀60年代起，國內外學者開始研究椎間盤退變的病因，但至今確切機制仍不清楚。有研究表明[1-2]，椎間盤退變過程中出現許多細胞事件的異常，如椎間盤髓核細胞凋亡數量增加、各種炎性因子和基質金屬蛋白酶類表達量增多等。這一系列變化提示椎間盤內特定分子基因表達失調，進而導致各層次調節因素發生變化[3]。在這些因素中，具有調節基因表達功能的微小RNA（microRNA）在退變椎間盤組織的異常表達越來越受到關注。人們發現許多microRNA在人正常椎間盤和退變椎間盤組織中存在差異性表達，這些差異性表達的microRNA在細胞凋亡、蛋白水解酶和細胞外基質的降解等生物過程中發揮重要作用。利用轉基因技術對這些差異性表達的microRNA進行干預，調節椎間盤退變的病理生理過程，為椎間盤退變疾患的治療提供了新思路。本文圍繞microRNA與椎間盤退變的關系，對近年來microRNA在椎間盤退變領域的研究進展作一綜述。
1 microRNA簡介
microRNA是一類長21～25個核苷酸的內源性非編碼單鏈RNA分子。它廣泛存在于機體的細胞和組織中，并通過對mRNA剪切、抑制或增強其翻譯過程調控基因的表達，從而參與個體發育、機體代謝及疾病的發生、發展和轉歸等過程。
目前已知的microRNA主要依賴以下兩種序列互補原則，對靶基因起負性調控作用：一種是microRNA與靶基因mRNA不完全互補。其通過影響靶基因mRNA的穩定性，在蛋白質翻譯水平上抑制靶基因mRNA的表達，這種microRNA的結合位點通常在靶基因mRNA的3’-UTR，絕大多數哺乳動物中的microRNA通過這一途徑發揮調控作用。另一種是microRNA與靶基因mRNA完全互補（或幾乎完全互補），這種microRNA的結合位點通常在靶基因mRNA的編碼區域或開放閱讀框中。
microRNA在維系組織或器官系統的正常發育和生理功能等方面起著重要作用。在microRNA成熟過程或其靶基因mRNA上的靶位點發生缺陷、突變時，均可導致機能異常而產生疾病。
2 microRNA與椎間盤退變
髓核組織、纖維環組織、軟骨終板在椎間盤退變過程中均發生顯著的病理改變。在髓核組織中表現為髓核細胞凋亡和異常增生、蛋白水解酶類和炎性介質表達增多、各型膠原纖維和蛋白多糖的變化；在纖維環組織中表現為各種蛋白水解酶和炎性介質表達增多、細胞外基質降解和纖維環破裂；在軟骨終板方面表現為軟骨終板增厚、鈣化、水腫、脂肪化等Modic改變[4]。目前，microRNA在椎間盤退變的研究主要集中在髓核組織和軟骨終板。
2.1 microRNA在退變椎間盤髓核組織中的作用
2.1.1 microRNA對退變椎間盤髓核細胞凋亡的調節
退變椎間盤內細胞凋亡數量明顯增加，特別是髓核細胞，凋亡髓核細胞占髓核細胞總數的比例達50%～73%[5-6]。在椎間盤退變過程中，髓核細胞凋亡引起的細胞數量進行性減少，再加上髓核細胞在炎性介質和蛋白水解酶等因素的共同作用下使細胞外基質（蛋白多糖、Ⅱ型膠原等）合成減少、破壞增加，成為導致椎間盤退變的重要原因之一。因此對椎間盤細胞凋亡的研究有重要意義。
有研究表明[7-8]，miR-155的異常表達與人霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、乳腺癌、胰腺癌、結腸癌及非小細胞肺癌等疾病的發生密切相關，其在調控機體免疫系統、炎癥、凋亡等方面發揮重要作用。miR-155在椎間盤退變的作用也有大量相關研究。Wang等[9]應用基因芯片技術分別檢測了人正常與退變髓核中678種microRNA，發現29種microRNA分子具有顯著差異性表達，miR-155則是顯著表達下調的microRNA之一。他們發現，在髓核細胞內過表達miR-155可通過抑制介導細胞凋亡通路中的蛋白分子Fas相關死亡域蛋白（Fas-associated with death domain protein，FADD）與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3），促進髓核細胞凋亡。他們進一步通過原位雜交和免疫組織化學技術證實，在髓核細胞中miR-155與FADD、Caspase-3的表達成負相關。該實驗首次對FasL/Fas介導的髓核細胞凋亡這一經典分子生物學通路進行了研究，從microRNA角度揭示了髓核細胞凋亡的分子生物學機制。
miR-27是研究較深入的一種microRNA，其在腫瘤細胞形成過程中對腫瘤細胞增殖和凋亡的調控發揮了重要作用[10]。Liu等[2]利用實時定量PCR檢測發現，在退變椎間盤髓核組織中miR-27a的表達量明顯增高，并且通過靶基因預測技術發現，PI3K是其靶基因。同時，熒光素酶報告基因標記法證實，miR-27a通過直接與PI3K的mRNA的3’-UTR結合而發揮作用。他們進一步研究表明，miR-27a是通過PI3K/Akt途徑促進人椎間盤髓核細胞的凋亡。
王濤等[11]發現在退變椎間盤髓核組織中，有20個microRNA的表達明顯升高，其中包括miR-513a-5p和miR-494。miR-513a-5p的靶基因MKK4與miR-494的靶基因JunD均參與了JNK信號通路，并且分別位于JNK信號通路的上、下游，而JNK信號通路的激活與細胞凋亡密切相關。因此，他們提出miR-513a-5p和miR-494是通過調節JNK信號通路，在促進髓核細胞凋亡方面發揮重要作用。
上述研究分別從FasL/Fas-FADD和FasL/Fas-Caspase-3通路、PI3K/Akt通路、MKK4-JNK與JunD-JNK信號通路角度闡述了microRNA引起髓核細胞凋亡的基因、信號轉導通路和分子生物學機制，對椎間盤退變發病機制的凋亡學說進行了補充，同時為椎間盤退變的治療提供了新的方向。
2.1.2 microRNA對退變椎間盤髓核細胞異常增殖的調節
越來越多研究表明，髓核細胞簇的形成和纖維軟骨組織的增生在椎間盤退變中起到重要作用，但這些細胞增殖的機制仍不清楚[12]。有文獻報道，miR-10在調節細胞增殖方面發揮重要作用，特別是在乳腺癌、肝癌、胃癌、胰腺癌中，與腫瘤細胞表達的高低、腫瘤的演進及病理分級密切相關[13]。miR-10在椎間盤組織中也表現出調節細胞增殖的作用。Yu等[14]發現miR-10b在退變椎間盤組織中表達明顯增高，并且預測出HOXD10為miR-10b的靶基因。進一步驗證發現，在髓核細胞內下調靶基因HOXD10可促使RhoC表達增高及Akt磷酸化；同時，降低RhoC及Akt表達可以廢除miR-10b對髓核細胞的促增殖作用。因此，他們提出在退變椎間盤組織中表達顯著升高的miR-10b可通過對RhoC-Akt通路的調節來介導髓核細胞異常增殖，從而在椎間盤退變的病理過程中發揮一定作用。
miR-21在許多癌癥組織中表達異常，被認為與癌癥細胞的遷移、分化、增殖、凋亡等生物學過程密切相關。Liu等[15]研究發現，在退變椎間盤髓核組織中miR-21表達量明顯升高，進一步研究發現miR-21是通過作用其靶基因PTEN，使PTEN表達下調、Akt磷酸化增加，進而影響PTEN-Akt介導的信號轉導途徑，從而促進髓核細胞異常增殖。同時，他們也發現miR-21也能使細胞周期蛋白D1的表達增加。
以上兩個研究從miR-10b、miR-21與細胞增殖相關的信號通路分子相互作用的角度，闡述了mi croRNA調節椎間盤髓核細胞增殖的分子生物學機制，進一步證實了髓核細胞簇的形成和纖維軟骨增生的病理變化，這對椎間盤退變的機制研究也有重要意義。
2.1.3 microRNA對退變椎間盤髓核組織中蛋白水解酶的調節
正常椎間盤細胞外基質的合成和降解一直處于動態平衡。在退變椎間盤組織中IL、磷脂酶A2、TNF、蛋白水解酶等表達顯著增加，增加的蛋白水解酶通過對Ⅱ型膠原、蛋白多糖等細胞外基質的降解作用，打破了這種動態平衡，最終出現椎間盤高度下降、組織韌性降低等一系列病理改變[16]。退變椎間盤組織的細胞外基質丟失又可導致椎間盤高度下降、組織韌性降低，從而引起腰背痛。因此，研究microRNA與椎間盤退變的關系，找到能抑制椎間盤退變過程中產生的蛋白水解酶和炎性介質的microRNA，可為椎間盤突出的治療提供新思路。
胡凱[16]對12例正常髓核組織和12例椎間盤突出患者髓核組織研究發現，退變椎間盤髓核組織中miR-663b表達水平明顯降低。他們提出由于miR-663b的表達下降使其抑制靶基因基質金屬蛋白酶2（matrix metallopeptidase 2，MMP-2）的能力降低，從而引起MMP-2基因表達量上調，最終導致MMP-2在退變椎間盤組織中明顯增多。Gu等[17]利用IL-1分別致炎miR-146基因敲除和野生型小鼠，結果顯示野生型小鼠椎間盤內MMP-13和血小板反應蛋白解整合素金屬肽酶5（a disintegrin-like and metallopeptidase 5，ADAMTS-5）含量比基因敲除小鼠明顯升高，提示miR-146能減少椎間盤退變過程中炎性介質和蛋白水解酶的產生。
以往研究表明[18-19]，miR-39在細胞增殖、凋亡、侵襲和細胞外基質降解等生物學過程中發揮了重要作用。Jing等[20]發現，在退變椎間盤髓核組織中，miR-39呈明顯低表達，并且表達量與椎間盤退變程度成負相關。進一步研究發現，在髓核細胞內過表達miR-39可通過與MMP-3 mRNA的3’-UTR結合，抑制靶基因MMP-3的表達，從而使髓核細胞表達的Ⅱ型膠原增多。
蛋白水解酶MMP-2、ADAMTS-4、MMP-3、MMP-13以及炎性因子是參與退變椎間盤細胞外基質降解，從而繼發椎間盤退變等一系列病理變化的重要因素，這些因子也成為椎間盤退變發病機制的研究熱點。
2.1.4 microRNA對退變椎間盤髓核組織中膠原纖維的調節
陳宇飛[21]發現miR-129-5p 在退變椎間盤髓核組織中顯著下調，并且通過生物信息學方法預測到Ⅰ型膠原基因和整合素α1基因同時為miR-129-5p的靶基因。他還發現，miR-129-5p是通過與其靶基因整合素α1和Ⅰ型膠原mRNA的3’-UTR直接作用，來促進靶蛋白Ⅰ型膠原和整合素α1的表達，從而引起細胞功能學的改變。同時，小鼠體內實驗表明，上調miR-129-5p表達可從病理學及影像學兩個方面減輕小鼠椎間盤退變程度，而下調miR-129-5p水平使其椎間盤退變程度更嚴重。此研究提示，miR-129-5p可在體內外通過作用于靶基因整合素α1基因和Ⅰ型膠原基因，從而促進椎間盤中蛋白Ⅰ型膠原和整合素α1的合成，對椎間盤退變起調控作用。
影響椎間盤退變的因素很多，其細胞外基質的改變，尤其是Ⅱ型膠原的減少和Ⅰ型膠原的增加被認為是椎間盤退變的顯著特點之一。椎間盤退變時髓核組織中Ⅰ型膠原增多，但其表達增加的分子機制尚不明確，而整合素α1又是Ⅰ型膠原在髓核細胞上的受體；miR-129-5p作為同時調控配體（Ⅰ型膠原）和受體（整合素α1）的關鍵分子，在椎間盤退變進程中發揮著重要作用。
2.1.5 退變椎間盤組織中microRNA與信號通路的關系
Zhao等[22]利用microRNA芯片技術，發現在退變椎間盤髓核組織有25個microRNA表達明顯上調，26個microRNA表達下調。他們通過靶基因與信號通路分析發現，microRNA主要通過影響PI3K-Akt通路、MAPK通路、EGF受體通路和Wnt通路在椎間盤退變過程中發揮作用。Ohrt-Nissen等[23]使用基因芯片技術分別檢測了退變椎間盤髓核和纖維環組織中 microRNA的表達含量，結果顯示在退變髓核中，10種microRNA表達量明顯高于退變纖維環；而退變纖維環中則有27種microRNA表達含量明顯高于退變髓核。他們對上調的microRNA進行了生物信息學分析，發現microRNA主要通過影響TGF-β通路、PDGF通路、IGF通路、EGF通路以及激動蛋白細胞骨架通路，在椎間盤退變機制中發揮重要作用。
以上研究分別用芯片技術對正常和退變椎間盤髓核組織中的microRNA表達和對同一退變椎間盤的髓核組織和纖維環組織中microRNA的表達進行篩選，同時對microRNA調控的信號通路進行了分析與預測，從信號通路角度為microRNA在椎間盤退變的研究提供了方向。
2.2 microRNA在退變椎間盤軟骨終板中的作用
脊柱軟骨終板為透明軟骨，由軟骨細胞和基質兩部分組成。正常成年人的椎間盤髓核內無血管，軟骨終板是髓核營養成分和代謝產物進出的通道[24]；同時，軟骨終板也是阻止其他損傷性物質（MMP、炎性因子及免疫分子等）進入髓核的天然屏障。軟骨終板的退變可表現為軟骨終板硬化、鈣化及增厚等。退變的軟骨終板阻礙了髓核營養成分和代謝產物進出的髓核通道，從而在始動和加速椎間盤退變過程中起重要作用[2]。因此，探索軟骨終板退變的發病機制，預防或逆轉其退變，從而達到防治椎間盤退變的目的，是近年來脊柱外科研究的一大熱點問題。
miR-140是各種脊椎動物軟骨組織中特異性表達的microRNA。Miyaki等[25]發現miR-140在人關節軟骨中高表達，并在人軟骨形成和發育過程中起調控作用；他的另外一項研究還發現[26]，miR-140與骨關節炎的發生密切相關。近來，學者們對miR-140在椎間盤軟骨終板退變中的作用也進行了研究。程細高等[27]首次通過基因芯片技術對退變的椎間盤軟骨終板microRNA差異表達譜進行篩選，結果發現在退變的椎間盤軟骨終板中有22種microRNA顯著上調和19 種microRNA顯著下調，并且在退變椎間盤軟骨終板中miR-140表達量比正常終板低300%。他們進一步研究發現，ADAMS-5和DNPEP同時為miR-140的靶基因。靶基因ADAMS-5的編碼產物為基質降解蛋白酶，其高表達可破壞軟骨，導致軟骨基質降解；靶基因DNPEP編碼產物是介導軟骨發育的信號通路關鍵分子。他們提出，miR-140可能通過調節這兩種蛋白的表達，在椎間盤的軟骨終板退變中發揮重要作用。
有文獻報道，miR-34a[27]、miR-21[28]和miR-675[29]等也與軟骨細胞的凋亡、增殖或軟骨基質的產生密切相關，上述microRNA分子在軟骨終板退變進程中可能也發揮了一定作用。因此，在以后關于microRNA分子在軟骨終板退變的研究中，上述分子需得到更多關注。
3 展望
3.1 microRNA在椎間盤退變性疾病的臨床診斷前景
隨著對microRNA研究的不斷深入，發現mi croRNA的表達存在細胞或組織特異性，即在不同細胞或組織中存在著不同種類的microRNA，或相同種類的microRNA表達量不同。在退變椎間盤中同樣有多種microRNA上調或下調，我們可利用microRNA表達的組織特異性，尋找一種在退變椎間盤組織特異性表達的microRNA分子，并將其作為一種椎間盤退變的輔助診斷指標。
3.2 microRNA在椎間盤退變性疾病中的治療前景
近十年來，人們從鑒定、篩選出可能與疾病相關的microRNA分子，轉向深入研究microRNA與疾病發生發展的關系和潛在的microRNA治療應用。目前，基于microRNA的治療策略分為兩類：競爭性治療和模擬性治療。microRNA的競爭性治療是指通過外源導入microRNA的方法，競爭性抑制組織特異高表達的疾病相關microRNA，從而達到治療目的。而microRNA的模擬治療是通過外源導入能抑制致病基因的microRNA，從而通過增效或補償作用以達到治療疾病的目的。我們可通過microRNA的模擬治療方法，在髓核組織內過表達miR-155來減少髓核細胞的凋亡，過表達miR-663b來減少MMP-2的產生；或通過microRNA的競爭性治療方法抑制miR-27a、miR-513a-5p和miR-494的表達，來減少髓核細胞凋亡等，最終達到減緩椎間盤退變進程或逆轉椎間盤退變的目的。因此，microRNA作為椎間盤退變新的治療靶點，給椎間盤突出等相關疾病的治療帶來了新希望。
但值得注意的是，microRNA分子與其靶基因的結合并不是完全互補配對，所以一個microRNA可調控多個靶基因，而同時多個靶基因又可受到同一個microRNA的調控[30]。這種多對多的作用方式降低了microRNA與具體疾病相互作用的特異性，是將microRNA應用于臨床有待克服的難點之一。因此，microRNA作為基因治療方法，既為椎間盤退變的治療帶來了希望，又是一項挑戰。