骨关节炎(osteoarthritis，OA)是一种退行性关节疾病，其特征表现为关节软骨退行性变、滑膜炎和疼痛，并最终导致残疾^[1]。美国调查数据显示，OA是导致50岁以上男性丧失工作能力的第2位因素，仅次于心血管疾病。然而，到目前为止OA的发病机制尚不十分明确，且无十分有效的恢复退化软骨和延缓疾病进展的干预措施^[2]。长链非编码RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)是一种长度超过200个核苷酸的RNA，无开放阅读框架，缺少蛋白编码功能。过去认为lncRNAs不具备生物学功能，但越来越多的研究证实lncRNAs在基因表达、转录后修饰、表观遗传修饰等方面发挥着重要作用^[3]，且参与了癌症、心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病等多种疾病的发生发展^[4]。近来研究证实，lncRNAs亦可通过调控软骨细胞及滑膜细胞凋亡、影响软骨细胞外基质(extracellular matrix, EMC)降解、参与炎症反应、抑制血管生成、促进软骨细胞自噬、调节软骨细胞应力响应等多个环节参与OA的发生发展^[5-6]。本文对lncRNAs在OA发生发展中的作用加以综述，以期为OA的诊断和特异性治疗提供新靶点。

1.   长链非编码RNA结构与功能

lncRNAs的结构具有多样性，目前GENCODE研究计划在人类基因组中已鉴定了15 767种。根据lncRNAs在基因组上相对于蛋白编码基因的位置，可将其分为同义lncRNAs、反义lncRNAs、双向lncRNAs、内含子lncRNAs和基因间lncRNAs 5类。也可根据基因调节机制，将其分为信号lncRNAs、诱饵lncRNAs、向导lncRNAs和支架lncRNAs 4类。

lncRNAs的功能具有多样性，其基本生物学功能可概括为^[7]：(1)lncRNAs参与转录后水平调控基因表达，方式包括生成微小RNA(microRNA，miRNA)、负性调节miRNA表达、直接降解信使RNA等。lncRNAs负性调节miRNA表达的方式之一是竞争性结合miRNA，抑制miRNA与目标信使RNA结合，该过程被称为lncRNAs诱导的miRNA沉默，此lncRNAs亦被称之为“miRNA海绵”，又被称为内源性竞争RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)。(2)lncRNAs参与转录水平调控基因表达，其方式包括从活性增强子转录成瞬态lncRNAs、lncRNAs产生增强子样活性、lncRNAs招募形成染色质修饰复合物等。

2.   长链非编码RNA在骨关节炎关节软骨中的表达

lncRNAs的表达具有组织特异性和时空性。不同组织表达lncRNAs的量不同，即使是同一组织中处于不同状态时表达量也不尽相同。lncRNAs在关节软骨中的表达也具有这些特点。Liu等^[8]报道，与正常关节软骨相比，OA关节软骨中有152种lncRNAs表达出现差异，其中82种表达上调、70种表达下调，且表达上调最为明显的是软骨损伤相关lncRNAs (cartilageinjury-related lncRNAs，lncRNA-CIR)；Fu等^[9]报道在OA关节软骨中有4714种lncRNAs表达出现差异，其中3007种表达上调、1707种表达下调，且6种下调的lncRNAs(THBS2-1、RP11-195E11.3、RP11-632K21.1、SUN2、RP11-396J17.1、AP003175.1)与基因芯片检测结果一致；Xing等^[10]报道在OA关节软骨中有121种lncRNAs表达出现差异，其中73种表达上调、48种表达下调，且6种上调的lncRNAs(HOTAIR、GAS5、PMS2L2、RP11-445H22.4、H19、CTD2574D22.4)已由实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR，qRT-PCR)实验结果得到确认。近年来，更多的证据进一步证实lncRNAs在OA关节软骨的表达存在差异，且证实部分表达差异的lncRNAs与OA的发生发展有关^{[11, 14, 16-17, 19, 22, 29, 31, 36]}。

3.   长链非编码RNA在骨关节炎发生发展中的作用

3.1   调节细胞凋亡

与OA发生发展密切相关的凋亡细胞主要是软骨细胞和滑膜细胞，lncRNAs对这2类细胞的凋亡均有影响。

3.1.1   调节软骨细胞的凋亡

大量证据显示软骨细胞凋亡可导致软骨退行性变，从而促进OA的发生发展，且抑制软骨细胞凋亡成为治疗OA的重要靶点^[12-13]。但不同lncRNAs对软骨细胞凋亡的调节作用不同，包括：(1)促进软骨细胞凋亡。变异性浆细胞瘤异位1(plasmacytoma variant translocation 1，PVT1)是一种特异性lncRNAs，位于8q24.21，Li等^[14]研究发现PVT1在OA软骨细胞中比在正常软骨细胞中的表达上调，沉默PVT1可抑制OA软骨细胞凋亡及基质金属蛋白酶1(matrix metalloproteinase 1，MMP1)、MMP13表达，过表达PVT1则促进正常软骨细胞凋亡及MMP1、MMP13表达；进一步研究证实，过表达PVT1可抑制miR-488-3p在OA软骨细胞中表达，而过表达miR-488-3p则反过来抑制PVT1在OA软骨细胞中表达，且PVT1的促凋亡作用具有miR-488-3p依赖性，提示PVT1是通过充当miR-488-3p海绵而促进软骨细胞凋亡的。HOX转录反义RNA(HOX transcript antisense intergenic RNA，HOTAIR)是一种在大多数人类癌症中表达、与癌症相关的lncRNAs，Zhang等^[15]研究发现HOTAIR在颞下颌关节OA患者滑液中的表达明显上调，体外给予白细胞介素1β(interleukin 1β, IL-1β)刺激后软骨细胞MMP1、MMP3、MMP9和HOTAIR的表达均明显上调，但敲除HOTAIR可抑制IL-1β诱导的软骨细胞凋亡及MMP1、MMP3和MMP9表达，提示HOTAIR在颞下颌关节OA患者中发挥促凋亡作用。生长抑制特异性基因5(growth arrest specific 5，GAS5)是一种负性调节细胞生长的lncRNAs，在细胞缺乏营养或生长因子时表达上调。Song等^[16]采用qRT-PCR和RNA荧光原位杂交法发现GAS5在OA软骨细胞中比在正常软骨细胞中的表达明显上调，过表达GAS5基因可促进MMP2、MMP3、MMP9、MMP13以及蛋白聚糖酶ADAMTS-4表达，促进软骨细胞凋亡。此外，还发现miR-21在OA软骨细胞中明显下调，沉默miR-21可增加GAS5的表达并诱发软骨细胞凋亡，但转染GAS5后又可显著抑制miR-21在软骨细胞中的表达。上述结果提示，GAS5基因通过负向调控miR-21表达诱发软骨细胞凋亡从而促进了OA的发生发展。(2)抑制软骨细胞凋亡。UFC1是一种基因间lncRNAs，Zhang等^[17]研究发现UFC1在OA软骨中的表达明显下调，过表达UFC1可促进软骨细胞增殖、抑制凋亡，且UFC1的抗凋亡作用具有miRNA-34a依赖性，结合沉默miRNA-34a可抑制IL-1β诱导的软骨细胞凋亡，推测UFC1可通过抑制miRNA-34a表达而对IL-1β损伤软骨细胞产生保护作用。

3.1.2   抑制滑膜细胞凋亡

大量证据显示，活化成纤维细胞样滑膜细胞可通过分泌炎性因子等活性物质促进软骨降解，从而在OA的发生发展中发挥重要作用^[18]。Kang等^[19]发现在人OA滑膜细胞中，38种lncRNAs表达下调，14种lncRNAs表达上调。前列腺癌基因表达标记1(prostate cancer gene expression marker 1，PCGEM1)是一种与前列腺癌有关的lncRNAs，但在人OA滑膜细胞中明显过表达。该研究还显示外源过表达的PCGEM1可抑制滑膜细胞凋亡、促进滑膜细胞增殖，转染miRNA-770前体可抑制滑膜细胞增殖、促进滑膜细胞凋亡。此外，PCGEM1可抑制miRNA-770表达，并可逆转miRNA-770对滑膜细胞的作用。上述结果提示，PCGEM1可充当miRNA-770海绵，进而抑制滑膜细胞凋亡从而参与OA治疗的发生发展。基于现有研究推测，lncRNAs可抑制滑膜细胞凋亡。

3.2   调节软骨细胞外基质稳态

维持ECM合成与分解代谢的稳态是保证关节软骨正常结构、维持正常功能的关键^[20]。近年来研究显示，lncRNAs在维持ECM稳态方面发挥一定作用。

3.2.1   促进ECM分解

除PVT1^[14]、HOTAIR^[15]、GAS5^[16]外，下列lncRNAs也可促进EMC分解：(1)HOTTIP基因。HOTTIP位于HoxA基因簇的5′-端，通过染色体环接近5′ HoxA基因，并与WDR/MLL复合物相互作用并引导复合物至5′ HoxA基因，介导组蛋白H3K4三甲基化从而导致基因转录，协同活化多个5′ HoxA基因的表达^[21]。HoxA13属于Hox基因，可调节关节软骨的生长和分化。Kim等^[22]研究发现，HOTTIP在人OA软骨细胞中表达上调最为明显，同时伴有HoxA13表达下调。且采用小干扰RNA (small interfering RNA，siRNA)沉默OA关节软骨细胞HoxA13后显著降低整合素α1水平。已有研究证实，过表达整合素α1可促进软骨生成，而敲出整合素α1时小鼠在早期即表现出软骨降解以及MMP2合成增加。由此推断，HOTTIP促进EMC分解可能是通过抑制HoxA13/整合素α1/MMP2信号通路实现的，且HOTTIP可作为OA早期检测标志物和潜在治疗靶点。(2)lncRNA-CIR基因。Liu等^[8]在对lncRNA-CIR的功能研究时发现，采用RNA干扰(RNA interference，RNAi)沉默lncRNA-CIR可抑制OA软骨细胞MMP13、ADMTS-5表达并可促进Ⅰ型胶原、Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖合成。且lncRNA-CIR上述作用可被波形蛋白逆转。基于此可以推断，lncRNA-CIR可促进EMC降解，破坏关节软骨完整性，从而促进OA的发生发展。

3.2.2   促进EMC合成

H19基因定位于人11p15.5和小鼠7号染色体远端，成熟H19基因全长为2.3kb。H19基因在进化上高度保守，在椎体动物胚胎期高度表达，出生后在除骨骼肌、软骨以外的多数组织中不再表达，但当组织受损后可被激活。Dudek等^[23]报道，H19基因在人关节软骨细胞中高度表达且具有SRY相关高迁移率族盒蛋白-9(SRY-related high mobility group box 9，SOX9)依赖性，连同其编码的miRNA-675可促进人关节软骨细胞分泌Ⅱ型胶原，维持软骨细胞功能。Lo Dico等^[24]研究证实，miRNA-675可上调低氧诱导因子HIF-1α的表达，抑制HIF-1α在有氧状态下的降解。Bouaziz等^[25]研究发现，低氧环境能保护关节软骨，其机制是低氧诱导因子HIF-1α与β-连环蛋白相互作用下调MMP13的表达从而抑制小鼠关节软骨损伤，由此推测H19基因对关节软骨的保护作用可能与其编码的miRNA-675上调HIF-1α表达有关。Steck等^[26]的实验结果证实了上述推测，即在缺氧或化学性缺氧状态下体外培养软骨细胞H19基因、miRNA-675、Ⅱ型胶原均表达上调并呈现正相关，但在IL-β、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的刺激下软骨细胞H19基因、miRNA-675、Ⅱ型胶原均表达下调且无相关性。

3.3   抑制炎症反应

炎症与OA发生发展之间的关系已十分明确，目前认为炎症主要通过细胞因子如IL-1β、核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、TNF-α等诱导软骨细胞凋亡、激活MMP水解EMC，最终导致关节软骨退行性变^[27]。lncRNAs参与调节机体炎症反应^[28]，故也参与调节了OA炎症反应^[29]。目前研究较为深入的是Pearson等^[29]以体外培养人髋OA软骨细胞为研究对象所开展的实验。IL-1β刺激人髋OA软骨细胞后125种lncRNAs出现差异化表达，其中106种表达上调、19种表达下调。进一步实验结果显示，P50-相关环氧合酶2-基因RNA(p50-associated cyclooxygenase 2-extragenic RNA，PACER)和2种软骨细胞炎症相关性lncRNAs(CILinc01、CILinc02)均可在膝、髋OA软骨中表达下调。选择IL-1β、TNF、瘦素、内脂素等与OA病理过程相关的促炎细胞因子刺激体外培养软骨细胞后，上述3种lncRNAs呈现时间依赖性快速表达上调。敲除人软骨细胞CILinc01可明显增强IL-1β诱导的IL-6、IL-8、TNF、巨噬细胞炎性蛋白1β(macrophage inflammatory protein 1β，MIP-1β)、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，GCSF)等促炎细胞因子分泌，而敲除CILinc02后可增强IL-6分泌。上述数据提示，3种lncRNAs可抑制OA炎症反应从而对炎症所诱导的软骨退行性变产生保护作用。同时，Pearson等^[29]也初步阐明PACER对OA炎症反应的调节作用与其调节花生四烯酸信号通路有关，而CILinc01和CILinc02则与其调节NF-κB信号通路有关。

3.4   调节血管生成

炎症能够刺激血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)分泌而诱导血管生成，而血管生成又能促进炎症发展，并促进滑膜过度生长及软骨骨化，二者共同参与了OA的发生发展。母系印记表达基因3(maternally expressed gene 3，MEG3)定位于人染色体14q32.3，长度为35kb，具有肿瘤抑制作用^[30]。Su等^[31]研究发现，MEG3在OA关节软骨中表达明显下调，而VEGF及其信使RNA水平表达明显上调，且二者之间呈现明显负相关，提示MEG3可通过抑制血管生成而参与OA的发生发展，但其抑制血管生成的机制尚不清楚。MEG3可选择性激活p53表达从而发挥抑癌作用，而Zhu等^[32]报道p53在膝OA软骨细胞中表达上调且可诱导软骨细胞凋亡，因此推测MEG3激活p53表达或许也是其抑制血管生成的机制。

3.5   调节细胞自噬

自噬可清除细胞受损的细胞器和大分子，是维持细胞内稳态不可或缺的机制。越来越多的研究证实，OA的发生发展与软骨细胞自噬水平下降有关^[33]。近来研究证实，lncRNAs在自噬过程中发挥着重要作用，并借此参与了OA等多种疾病的发生发展^[34]。Song等^[16]等发现过表达GAS5可抑制软骨细胞自噬，下调自噬相关蛋白如LC3B、Atg7和beclin-1的表达，其机制是GAS5与miR-21相互作用即GAS5上调抑制miR-21表达、miR-21表达下调又可抑制自噬。Kang等^[19]发现lncRNAs对滑膜细胞自噬也有影响，PCGEM1可上调自噬基因如ATG12、ATG5、ATG3和beclin-1表达，提示PCGEM1诱导滑膜细胞自噬。

3.6   调节软骨细胞应力响应

机械应力是OA发生发展的关键因素^[35]。Liu等^[36]发现与完整软骨相比，107种lncRNAs在受损软骨中的表达出现差异，其中51种表达上调、56种表达下调。lncRNA-MSR(TMSB4 pseudogene lncRNA related to mechanical stress)不仅在受损软骨中表达上调，而且当软骨细胞受到机械应力时也可被激活，其机制是lncRNA-MSR作为一种ceRNA竞争性结合miRNA-152从而上调TMSB4表达，而TMSB4表达上调又可诱导细胞骨架解体和ECM降解，提示lncRNA-MSR可调节软骨细胞应力响应从而参与OA的发生发展。

4.   基于长链非编码RNA的骨关节炎靶向治疗

上述研究显示，PCGEM1^[19]、lncRNA-CIR^[8]、HOTTIP^[22]、H19^[23]、GAS5^[16]和HOTAIR^[15]有可能成为OA诊断的生物标志物以及治疗靶点。RNAi是指将与靶基因的转录产物信使RNA存在同源互补序列的双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)导入细胞后特异性地降解该信使RNA，从而产生相应的功能表型缺失的过程^[37]。而采用siRNA诱导RNAi的发生已成功用于肝、乳腺、前列腺、肺等癌症的治疗^[37]。同其他基因一样，lncRNAs也可通过特异性siRNA而被沉默，并已用于研究OA的靶向lnc-RNAs治疗。研究证实采用siRNA沉默lncRNA-CIR^[8]、HOTTIP^[22]、HOTAIR^[15]等可延缓OA的发生发展。由于siRNA具有高度特异性，只靶向1种信使RNA，而miRANs却能靶向多种信使RNA^[38]，因此基于siRNA的OA靶向lncRNAs治疗具有很好的发展前景。然而，应同时看到该方法还面临着很多挑战如稳定性不高、摄取率低、效价低、脱靶(off-target)等^{[37, 39]}。

5.   小结与展望

lncRNAs的研究已成为近年热点，lncRNAs具有重要而广泛的生物学功能的观点已广为接受。部分差异化表达的lncRNAs参与了OA的发生发展，同时可作为OA诊断的生物标志物和治疗靶点。但笔者认为目前研究仍存在一定的局限性，如因lncRNAs的多样性对哪些lncRNAs在OA的发生发展中发挥关键作用尚未完全明确；以lncRNAs为靶点对OA的干预尚处于初级试验阶段，缺乏临床结果支持等。因此，今后的研究重点应是尽快明确与OA发生发展密切相关的lncRNAs，在此基础上借鉴药理学研究抗癌药物的思路^[40-41]，开发以lncRNAs为靶点的可干预OA小分子药物、反义寡核苷酸等；采用遗传学研究策略，利用功能获得和缺失的方法进一步证实lncRNAs与OA发生发展的关系，有望推动以lncRNAs为生物标志物对OA进行早期诊断和以lncRNAs为靶点对OA进行精准治疗的深入开展。