近日，同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院及附屬同濟(jì)醫(yī)院的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Dual functions of microRNA-17 in maintaining cartilage homeostasis and protection against osteoarthritis”的研究論文，發(fā)現(xiàn)了骨關(guān)節(jié)炎新的發(fā)病機(jī)制，報(bào)道了微小RNA-17（miR-17）通過(guò)抑制缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α和多種基質(zhì)降解酶，發(fā)揮了維持關(guān)節(jié)軟骨生理性更新以及抑制骨關(guān)節(jié)炎軟骨破壞的雙重作用，確定了miR-17是骨關(guān)節(jié)炎診斷、預(yù)防和治療的重要靶點(diǎn)。
骨關(guān)節(jié)炎是最常見(jiàn)的滑膜關(guān)節(jié)退行性病變，致殘率高，嚴(yán)重影響老年人的生命質(zhì)量。骨關(guān)節(jié)炎軟骨破壞涉及多種炎癥因子和基質(zhì)降解酶的異常激活，目前沒(méi)有一種藥物能同時(shí)靶向多個(gè)因子、改善關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性破壞。并且，如何促進(jìn)軟骨的修復(fù)再生亦是治療的難點(diǎn)。MMP13和ADAMTS5是導(dǎo)致軟骨降解最重要的兩個(gè)酶，研究者首先使用生物信息軟件預(yù)測(cè)microRNA-mRNA的作用靶點(diǎn)，篩選出了能同時(shí)抑制MMP13和ADAMTS5的若干個(gè)微小RNA。其中的miR-17和miR-20a都屬于miR-17～92基因簇（可產(chǎn)生6種微小RNA），軟骨形態(tài)發(fā)生蛋白GDF-5可誘導(dǎo)miR-17表達(dá)顯著上調(diào)。既往研究證實(shí)了miR-17～92基因簇（特別是miR-17）對(duì)人類(lèi)和小鼠骨骼發(fā)育的關(guān)鍵作用，但是它們對(duì)成年后的關(guān)節(jié)軟骨穩(wěn)態(tài)和骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展的影響還未得到深入研究。
此項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)miR-17在表層和中層軟骨細(xì)胞中富集，在早期骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞中即表達(dá)減低，人類(lèi)骨關(guān)節(jié)炎軟骨中miR-17表達(dá)下調(diào)與軟骨破壞具有相關(guān)性。軟骨細(xì)胞特異的miR-17～92缺失小鼠或者關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射miR-17拮抗劑的小鼠在膝骨關(guān)節(jié)炎模型中發(fā)生更嚴(yán)重且廣泛的關(guān)節(jié)軟骨破壞。關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射外源性的miR-17或者由GDF-5誘導(dǎo)的內(nèi)源性miR-17上調(diào)均能有效減輕骨關(guān)節(jié)炎的嚴(yán)重程度，阻止關(guān)節(jié)軟骨破壞，miR-17治療骨關(guān)節(jié)炎的效果要優(yōu)于同基因簇的其他微小RNA（圖1）。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，miR-17結(jié)合到病理性分解基因3’-UTR的特異位點(diǎn)，能直接抑制MMP3、MMP13、ADAMTS5和NOS2的表達(dá)，具有多靶點(diǎn)的作用，因此miR-17對(duì)軟骨破壞具有強(qiáng)大而廣泛的抑制效果，同時(shí)闡明了骨關(guān)節(jié)炎關(guān)鍵基因GDF-5通過(guò)miR-17抑制軟骨分解代謝的機(jī)制（圖2）。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)miR-17～92敲除小鼠的關(guān)節(jié)軟骨在無(wú)外界損傷下發(fā)生病變，表層軟骨細(xì)胞數(shù)量減少，軟骨基質(zhì)水腫且疏松，但是不伴有病理性分解基因的上調(diào)。研究團(tuán)隊(duì)為闡明軟骨自發(fā)性退變的機(jī)理，運(yùn)用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)并分析發(fā)現(xiàn)表層軟骨含有兩種細(xì)胞，其一分泌生理性分解酶（MMP2、MMP14等），以維持軟骨組織更新；其二分泌潤(rùn)滑素并呈現(xiàn)關(guān)節(jié)滑膜內(nèi)層細(xì)胞特征，暗示了與滑膜組織的發(fā)育同源性。敲除miR-17～92軟骨細(xì)胞的合成表型和生理性分解因子的表達(dá)均顯著下調(diào)，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射miR-17后能恢復(fù)合成和分解因子的穩(wěn)態(tài)水平，維持軟骨組織的正常結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步證明了miR-17的核心作用。研究人員對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)了若干膠原修飾酶在miR-17～92敲除軟骨細(xì)胞中表達(dá)升高，且這些酶受到HIF-1α蛋白的調(diào)控。研究者證實(shí)了miR-17～92敲除鼠關(guān)節(jié)軟骨組織中HIF-1α表達(dá)顯著增強(qiáng)，并通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)闡明miR-17是軟骨細(xì)胞中HIF-1α的負(fù)向調(diào)控因子，miR-17直接靶向并限制HIF-1α的過(guò)度表達(dá)，以維持細(xì)胞正常的代謝水平和軟骨組織生理性穩(wěn)態(tài)（圖2）。此研究相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利（一種抑制骨關(guān)節(jié)炎的microRNA及其應(yīng)用）已于 2019年獲得授權(quán)。
附屬同濟(jì)醫(yī)院崔磊教授和附屬東方醫(yī)院孫毅教授為論文共同通訊作者，附屬東方醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)研究所張昀助理研究員為論文第一作者。附屬東方醫(yī)院關(guān)節(jié)與骨病專(zhuān)科主任尹峰教授為此項(xiàng)研究提供了重要指導(dǎo)。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等支持。
