引用本文： 何璐, 李彥林, 王國梁, 李燦章. 長鏈非編碼 RNA 在骨關節炎軟骨損傷中的調控作用. 中國修復重建外科雜志, 2020, 34(11): 1486-1491. doi: 10.7507/1002-1892.202002109 復制
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是臨床上最常見的骨骼疾病，OA 導致關節疼痛、僵硬和關節功能受限，嚴重影響患者骨關節功能和生活質量[1]。盡管疾病晚期可行關節置換，但假體壽命有限，術后功能結果仍不理想[2]。因此，目前研究重點應集中于 OA 的疾病預防和早期治療，進一步探尋 OA 的發病機制、病理生理及致病因素。
長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA，lncRNA）作為一類異質性非編碼 RNA，其基因組的數量在發育和分化過程中顯著增加，證明 lncRNA 在基因表達調控中起著至關重要的作用[3]。miRNA 作為一類長度為 20～23 個核苷酸的非編碼 RNA，在骨和軟骨中的作用與 OA 的發病機制密切相關。目前有研究通過闡述 miRNA 在 OA 發病中的重要作用與機制，發現了由 miRNA 靶向和調控下差異表達的 lncRNA，并構建了 miRNA 和 lncRNA 之間的調控機制網絡[4]。大部分 lncRNA 在 OA 軟骨中表達上調，在軟骨細胞外基質（extracellular matrix，ECM）降解中起關鍵作用，從而破壞關節軟骨的完整性；這些 lncRNA 的治療靶向性對 OA 進展的控制有顯著影響[5]。但是 lncRNA 在 OA 病理變化調節中的作用仍不清楚。故本綜述總結了有關 lncRNA 的最新知識，對其生物學功能和在 OA 疾病中調控的作用機制進行闡述，為 OA 的治療提供參考。
1 lncRNA 的分子功能與作用機制
lncRNA 的分子功能在表觀遺傳、轉錄和轉錄后水平調控基因表達中發揮著重要作用。其通過基因組印記、染色體修飾和轉錄干擾等參與調控多種分子生物學領域和其他疾病的發生、發展[6-7]。隨著新的 lncRNA 不斷被研究發現，lncRNA 的分子作用機制也不斷豐富和多樣化。lncRNA 的分子作用機制可以分為 4 類：① 作為信號分子，通過轉錄調控對特異性細胞的刺激做出反應，如 lincRNA 環氧合酶 2（cyclooxygenase 2，COX2）、X 染色體失活特異轉錄本（X inactive specific transcript，XIST）和母系表達基因 3（materally expressed gene 3，MEG3）等；② 作為誘餌分子，可與 RNA-RNA 及蛋白相互作用，降解 mRNA 和抑制轉錄，如生長停滯特異性 5（growth arrest-specific 5，GAS5）、HOXA 遠端轉錄本（HOTTIP）和 PTEN 同源物假基因 1（PTENP1）等；③ 作為導向分子，指導 RNA 結合蛋白復合體定位到特定的調控點，如 HOX 轉錄反義 RNA（HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR）、人肺腺癌轉移相關轉錄本 1 基因（MALAT1）和 GAS5 等；④ 作為支架分子，lncRNA 是復合體裝配的中心平臺，可通過募集染色質重塑劑進行染色質修飾和表觀遺傳修飾，如 HOTAIR、位于 INK4 位點的反義非編碼 RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）等[8-9]。綜上，雖然 lncRNA 的分子作用機制可以總結為以上 4 類，但是其作用機制和模式并非孤立存在，而是相互關聯、彼此影響，與人類多種疾病密切相關。
2 lncRNA 在 OA 病理過程中的作用
lncRNA 在影響表觀基因組的基本特征中發揮作用，這在蛋白質編碼和非編碼轉錄表達過程中都得到了體現。越來越多證據表明，各種 lncRNA 通過不同的調控途徑對 OA 患者的軟骨細胞分化和發育進行調節。lncRNA 通過參與 mRNA 轉錄、剪接和翻譯等調控 OA 軟骨細胞的增殖、凋亡和分化相關的生理過程。
2.1 lncRNA 對 OA 軟骨細胞的影響
軟骨細胞是軟骨中唯一的細胞類型，與軟骨的結構和功能密切相關。OA 的主要特征是軟骨細胞凋亡引起關節軟骨的進行性破壞。近年來研究發現，lncRNA 在軟骨增殖、凋亡過程中的表達和維持軟骨細胞內環境穩定方面發揮著重要作用[10]。有研究證實脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是與 OA 發病相關的關鍵促炎癥因子，暴露的 LPS 可以在體外誘導軟骨細胞活力降低，導致細胞凋亡增加[11]。Luo 等[12]研究表明黑色素轉鐵蛋白反義 RNA（melanotransferrin antisense RNA1，MFI2-AS1）參與調節軟骨細胞進程，包括增殖、凋亡和炎癥因子的釋放等；研究人員通過敲除 lncRNA MFI2-AS1，減輕 LPS 誘導的軟骨細胞損傷和 ECM 降解，從而減緩 OA 的疾病進展。Cao 等[13]的研究結果顯示，OA 軟骨組織中 FOXD2-鄰近相反鏈 RNA 1（FOXD2-AS1）和細胞周期蛋白 D1（cyclin D1，CCND1）表達顯著增加，它們可以通過靶向 miR-206/CCND1 軸促進軟骨細胞的生長。Xiao 等[14]實驗觀察發現，在 OA 患者血漿檢測指標中 MIR4435-2 宿主基因（MIR4435-2HG）明顯下降，抑制了軟骨細胞的增殖。Hu 等[15]研究發現在 OA 軟骨組織中，HOTAIR 表達水平顯著增高，導致 ECM 降解和軟骨細胞凋亡。Yang 等[16]研究發現 lncRNA 重編程調節物（lncRNA-ROR）通過缺氧誘導因子 1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）和 p53 調節軟骨細胞的凋亡和自噬。有研究表明，分化拮抗非編碼 RNA（differentiation antagonistic non-coding RNA，DANCR）在 OA 患者中明顯上調，lncRNA DANCR 作為競爭內源性 RNA 充當“分子海綿”，通過吸附 miR-557 調控下游靶基因的表達，從而調控 OA 的發生、發展[17]。因此，很多 lncRNA 在 OA 軟骨細胞調控中起重要作用，可以促進軟骨細胞增殖或抑制細胞凋亡，為 OA 提供了治療方向。
2.2 lncRNA 對 OA 軟骨 ECM 的影響
ECM 不僅是軟骨細胞的支架，也可作為生長因子和細胞因子的儲存庫，并調節細胞活化狀態和更新。在 OA 患者軟骨中，lncRNA 通過調節基質金屬蛋白酶（matrix metallo proteinase，MMP）及解聚素和金屬蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）的表達水平參與 ECM 的降解。Liu 等[18]研究表明，軟骨損傷相關的 lncRNA（lncRNA cartilage injury-related，lncRNA-CIR）可通過降低 MMP-13 和 ADAMTS5 等基質降解酶的表達，促進 ECM 降解，加劇關節軟骨組織的破壞，并在 OA 的發病機制中發揮關鍵作用。Wang 等[19]研究發現 lncRNA XIST 在 OA 軟骨組織表達明顯增加，促進了 ECM 的降解，對 OA 的發病機制起著關鍵作用。GAS5 是一種非編碼基因，它含有許多小的核仁 RNA（snoRNA），起到了抑制腫瘤的作用[20]。研究發現 OA 軟骨細胞中 GAS5 的過度表達增加了 MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13 等多種 MMPs 的表達水平，導致軟骨細胞凋亡和軟骨 ECM 降解；GAS5 還作為 miR-21 的負性調節因子參與 OA 的發病，調節軟骨細胞的壽命[21]。由此推斷，lncRNA CIR/XIST/GAS5 對軟骨 ECM 起到重要的調控作用，與 OA 患者關節的破壞密切相關。
2.3 lncRNA 對 OA 滑膜細胞的影響
滑膜炎是 OA 常見的病理特征，其病理變化是滑膜細胞的增殖和炎癥介質的滲出。在 OA 患者病情進展中，活化的滑膜細胞可分泌 IL-1β、TNF-α、IL-6 等炎癥因子，產生大量 MMPs，導致骨關節損傷和軟骨退變。Li 等[22]研究發現 lncRNA 胃癌相關轉錄本 3（lncRNA GACAT3）在 OA 滑膜細胞中高表達，并且可能通過 IL-6/STAT3 信號通路影響 OA 滑膜細胞的增殖。Li 等[23]發現 ANRIL 僅在滑膜細胞中過表達，而過表達的 ANRIL 顯著抑制了 miR-122-5p。因此，該研究者認為 lncRNA ANRIL 通過 miR-122-5p/人雙特異性蛋白磷酸酶 4（DUSP4）軸調節 OA 滑膜細胞的增殖。Kang 等[24]研究發現，前列腺癌基因表達標志物 1（prostate cancer gene expression marker 1，PCGEM1）在退行性疾病 OA 滑膜細胞中發揮作用。作為 miR-770 的海綿，外源性 PCGEM1 的過表達可抑制滑膜細胞凋亡，誘導自噬，促進 OA 滑膜細胞的增殖。PCGEM1 的表達水平上調后會通過內源性競爭下調 miR-770 的表達，從而限制滑膜細胞的增殖，并提示 PCGEM1 可能成為 OA 治療的靶點。因此，限制 OA 滑膜細胞的增殖和恢復滑膜功能已成為 OA 治療的新熱點。
2.4 lncRNA 對 OA 周圍組織血管生成的影響
血管生成受促血管生成因子和抗血管生成因子的調節，并參與 OA 的發生、發展。lncRNA MEG3 作為母系表達基因 ，可通過抑制血管生成來抑制腫瘤進展[25]。Su 等[26]研究表明，lncRNA MEG3 水平與 VEGF 水平成負相關；在 OA 患者軟骨中 lncRNA MEG3 明顯下調，VEGF mRNA 和蛋白的表達上調；該研究證實 MEG3 可能通過調節血管增生，為 OA 滑膜細胞提供了豐富的營養物質，從而導致滑膜炎癥介質滲出、軟骨細胞改變、骨贅形成等病理變化。p53 是 MEG3 功能的重要轉錄因子，研究發現敲低 MEG3 基因后，可誘導 p53 的表達水平上調，進而降低 VEGF 和 HIF-1α 的表達，抑制 OA 軟骨中的血管生成[26-27]。綜上，lncRNA MEG3 對 OA 周圍組織血管生成的作用提供了新見解，通過 p53 途徑抑制血管生成可能是 OA 治療的潛在靶點。Shui 等[28]通過對 OA 患者滑膜組織的共表達基因進行了基因本體論（GO）富集和京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路分析，研究結果表明 lncRNA NONHSAG034351 是 OA 患者滑膜組織中被下調的樞紐 lncRNA，其生物學功能是調節血管生成和 LPS 的炎癥反應。因此，NONHSAG034351 可能是 OA 發生發展過程中的關鍵調控因子。
2.5 lncRNA 對 OA 炎癥反應的調控
在早期階段，OA 已經具有不同程度的炎癥性質表現，最主要的炎癥因子包括 IL-1、TNF、MMPs、IL-6 和 IL-17 等[29]。Zheng 等[30]研究發現，軟骨細胞炎癥相關基因間 lncRNA（CILinc02）表達水平在 OA 軟骨組織和細胞中明顯升高，促進了 IL-1、IL-6、IL-17 的表達，從而誘導炎癥反應和關節軟骨降解。越來越多證據表明，母系印記表達轉錄本（H19）是炎癥反應的重要調節因子，而且在一系列炎癥疾病中觀察到 H19 的異常表達。與正常軟骨相比，OA 中 lncRNA H19 顯著升高。lncRNA H19 作為 miR-130a 的“分子海綿”，通過對 miR-130a 的刺激作用加重了 LPS 誘導的 C28/I2 細胞損傷，提示了一種新的調節機制可能作為 OA 的潛在治療靶點[31]。炎癥是 OA 關節疾病的重要標志，隨著對 OA 的進一步研究，lncRNA 廣泛參與其炎癥信號通路的全過程，且在骨關節組織中呈差異表達[32]。
2.5.1 NF-κB 炎癥信號通路
作為調節基因表達的轉錄因子，NF-κB 在炎癥反應的發展中發揮著重要作用，同時它的作用也廣泛伴隨 OA 的病理生理過程，尤其是對退變和炎癥期間軟骨細胞的調控。研究發現 NF-κB 信號通路在 OA 關節軟骨和滑膜細胞中被激活，NF-κB 通過誘導炎癥因子 IL-1β、TNF-α、MMP-13 的分泌，誘導軟骨細胞凋亡，導致 ECM 喪失和軟骨破壞，從而促進 OA 的發生、發展[33]。Hu 等[34]研究表明，NF-κB 誘導的 lincRNAs-COX2 可發揮新的調節作用，通過調節表觀遺傳染色質重塑，充當先天免疫細胞中晚期主要應答基因轉錄調控 NF-κB 的激活因子。作為人類染色體上的基因，lncRNA RP11-445H22.4 在 OA 軟骨細胞中表達水平顯著上調，其作為競爭內源性 RNA 充當“分子海綿”吸附 miR-301a，從而間接調控 NF-κB 和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）/ERK 途徑，減少軟骨細胞凋亡和炎癥因子的分泌[35]。Yang 等[36]通過研究 miR-495 和趨化因子配體 4（chemokine receptor 4，CCL4）在 OA 中的作用，發現 miR-495 的表達水平與 NF-κB、CCL4、Ⅱ 型膠原蛋白的表達成負相關；CCL4 可作為 miR-495 的潛在靶基因。研究表明在 OA 小鼠中，通過抑制 miR-495 可使 OA 中的 CCL4 上調，并激活 NF-κB 信號通路，抑制了 IL-1β 誘導的軟骨細胞凋亡，從而延緩了 OA 的發展。
2.5.2 p38MAPK 炎癥信號通路
p38MAPK 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，可通過細胞炎癥刺激而激活，并影響細胞凋亡、細胞增殖和自噬。p38MAPK 可以通過誘導轉錄因子復合物 NF-κB 的轉錄活性，介導多種促炎細胞反應[37]。p38MAPK 作為重要的炎癥信號通路，在 OA 的發生發展中起著重要作用。p38MAPK 炎癥通路主要通過 IL-1 介導的人軟骨細胞中蛋白聚糖基因表達水平下調導致 OA。Lei 等[38]研究發現，小核仁 RNA 宿主基因 1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）通過抑制 miR-16-5p 介導的 p38MAPK 和 NF-κB 信號通路，降低炎癥因子 IL-1β 的表達，為 OA 靶向 lncRNA SNHG1 的治療提供了理論依據。
2.5.3 Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）炎癥信號通路
TLR 是進化上的保守分子，屬于一類跨膜蛋白，在 OA 病理發展中起關鍵作用。TLR4 的表達水平與 OA 的嚴重程度成正相關；TLR4 炎癥信號通路在骨關節組織中高表達，導致 OA 患者滑膜組織中 MMPs 產生增加，并通過炎癥和炎癥誘導的分解代謝促進 OA 病理進展[39]。在 TLR 與細胞外刺激物結合后，其下游信號通路被激活以調節軟骨細胞功能。NF-κB 信號通路是 TLR2 激活后炎癥反應調節的關鍵因素，其通過傳導上游炎癥因子影響軟骨細胞凋亡。TLR2 的激活導致 OA 患者軟骨細胞磷酸化，從而通過減少 Ⅱ 型膠原蛋白和蛋白聚糖的合成，促進關節損傷以及 NF-κB 的激活來影響軟骨細胞的合成代謝活性[40]。Liu 等[41]研究發現在 OA 組織中，TLR2、NF-κB、MMP-13 等相關炎癥因子的表達明顯上調，提示 TLR2/NF-κB 信號通路可能參與 OA 的發生。
2.5.4 基質細胞衍生因子 1（stromal cell derived factor 1，SDF-1）/CXC 趨化因子受體 4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）炎癥信號通路
SDF-1 是一種小分子量的趨化因子，通過與軟骨表面的 G 蛋白偶聯受體 CXCR4 結合而發揮作用[42]。SDF-1 介導 CXCR4 的激活參與調控各種生物學過程，包括細胞運動、趨化反應、細胞黏附、基因轉錄、細胞增殖等。在骨關節中，SDF-1 在滑膜細胞中合成，CXCR4 由關節軟骨細胞表達。研究表明 SDF-1/CXCR4 可能在 OA 的發生發展中起一定作用，SDF-1 通過刺激 MMP-3 和 MMP-13 的釋放來調節軟骨細胞的分解代謝活性[43]。Wang 等[44]研究發現 SDF-1 在炎癥因子的刺激下觸發 SDF-1/CXCR4 信號傳導通路，可誘導人關節軟骨 ECM 降解；同時 CXCR4 受體拮抗劑 T140 在體內阻斷 SDF-1/CXCR4 信號通路，降低 MMP-3、MMP-9 和 MMP-13 的 mRNA 表達水平，減緩 Ⅱ 型膠原蛋白降解，為 OA 的治療提供了理論依據。Jia 等[4]研究發現 miRNA 在 SDF-1 誘導軟骨降解中起關鍵作用，通過調控 OA 軟骨細胞 miR-146a-5p 的表達水平，發現 CXCR4 和 MMP-3 水平與 miR-146a-5p 表達成負相關，與 Ⅱ 型膠原蛋白和聚集蛋白聚糖水平成正相關。CXCR4 拮抗劑 T14003 通過直接靶向 SDF-1/CXCR4 軸上調 miR-146a-5p 的表達水平，明確 miR-146a-5p 在抑制軟骨退變中的新作用，為 SDF-1/CXCR4 信號通路在 OA 發病機制中的影響提供了全新依據。
3 小結與展望
近年來，大量科學實驗證實了 lncRNA 作為基因表達調控因子對 OA 調控的價值，確定下一步深入研究是有意義的。雖然已經初步發現了大量與軟骨發育相關的 lncRNA，但只有一小部分功能被闡明。在軟骨發育或軟骨形成過程中，各種表觀遺傳因素之間存在相互作用的基因共表達網絡，單個 lncRNA 難以破壞 OA 關節軟骨或出現臨床癥狀。因此，進一步驗證與 OA 進展密切相關的 lncRNA 尤為重要。lncRNA 在 OA 中的功能、作用機制和治療意義還有待進一步研究，未來的研究領域將著重于探索 lncRNA 及其調控網絡在 OA 的發病機制，確定 lncRNA 調節炎癥途徑的作用方式，尋求有效調節 OA 病情進展的治療靶點。
作者貢獻：何璐負責綜述構思、文獻查閱及文章撰寫；李彥林、王國梁、李燦章負責審校并修改論文。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。課題經費支持沒有影響文章觀點。
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是臨床上最常見的骨骼疾病，OA 導致關節疼痛、僵硬和關節功能受限，嚴重影響患者骨關節功能和生活質量[1]。盡管疾病晚期可行關節置換，但假體壽命有限，術后功能結果仍不理想[2]。因此，目前研究重點應集中于 OA 的疾病預防和早期治療，進一步探尋 OA 的發病機制、病理生理及致病因素。
長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA，lncRNA）作為一類異質性非編碼 RNA，其基因組的數量在發育和分化過程中顯著增加，證明 lncRNA 在基因表達調控中起著至關重要的作用[3]。miRNA 作為一類長度為 20～23 個核苷酸的非編碼 RNA，在骨和軟骨中的作用與 OA 的發病機制密切相關。目前有研究通過闡述 miRNA 在 OA 發病中的重要作用與機制，發現了由 miRNA 靶向和調控下差異表達的 lncRNA，并構建了 miRNA 和 lncRNA 之間的調控機制網絡[4]。大部分 lncRNA 在 OA 軟骨中表達上調，在軟骨細胞外基質（extracellular matrix，ECM）降解中起關鍵作用，從而破壞關節軟骨的完整性；這些 lncRNA 的治療靶向性對 OA 進展的控制有顯著影響[5]。但是 lncRNA 在 OA 病理變化調節中的作用仍不清楚。故本綜述總結了有關 lncRNA 的最新知識，對其生物學功能和在 OA 疾病中調控的作用機制進行闡述，為 OA 的治療提供參考。
1 lncRNA 的分子功能與作用機制
lncRNA 的分子功能在表觀遺傳、轉錄和轉錄后水平調控基因表達中發揮著重要作用。其通過基因組印記、染色體修飾和轉錄干擾等參與調控多種分子生物學領域和其他疾病的發生、發展[6-7]。隨著新的 lncRNA 不斷被研究發現，lncRNA 的分子作用機制也不斷豐富和多樣化。lncRNA 的分子作用機制可以分為 4 類：① 作為信號分子，通過轉錄調控對特異性細胞的刺激做出反應，如 lincRNA 環氧合酶 2（cyclooxygenase 2，COX2）、X 染色體失活特異轉錄本（X inactive specific transcript，XIST）和母系表達基因 3（materally expressed gene 3，MEG3）等；② 作為誘餌分子，可與 RNA-RNA 及蛋白相互作用，降解 mRNA 和抑制轉錄，如生長停滯特異性 5（growth arrest-specific 5，GAS5）、HOXA 遠端轉錄本（HOTTIP）和 PTEN 同源物假基因 1（PTENP1）等；③ 作為導向分子，指導 RNA 結合蛋白復合體定位到特定的調控點，如 HOX 轉錄反義 RNA（HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR）、人肺腺癌轉移相關轉錄本 1 基因（MALAT1）和 GAS5 等；④ 作為支架分子，lncRNA 是復合體裝配的中心平臺，可通過募集染色質重塑劑進行染色質修飾和表觀遺傳修飾，如 HOTAIR、位于 INK4 位點的反義非編碼 RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）等[8-9]。綜上，雖然 lncRNA 的分子作用機制可以總結為以上 4 類，但是其作用機制和模式并非孤立存在，而是相互關聯、彼此影響，與人類多種疾病密切相關。
2 lncRNA 在 OA 病理過程中的作用
lncRNA 在影響表觀基因組的基本特征中發揮作用，這在蛋白質編碼和非編碼轉錄表達過程中都得到了體現。越來越多證據表明，各種 lncRNA 通過不同的調控途徑對 OA 患者的軟骨細胞分化和發育進行調節。lncRNA 通過參與 mRNA 轉錄、剪接和翻譯等調控 OA 軟骨細胞的增殖、凋亡和分化相關的生理過程。
2.1 lncRNA 對 OA 軟骨細胞的影響
軟骨細胞是軟骨中唯一的細胞類型，與軟骨的結構和功能密切相關。OA 的主要特征是軟骨細胞凋亡引起關節軟骨的進行性破壞。近年來研究發現，lncRNA 在軟骨增殖、凋亡過程中的表達和維持軟骨細胞內環境穩定方面發揮著重要作用[10]。有研究證實脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是與 OA 發病相關的關鍵促炎癥因子，暴露的 LPS 可以在體外誘導軟骨細胞活力降低，導致細胞凋亡增加[11]。Luo 等[12]研究表明黑色素轉鐵蛋白反義 RNA（melanotransferrin antisense RNA1，MFI2-AS1）參與調節軟骨細胞進程，包括增殖、凋亡和炎癥因子的釋放等；研究人員通過敲除 lncRNA MFI2-AS1，減輕 LPS 誘導的軟骨細胞損傷和 ECM 降解，從而減緩 OA 的疾病進展。Cao 等[13]的研究結果顯示，OA 軟骨組織中 FOXD2-鄰近相反鏈 RNA 1（FOXD2-AS1）和細胞周期蛋白 D1（cyclin D1，CCND1）表達顯著增加，它們可以通過靶向 miR-206/CCND1 軸促進軟骨細胞的生長。Xiao 等[14]實驗觀察發現，在 OA 患者血漿檢測指標中 MIR4435-2 宿主基因（MIR4435-2HG）明顯下降，抑制了軟骨細胞的增殖。Hu 等[15]研究發現在 OA 軟骨組織中，HOTAIR 表達水平顯著增高，導致 ECM 降解和軟骨細胞凋亡。Yang 等[16]研究發現 lncRNA 重編程調節物（lncRNA-ROR）通過缺氧誘導因子 1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）和 p53 調節軟骨細胞的凋亡和自噬。有研究表明，分化拮抗非編碼 RNA（differentiation antagonistic non-coding RNA，DANCR）在 OA 患者中明顯上調，lncRNA DANCR 作為競爭內源性 RNA 充當“分子海綿”，通過吸附 miR-557 調控下游靶基因的表達，從而調控 OA 的發生、發展[17]。因此，很多 lncRNA 在 OA 軟骨細胞調控中起重要作用，可以促進軟骨細胞增殖或抑制細胞凋亡，為 OA 提供了治療方向。
2.2 lncRNA 對 OA 軟骨 ECM 的影響
ECM 不僅是軟骨細胞的支架，也可作為生長因子和細胞因子的儲存庫，并調節細胞活化狀態和更新。在 OA 患者軟骨中，lncRNA 通過調節基質金屬蛋白酶（matrix metallo proteinase，MMP）及解聚素和金屬蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）的表達水平參與 ECM 的降解。Liu 等[18]研究表明，軟骨損傷相關的 lncRNA（lncRNA cartilage injury-related，lncRNA-CIR）可通過降低 MMP-13 和 ADAMTS5 等基質降解酶的表達，促進 ECM 降解，加劇關節軟骨組織的破壞，并在 OA 的發病機制中發揮關鍵作用。Wang 等[19]研究發現 lncRNA XIST 在 OA 軟骨組織表達明顯增加，促進了 ECM 的降解，對 OA 的發病機制起著關鍵作用。GAS5 是一種非編碼基因，它含有許多小的核仁 RNA（snoRNA），起到了抑制腫瘤的作用[20]。研究發現 OA 軟骨細胞中 GAS5 的過度表達增加了 MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13 等多種 MMPs 的表達水平，導致軟骨細胞凋亡和軟骨 ECM 降解；GAS5 還作為 miR-21 的負性調節因子參與 OA 的發病，調節軟骨細胞的壽命[21]。由此推斷，lncRNA CIR/XIST/GAS5 對軟骨 ECM 起到重要的調控作用，與 OA 患者關節的破壞密切相關。
2.3 lncRNA 對 OA 滑膜細胞的影響
滑膜炎是 OA 常見的病理特征，其病理變化是滑膜細胞的增殖和炎癥介質的滲出。在 OA 患者病情進展中，活化的滑膜細胞可分泌 IL-1β、TNF-α、IL-6 等炎癥因子，產生大量 MMPs，導致骨關節損傷和軟骨退變。Li 等[22]研究發現 lncRNA 胃癌相關轉錄本 3（lncRNA GACAT3）在 OA 滑膜細胞中高表達，并且可能通過 IL-6/STAT3 信號通路影響 OA 滑膜細胞的增殖。Li 等[23]發現 ANRIL 僅在滑膜細胞中過表達，而過表達的 ANRIL 顯著抑制了 miR-122-5p。因此，該研究者認為 lncRNA ANRIL 通過 miR-122-5p/人雙特異性蛋白磷酸酶 4（DUSP4）軸調節 OA 滑膜細胞的增殖。Kang 等[24]研究發現，前列腺癌基因表達標志物 1（prostate cancer gene expression marker 1，PCGEM1）在退行性疾病 OA 滑膜細胞中發揮作用。作為 miR-770 的海綿，外源性 PCGEM1 的過表達可抑制滑膜細胞凋亡，誘導自噬，促進 OA 滑膜細胞的增殖。PCGEM1 的表達水平上調后會通過內源性競爭下調 miR-770 的表達，從而限制滑膜細胞的增殖，并提示 PCGEM1 可能成為 OA 治療的靶點。因此，限制 OA 滑膜細胞的增殖和恢復滑膜功能已成為 OA 治療的新熱點。
2.4 lncRNA 對 OA 周圍組織血管生成的影響
血管生成受促血管生成因子和抗血管生成因子的調節，并參與 OA 的發生、發展。lncRNA MEG3 作為母系表達基因 ，可通過抑制血管生成來抑制腫瘤進展[25]。Su 等[26]研究表明，lncRNA MEG3 水平與 VEGF 水平成負相關；在 OA 患者軟骨中 lncRNA MEG3 明顯下調，VEGF mRNA 和蛋白的表達上調；該研究證實 MEG3 可能通過調節血管增生，為 OA 滑膜細胞提供了豐富的營養物質，從而導致滑膜炎癥介質滲出、軟骨細胞改變、骨贅形成等病理變化。p53 是 MEG3 功能的重要轉錄因子，研究發現敲低 MEG3 基因后，可誘導 p53 的表達水平上調，進而降低 VEGF 和 HIF-1α 的表達，抑制 OA 軟骨中的血管生成[26-27]。綜上，lncRNA MEG3 對 OA 周圍組織血管生成的作用提供了新見解，通過 p53 途徑抑制血管生成可能是 OA 治療的潛在靶點。Shui 等[28]通過對 OA 患者滑膜組織的共表達基因進行了基因本體論（GO）富集和京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路分析，研究結果表明 lncRNA NONHSAG034351 是 OA 患者滑膜組織中被下調的樞紐 lncRNA，其生物學功能是調節血管生成和 LPS 的炎癥反應。因此，NONHSAG034351 可能是 OA 發生發展過程中的關鍵調控因子。
2.5 lncRNA 對 OA 炎癥反應的調控
在早期階段，OA 已經具有不同程度的炎癥性質表現，最主要的炎癥因子包括 IL-1、TNF、MMPs、IL-6 和 IL-17 等[29]。Zheng 等[30]研究發現，軟骨細胞炎癥相關基因間 lncRNA（CILinc02）表達水平在 OA 軟骨組織和細胞中明顯升高，促進了 IL-1、IL-6、IL-17 的表達，從而誘導炎癥反應和關節軟骨降解。越來越多證據表明，母系印記表達轉錄本（H19）是炎癥反應的重要調節因子，而且在一系列炎癥疾病中觀察到 H19 的異常表達。與正常軟骨相比，OA 中 lncRNA H19 顯著升高。lncRNA H19 作為 miR-130a 的“分子海綿”，通過對 miR-130a 的刺激作用加重了 LPS 誘導的 C28/I2 細胞損傷，提示了一種新的調節機制可能作為 OA 的潛在治療靶點[31]。炎癥是 OA 關節疾病的重要標志，隨著對 OA 的進一步研究，lncRNA 廣泛參與其炎癥信號通路的全過程，且在骨關節組織中呈差異表達[32]。
2.5.1 NF-κB 炎癥信號通路
作為調節基因表達的轉錄因子，NF-κB 在炎癥反應的發展中發揮著重要作用，同時它的作用也廣泛伴隨 OA 的病理生理過程，尤其是對退變和炎癥期間軟骨細胞的調控。研究發現 NF-κB 信號通路在 OA 關節軟骨和滑膜細胞中被激活，NF-κB 通過誘導炎癥因子 IL-1β、TNF-α、MMP-13 的分泌，誘導軟骨細胞凋亡，導致 ECM 喪失和軟骨破壞，從而促進 OA 的發生、發展[33]。Hu 等[34]研究表明，NF-κB 誘導的 lincRNAs-COX2 可發揮新的調節作用，通過調節表觀遺傳染色質重塑，充當先天免疫細胞中晚期主要應答基因轉錄調控 NF-κB 的激活因子。作為人類染色體上的基因，lncRNA RP11-445H22.4 在 OA 軟骨細胞中表達水平顯著上調，其作為競爭內源性 RNA 充當“分子海綿”吸附 miR-301a，從而間接調控 NF-κB 和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）/ERK 途徑，減少軟骨細胞凋亡和炎癥因子的分泌[35]。Yang 等[36]通過研究 miR-495 和趨化因子配體 4（chemokine receptor 4，CCL4）在 OA 中的作用，發現 miR-495 的表達水平與 NF-κB、CCL4、Ⅱ 型膠原蛋白的表達成負相關；CCL4 可作為 miR-495 的潛在靶基因。研究表明在 OA 小鼠中，通過抑制 miR-495 可使 OA 中的 CCL4 上調，并激活 NF-κB 信號通路，抑制了 IL-1β 誘導的軟骨細胞凋亡，從而延緩了 OA 的發展。
2.5.2 p38MAPK 炎癥信號通路
p38MAPK 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，可通過細胞炎癥刺激而激活，并影響細胞凋亡、細胞增殖和自噬。p38MAPK 可以通過誘導轉錄因子復合物 NF-κB 的轉錄活性，介導多種促炎細胞反應[37]。p38MAPK 作為重要的炎癥信號通路，在 OA 的發生發展中起著重要作用。p38MAPK 炎癥通路主要通過 IL-1 介導的人軟骨細胞中蛋白聚糖基因表達水平下調導致 OA。Lei 等[38]研究發現，小核仁 RNA 宿主基因 1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）通過抑制 miR-16-5p 介導的 p38MAPK 和 NF-κB 信號通路，降低炎癥因子 IL-1β 的表達，為 OA 靶向 lncRNA SNHG1 的治療提供了理論依據。
2.5.3 Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）炎癥信號通路
TLR 是進化上的保守分子，屬于一類跨膜蛋白，在 OA 病理發展中起關鍵作用。TLR4 的表達水平與 OA 的嚴重程度成正相關；TLR4 炎癥信號通路在骨關節組織中高表達，導致 OA 患者滑膜組織中 MMPs 產生增加，并通過炎癥和炎癥誘導的分解代謝促進 OA 病理進展[39]。在 TLR 與細胞外刺激物結合后，其下游信號通路被激活以調節軟骨細胞功能。NF-κB 信號通路是 TLR2 激活后炎癥反應調節的關鍵因素，其通過傳導上游炎癥因子影響軟骨細胞凋亡。TLR2 的激活導致 OA 患者軟骨細胞磷酸化，從而通過減少 Ⅱ 型膠原蛋白和蛋白聚糖的合成，促進關節損傷以及 NF-κB 的激活來影響軟骨細胞的合成代謝活性[40]。Liu 等[41]研究發現在 OA 組織中，TLR2、NF-κB、MMP-13 等相關炎癥因子的表達明顯上調，提示 TLR2/NF-κB 信號通路可能參與 OA 的發生。
2.5.4 基質細胞衍生因子 1（stromal cell derived factor 1，SDF-1）/CXC 趨化因子受體 4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）炎癥信號通路
SDF-1 是一種小分子量的趨化因子，通過與軟骨表面的 G 蛋白偶聯受體 CXCR4 結合而發揮作用[42]。SDF-1 介導 CXCR4 的激活參與調控各種生物學過程，包括細胞運動、趨化反應、細胞黏附、基因轉錄、細胞增殖等。在骨關節中，SDF-1 在滑膜細胞中合成，CXCR4 由關節軟骨細胞表達。研究表明 SDF-1/CXCR4 可能在 OA 的發生發展中起一定作用，SDF-1 通過刺激 MMP-3 和 MMP-13 的釋放來調節軟骨細胞的分解代謝活性[43]。Wang 等[44]研究發現 SDF-1 在炎癥因子的刺激下觸發 SDF-1/CXCR4 信號傳導通路，可誘導人關節軟骨 ECM 降解；同時 CXCR4 受體拮抗劑 T140 在體內阻斷 SDF-1/CXCR4 信號通路，降低 MMP-3、MMP-9 和 MMP-13 的 mRNA 表達水平，減緩 Ⅱ 型膠原蛋白降解，為 OA 的治療提供了理論依據。Jia 等[4]研究發現 miRNA 在 SDF-1 誘導軟骨降解中起關鍵作用，通過調控 OA 軟骨細胞 miR-146a-5p 的表達水平，發現 CXCR4 和 MMP-3 水平與 miR-146a-5p 表達成負相關，與 Ⅱ 型膠原蛋白和聚集蛋白聚糖水平成正相關。CXCR4 拮抗劑 T14003 通過直接靶向 SDF-1/CXCR4 軸上調 miR-146a-5p 的表達水平，明確 miR-146a-5p 在抑制軟骨退變中的新作用，為 SDF-1/CXCR4 信號通路在 OA 發病機制中的影響提供了全新依據。
3 小結與展望
近年來，大量科學實驗證實了 lncRNA 作為基因表達調控因子對 OA 調控的價值，確定下一步深入研究是有意義的。雖然已經初步發現了大量與軟骨發育相關的 lncRNA，但只有一小部分功能被闡明。在軟骨發育或軟骨形成過程中，各種表觀遺傳因素之間存在相互作用的基因共表達網絡，單個 lncRNA 難以破壞 OA 關節軟骨或出現臨床癥狀。因此，進一步驗證與 OA 進展密切相關的 lncRNA 尤為重要。lncRNA 在 OA 中的功能、作用機制和治療意義還有待進一步研究，未來的研究領域將著重于探索 lncRNA 及其調控網絡在 OA 的發病機制，確定 lncRNA 調節炎癥途徑的作用方式，尋求有效調節 OA 病情進展的治療靶點。
作者貢獻：何璐負責綜述構思、文獻查閱及文章撰寫；李彥林、王國梁、李燦章負責審校并修改論文。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。課題經費支持沒有影響文章觀點。