综述：长链非编码RNA在软骨发育和骨关节炎发病机制中的作用

本综述系统阐述了长链非编码RNA（lncRNA）在软骨发育与骨关节炎（OA）中的关键作用。文章详细探讨了lncRNA通过调控细胞外基质（ECM）降解、滑膜炎症、软骨细胞凋亡等病理过程影响OA进展的分子机制（如miR-93/TGFBR2、miR-222-3p/ADAM10等轴），并强调了其作为早期诊断生物标志物和新型治疗靶点的巨大潜力。

　　

长链非编码RNA的分类与功能

长链非编码RNA（lncRNA）是一类长度超过200个核苷酸的非编码RNA分子，通过与DNA、RNA序列及蛋白质分子相互作用，在哺乳动物细胞、组织和器官中参与多种生物学过程。根据其基因组定位相对于蛋白质编码基因的位置，lncRNA可分为基因间型（intergenic）和基因内型（intragenic）转录本。基因间lncRNA（也称为lincRNA）位于注释的蛋白质编码基因之间，而基因内lncRNA可进一步分为重叠正义、反义、双向、内含子型等类别（图1）。lncRNA的调控机制极为多样，可作为调控信号、引导子、诱饵和支架分子发挥作用。作为调控信号，lncRNA直接调节基因表达；作为分子诱饵，它们可通过隔离微小RNA（miRNA）来调节下游靶基因；此外，lncRNA还能通过顺式或反式作用将表观遗传修饰复合物引导至特定基因组位点，或作为支架通过结合不同结构域招募分子以协调其活性。大量lncRNA已被证明在软骨发育和OA发病机制中发挥重要作用，特别是在调节软骨细胞增殖、分化、凋亡和炎症反应方面。

软骨发育中的lncRNA

软骨是一种基质丰富而细胞稀少的结构，主要由软骨细胞组成，这些细胞负责分泌丰富的细胞外基质（ECM）。根据组成和结构差异，软骨主要分为三种类型：透明软骨（富含胶原II和蛋白聚糖）、纤维软骨（富含胶原I）和弹性软骨（含弹性纤维）。软骨细胞是软骨中唯一常驻的细胞类型，由间充质干细胞（MSC）分化而来，具有低增殖能力和有限的损伤修复能力。在OA进展过程中，软骨组成发生变化，软骨完整性逐渐丧失。

软骨发育（软骨形成）过程包括间充质细胞凝聚、分化为软骨细胞、软骨细胞肥大和后续成熟等多个阶段。生长板是高度组织化的软骨组织，负责发育过程中的纵向骨生长，这一过程由软骨细胞增殖、肥大和后续基质沉积驱动。组织学上，生长板中的软骨细胞可高度有序地分化为三个不同区域：静止区、增殖区和肥大区。

新兴研究确立了长链非编码RNA在软骨形成和软骨发育中的关键调控作用。Cao等人开创性的工作首次描述了小鼠MSC软骨形成和肥厚分化中的lncRNA表达谱，为软骨形成的潜在机制提供了新视角。软骨形成始于间充质细胞的凝聚，lncRNA-HIT通过招募p100/CBP复合物调节BMP信号通路从而促进软骨形成。BMP-Smad4信号通路关键性地控制间充质凝聚以启动骨骼发育，因此lncRNA HIT在软骨形成的初始阶段发挥重要作用。

多个lncRNA已被确定为软骨细胞分化各个阶段的关键调节因子。lncRNA H19通过竞争miRNA对STAT2的调节参与人脂肪源性干细胞（ADSC）的软骨分化调控。lncRNA UCA1通过miRNA-145-5p/SMAD5和miRNA-124-3p/SMAD4轴增强人骨髓间充质干细胞（BMSC）的软骨分化。lncRNA NEAT1在OA患者中表达上调，并通过靶向miR-16-5p促进软骨细胞增殖并抑制凋亡。

积累的证据表明，长链非编码RNA在从软骨祖细胞向分化软骨细胞过渡过程中发挥关键调节作用。值得注意的是，lncRNA GRASLND作为MSC软骨形成的调节因子，可通过结合EIF2AK2抑制IFN-γ，并在工程化软骨中对II型干扰素表现出保护效应。研究发现lncRNA GRASLND通过抑制II型干扰素信号通路促进软骨形成。ZBED3-AS1在人类BMSC软骨形成分化过程中表现出动态表达模式，并在人滑液来源的MSC中增强软骨形成。最近研究发现，lncRNA DANCR可能调节Smad3和STAT3表达，影响滑膜来源间充质干细胞的增殖和软骨形成。lncRNA ROCR在软骨形成分化过程中被诱导表达，并可通过促进SOX9表达参与MSC向软骨细胞的分化。相反，由CISTR-ACT编码的lncRNA DA125942作为负调节因子，通过抑制PTHLH和SOX9表达发挥作用，其下调可促进BMP/SOX9介导的软骨形成。lncRNA CIR在人脐带MSC（hUC-MSC）软骨形成分化过程中表达下调，而ATOH8表达升高，lncRNA CIR可通过甲基转移酶EZH2抑制ATOH8表达，从而促进软骨形成分化。

新兴证据强调了lncRNA在软骨细胞肥大和OA发病机制中的关键参与。lncRNA RMRP在OA软骨组织中显著上调，RMRP敲低通过miR-206/CDK9轴增强IL-1β处理的软骨细胞增殖并抑制凋亡。在软骨形成分化过程中，RMRP表达被动态调节以促进软骨细胞肥大。此外，最近研究强调两个新型LINC02035和LOC100130207通过调节RUNX2（软骨细胞肥大的主要调节因子）促进正常软骨细胞的肥大变化。这些发现共同确立了lncRNA作为软骨形成的主调控因子，通过信号通路调节、转录调控和表观遗传控制等多种机制发挥作用，为软骨再生策略提供了有希望的治疗靶点。

OA发病机制中的lncRNA

随着高通量测序技术的发展，大量新兴研究揭示了lncRNA可参与细胞增殖、凋亡和分化等多种生物学过程，且lncRNA在OA软骨组织中的表达显著改变。Fu等通过微阵列和生物信息学技术发现OA和非OA患者膝关节软骨中存在3007个上调和1707个下调的lncRNA，而Liu等使用微阵列技术发现OA患者中多达153个lncRNA差异表达，并表明lncRNA-CIR有助于软骨细胞的基质降解。

OA是一种全关节疾病，主要特征为透明关节软骨的结构改变、软骨下骨的异常退化和滑膜炎症。许多研究证明lncRNA在调节ECM降解、滑膜炎症、软骨形成、软骨细胞自噬和凋亡以及其他与OA发生发展相关的因素中发挥关键作用。

lncRNA介导滑膜炎症

滑膜是衬在滑膜关节囊内表面的特殊结缔组织膜，滑膜中几乎75%的细胞是成纤维样滑膜细胞（FLS）。越来越多的证据表明滑膜炎症（synovitis）是OA的标志性病理特征。多个lncRNA已被确定为OA中滑膜病理的关键调节因子。

lncRNA核旁斑组装转录本1（NEAT1）在OA软骨、滑膜组织和软骨细胞中表达上调，NEAT1可抑制滑膜细胞增殖并促进滑膜细胞凋亡。lncRNA PRNCR1在OA中过表达并在细胞质中检测到，可通过海绵化miR-377-3p调节OA中的滑膜细胞增殖和凋亡。类似地，ANRIL在OA中显著提高，可通过miR-122-5p/DUSP4轴调节OA的增殖和凋亡。此外，lncRNA GACAT3在骨关节炎滑膜细胞中表达增加，GACAT3可通过IL-6/STAT3信号通路影响OA的增殖。

研究发现lncRNA LOC101928134在OA大鼠膝关节滑膜组织中高表达，并通过上调IFNA1基因激活JAK/STAT信号通路来抑制OA大鼠的滑膜增生和软骨破坏。此外，LOC101928134的下调可抑制IL-1β和TNF-α的表达，导致OA大鼠膝关节滑膜炎减轻、炎症损伤缓解和膝关节软骨损伤减轻。lncRNA PCGEM1可通过海绵化miR-770调节滑膜细胞的增殖和凋亡，表明PCGEM1作为OA和滑膜炎治疗的潜在生物标志物和靶点。这些发现共同证明滑膜lncRNA通过不同机制协调OA发病机制的关键方面，为OA中滑膜炎的管理提供了有希望的诊断生物标志物和治疗靶点。

lncRNA介导ECM

ECM组成和结构的变化在OA进展中起决定性作用。早期OA的特征是ECM大分子的合成和模式改变。值得注意的是，聚集蛋白聚糖和胶原合成抑制以及基质金属蛋白酶（MMP）的上调可能影响ECM的结构，使组织在OA进展过程中易受机械功能障碍的影响。ECM降解对OA的病理进展至关重要，ECM降解是OA的主要特征之一。OA软骨中lncRNA的异常表达促进了ECM降解。

lncRNA MEG3有助于OA的发生和发展，包括ECM降解、血管生成和炎症。lncRNA MEG3在OA患者和大鼠模型的软骨组织中表达下调。lncRNA MEG3可通过靶向miR-93/TGFBR2轴调节OA中软骨细胞的增殖、凋亡和ECM降解。类似地，MEG3可通过miR-361-5p/FOXO1轴促进细胞增殖并抑制细胞凋亡和ECM降解。lncRNA SNHG15可通过调节ECM稳态缓解OA进展。另一项研究表明，SNHG15在OA软骨组织和IL-1β诱导的软骨细胞中表达下调，SNHG15可通过作为miR-141-3p的海绵促进BCL2L13表达，从而抑制IL-1β引起的ECM降解和细胞凋亡。

lncRNA HOTAIR在人类OA软骨和IL-1β诱导的OA模型中显著上调。它可能通过miR-222-3p/ADAM10轴促进IL-1β诱导的软骨细胞死亡、炎症、细胞外基质降解和OA中的氧化应激。此外，HOTAIR和FUT2加剧了ECM降解和软骨细胞凋亡，这种效应可通过miR-17-5p逆转。机制上，HOTAIR通过抑制WIF-1激活Wnt/β-catenin信号通路，导致分解代谢基因表达增加和OA中软骨降解加速。

此外，lncRNA PVT1可参与OA进展过程中的ECM降解。Lu等发现lncRNA PVT1在OA患者和IL-1β刺激的C28/I2软骨细胞中表达增强。PVT1敲低通过上调miR-27b-3p和下调TRAF3增强细胞存活和自噬，并抑制IL-1β诱导的凋亡和炎症。另一项研究表明，PVT1在糖尿病OA中高表达，并通过调节miR-26b-TGF-β1轴参与高血糖诱导的胶原降解。此外，PVT1作为miR-140的竞争性内源RNA（ceRNA），上调ADAMTS-5和MMP-13表达，从而加剧IL-1β处理的软骨细胞中的ECM降解。

Li等发现lncRNA-CIR在OA患者中显著上调，同时miR-27下调而MMP13上调，可通过靶向miR-27/MMP13轴促进软骨ECM降解，从而加剧OA进展。此外，研究发现LINC00671、ONECUT2和Smurf2表达在OA软骨中上调，LINC00671过表达通过上调ONECUT2介导的Smurf2导致GSK-3β泛素化，从而抑制软骨细胞增殖、增强凋亡和ECM降解。lncRNA TM1P3在OA患者中显著上调，通过miR-22/TGF-β/MMP13轴促进软骨细胞ECM降解。类似地，lncRNA XIST在OA中上调，可通过作为miR-1277-5p海绵促进MMP-13和ADAMTS5表达，从而促进ECM降解。

软骨退化中的lncRNA

软骨退化被认为有助于OA的发生。虽然OA的发病机制尚未完全明了，但现有证据证实多种病理过程导致软骨分解，包括软骨细胞凋亡和自噬、炎症、血管生成和ECM退化。

软骨细胞凋亡和自噬在软骨退化和OA发展中起关键作用。Tian等发现lncRNA SNHG7和SYVN1表达在OA组织中下调，但miR-34a-5p上调。他们确定SNHG7可通过海绵化miR-34a-5p调节SYVN1。也就是说，SNHG7通过靶向miR-34a-5p/SYVN1轴影响细胞增殖、凋亡和自噬。类似地，LUADT1下调通过miR-34a/SIRT1通路促进OA中的软骨细胞凋亡。相反，MALAT1上调通过调节miR-150-5p/AKT3轴增强增殖、抑制凋亡和ECM降解，而lncRNA-p21可通过作为miR-451的海绵促进OA中的软骨细胞凋亡。

研究确定了在OA进展中调节自噬的关键lncRNA。lncRNA-CIR通过激活自噬在OA过程中起负面作用。类似地，lncRNA-ROR通过HIF1α和p53调节软骨细胞的凋亡和自噬，表明lncRNA-ROR在OA发病机制中起关键作用。

此外，GAS5表达在OA软骨组织中上调并随OA进展而增加。GAS5通过结合miR-144并调节mTOR表达抑制自噬并促进OA软骨细胞凋亡。Guo等也发现GAS5在KOA血清、软骨组织和细胞中上调，并可诱导软骨细胞凋亡过程并通过靶向miR-137促进增殖。

类似地，HOTAIR的异常高表达导致通过海绵化miR-130a-3p抑制软骨细胞自噬而引起大量凋亡事件，这可能引发KOA。因此，抑制HOTAIR介导的凋亡可能是基因治疗KOA的潜在机制。

相反，OA患者具有高水平的lncRNA-CIR和MMP3以及低水平的COL2A1，抑制lncRNA-CIR可降低自噬水平并缓解软骨退化，表明lncRNA-CIR通过调节自噬促进骨关节炎中的关节软骨退化。PVT1已被确定参与OA进展。Lu等发现PVT1表达在OA患者和IL-1β处理的C28/I2细胞中增强，沉默PVT1可通过调节miR-27b-3p/TRAF3轴增加细胞活力和自噬并抑制IL-1β诱导的软骨细胞损伤。

血管生成是癌症生长中的重要过程，它也功能于激活侵袭和转移。此外，血管生成也参与OA的发病机制，并与软骨细胞功能的调节相关，特别是软骨退化。VEGF被认为是血管生成的主要信号分子。值得注意的是，lncRNA MEG3 demonstrates重要的调节功能，其在OA软骨组织中的下调显示与VEGF表达呈负相关。这种MEG3-VEGF关系促进软骨重塑并促进血管侵入关节软骨，从而加速OA进展。这一发现表明MEG3可能通过调节血管生成参与OA。上述讨论的这些lncRNA在软骨发育和OA中发挥特定作用，可能是OA诊断和治疗的合适生物标志物和靶点。

lncRNA在OA中的诊断和治疗作用

预测早期OA至关重要但仍然是一个巨大挑战，因为早期检测有助于设计特定的治疗策略，迫切需要寻找更可靠的分子生物标志物。最近的研究强调lncRNA作为OA的潜在诊断和预后生物标志物，在区分OA患者方面提供高灵敏度和特异性，并揭示lncRNA相对于传统标志物的诊断优势。

ROC曲线分析用于评估lncRNA对OA的诊断价值，曲线下面积（AUC）为0.8902，表明血清lncRNA-ATB可能作为骨关节炎的诊断生物标志物，但需要提高诊断特异性。类似地，lncRNA GAS5在KOA患者的血清和软骨组织中显著上调，GAS5在KOA血清中的AUC达到0.860，表明GAS5在筛查KOA方面具有高效性。此外，外周血中的lncRNA H19显示出优异的诊断性能，AUC为0.89，截止值为1.87，以及令人印象深刻的灵敏度（96%）和特异性（85.7%），进一步支持其用于OA检测的临床价值。

多项研究确定了有希望的lncRNA生物标志物，具有高诊断准确性。一项对78名OA患者的研究显示，与58名对照组相比，关节液中MIR4435-2HG表达显著降低，表现出 exceptional 诊断潜力（AUC=0.96）。类似地，对73名OA患者和66名健康志愿者的分析显示血浆中PACER和HOTAIR表达改变，AUC值分别为0.95和0.90。另一项调查发现62名OA患者与46名对照组相比血浆ANCR水平降低，产生强大的诊断AUC为0.8845。其他候选物包括DILC（AUC=0.9231）和FER1L4（AUC=0.9221），均显示出优异的诊断性能。虽然这些lncRNA表现出显著的OA预测潜力，但它们在疾病发病机制中的精确机制作用需要进一步阐明。

治疗靶点

尽管lncRNA在OA发病机制中具有多样化的功能作用及其有希望的治疗潜力，但几个挑战阻碍了它们作为OA治疗靶点的临床转化。最重要的是，特异性、递送和耐受性阻碍了所有RNA-based疗法的临床转化。目前，靶向lncRNA的治疗仍处于早期发展阶段。目前，靶向lncRNA可能分别包括转录抑制、转录后抑制、引入合成lncRNA、干扰靶标间相互作用和基因编辑技术。

小干扰RNA（siRNA）、反义寡核苷酸（ASO）和锁核酸（LNA）可下调lncRNA水平。siRNA介导的H19下调通过诱导活力、抑制凋亡和减少炎症因子分泌改善LPS触发的软骨细胞损伤。此外，PVT1沉默促进软骨细胞自噬和活力，同时抑制凋亡和炎症反应。重要的是，体内施用ad-siRNA-PVT1可减轻OA小鼠的关节炎症并降低促炎介质的表达。虽然LNA和ASO方法在癌症治疗中已证明有效，但它们在OA中的应用仍然有限，值得进一步研究。

先进的基因编辑酶系统包括成簇规律间隔短回文重复序列（CRISPR）、锌指核酸酶（ZFNs）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）相比传统RNAi技术提供卓越的lncRNA调节能力，能够精确移除、抑制或激活靶标lncRNA。虽然这些新兴技术作为OA治疗工具持有巨大 promise，并可能显著推进我们对lncRNA在疾病发病机制中作用的理解，但几个挑战仍然存在。许多lncRNA的复杂空间构型和重叠基因组排列呈现独特的靶向困难，需要进一步研究克服才能实现临床转化。

总的来说，lncRNA向临床应用的转化面临几个关键挑战，尽管临床前数据有希望。首先，技术障碍如缺乏用于检测体液（如血浆或滑液）中lncRNA的标准化 assays 以及它们与蛋白质生物标志物相比丰度低使诊断实施复杂化。其次，基于lncRNA的治疗的递送挑战——包括RNA分子的不稳定性和需要软骨靶向递送系统——仍未解决，尽管纳米颗粒based方法在动物模型中显示早期 promise。第三，生物复杂性，lncRNA的多效性效应风险 off-target 效应。然而，通过大型、纵向队列和统一方案进行稳健的临床验证在常规采用之前仍然需要。

结论与展望

积累的证据证明了长链非编码RNA（lncRNA）在OA关节病理过程中的参与。然而，OA发病机制仍然是多因素且高度复杂的。虽然大量研究和RNA测序数据已识别出多个OA相关lncRNA，但它们调节软骨稳态和促进OA发展的精确机制仍未完全明了。

本综述全面总结了当前关于lncRNA在软骨发育和OA中的知识。新兴研究突出了它们在关键OA病理特征中的调节作用，包括软骨基质降解、软骨下骨重塑、滑膜炎症和半月板损伤。重要的是，lncRNA显示出作为OA诊断生物标志物、预后指标和治疗靶点的 considerable promise。基于lncRNA的干预措施的发展可能通过减缓疾病进展和改善患者生活质量 potentially 革命化OA管理。此外，阐明lncRNA相关信号网络可能提供OA机制的新见解并促进靶向治疗策略。

尽管有这些进展，当前关于OA中lncRNA的研究面临几个限制，包括方法学不一致、矛盾发现和不足的体内验证。首先，关于特定lncRNA在不同实验模型或OA阶段的功能作用存在 conflicting 证据，例如H19和MEG3在不同模型中显示矛盾结论。其次，技术限制，如低lncRNA丰度、沉默实验中的脱靶效应、依赖体外或临床前模型以及缺乏lncRNA功能验证的标准化方法学，进一步 contribute 不一致性。第三，lncRNA的多效性 nature——通常通过 diverse 分子通路发挥作用——使解释它们在OA中的作用复杂化。此外，不一致可能源于物种特异性lncRNA表达模式，因为鼠模型通常不能完全 recapitulate 人类OA病理生理学。未来研究应优先：（1）机制研究以定义lncRNA在OA发病机制中的功能意义；（2）在大型临床队列中严格验证lncRNA生物标志物；和（3）开发靶向递送系统用于基于lncRNA的治疗。解决这些挑战对于将lncRNA研究转化为OA诊断和治疗的临床有意义应用至关重要。