长链非编码RNA Airn通过PTBP1增强Runx2翻译促进成骨分化：骨质疏松症治疗新靶点

《Journal of Advanced Research》：Long non-coding RNA antisense of insulin-like growth factor 2 receptor promotes osteogenic differentiation by enhancing runt-related transcription factor 2 translation: A potential therapeutic target for osteoporosis

本研究针对骨质疏松症缺乏有效逆转治疗的临床难题，深入探讨了长链非编码RNA AIRN在成骨分化中的调控作用。研究人员通过多种体内外模型证实，AIRN通过结合PTBP1蛋白，增强RUNX2 mRNA 5‘UTR区IRES介导的翻译活性，从而促进成骨分化、改善骨质疏松。该研究揭示了lncRNA调控骨代谢的新机制，为骨质疏松基因治疗提供了潜在靶点。

　　

骨骼作为人体重要的支撑结构，其健康状态直接影响着生活质量。骨质疏松症是一种以骨量减少、骨微结构破坏为特征的全身性骨病，导致骨骼脆性增加和骨折风险升高。随着全球人口老龄化进程加速，骨质疏松症已成为严峻的公共卫生问题。据统计，超过50岁的女性中近半数会经历至少一次骨质疏松性骨折，给家庭和社会带来沉重负担。

目前临床使用的抗骨质疏松药物虽能一定程度上缓解病情，但存在明显副作用，且无法完全逆转疾病进程。因此，深入探索骨质疏松的发病机制，寻找新的治疗靶点迫在眉睫。近年来，长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）作为基因表达的关键调控因子，在多种生理病理过程中的作用日益受到关注。然而，lncRNA在骨质疏松中的具体功能及其机制尚不清楚。

在这项发表于《Journal of Advanced Research》的研究中，天津医科大学的研究团队聚焦于一种名为AIRN（antisense of insulin-like growth factor 2 receptor non-coding RNA）的lncRNA，系统探讨了其在成骨分化和骨质疏松中的功能与机制。

研究人员采用多种关键技术方法开展研究：利用尾悬吊、卵巢切除和自然衰老三种小鼠骨质疏松模型评估Airn基因敲除或过表达对骨形成的影响；通过AAV9介导的胫骨内过表达技术验证Airn的治疗潜力；应用碱性磷酸酶染色、qRT-PCR、Western blotting等技术分析成骨分化标志物；采用生物信息学预测、RNA荧光原位杂交、RNA免疫共沉淀和荧光素酶报告基因实验探讨分子机制。

Osteoblast-enriched Airn is downregulated in osteoporotic bone tissues

研究发现，Airn在成骨谱系细胞中富集，在成骨分化过程中显著上调，而在骨质疏松骨组织中明显下调。单细胞测序数据进一步证实Airn在小鼠骨组织的成骨细胞谱系和软骨细胞中富集。三种骨质疏松模型（衰老、卵巢切除、尾悬吊）均显示骨组织中Airn表达下降，而成骨标志基因（Alp、Bglap、Runx2、Osx）表达降低，破骨相关基因（Nfatc1、Ctsk）表达升高。

Airn knockout mice exhibit an osteoporotic bone phenotype

Airn基因敲除小鼠出现明显的骨质疏松表型，表现为骨矿物质密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）和骨小梁数量（Tb.N）降低，骨小梁分离度（Tb.Sp）增加。组织学分析显示骨小梁质量减少和皮质变薄。值得注意的是，Airn缺失加剧了年龄相关性骨质疏松，在6月龄时即出现明显的骨量减少。

Deletion of Airn exacerbates TS-induced osteoporosis

在尾悬吊诱导的废用性骨质疏松模型中，Airn敲除进一步加重了骨丢失，表现为BV/TV、Tb.N和骨小梁厚度（Tb.Th）的进一步降低，Tb.Sp增加。成骨标志基因Osx表达在Airn敲除后进一步下降。

Deletion of Airn exacerbates OVX-induced osteoporosis

在卵巢切除诱导的绝经后骨质疏松模型中，Airn敲除同样加剧了骨质疏松进程，BMD、BV/TV和Tb.N进一步降低，而骨小梁模式因子（Tb.Pf）增加。Osx mRNA显著降低，Ctsk表达同时升高。

Overexpression of Airn alleviates TS-induced osteoporosis

AAV9介导的胫骨内Airn过表达显著促进了骨形成，减轻了尾悬吊诱导的骨质疏松，改善了BMD、BV/TV、Tb.N和Tb.Th等参数。

Airn promotes osteogenic differentiation

功能实验表明，Airn过表达增强了成骨标志基因表达和碱性磷酸酶活性，而Airn敲低则抑制了成骨分化。值得注意的是，Airn过表达显著上调了RUNX2蛋白水平而不改变Runx2 mRNA表达，提示存在转录后调控机制。

Airn upregulates RUNX2 protein through PTBP1

机制研究发现，Airn定位于MC3T3-E1细胞的细胞核和细胞质中。环己酰亚胺（CHX）追踪实验排除了Airn影响RUNX2蛋白稳定性的可能性。生物信息学预测和RNA免疫共沉淀实验证实Airn与多嘧啶区结合蛋白1（PTBP1）直接结合。PTBP1敲低消除了Airn诱导的RUNX2、OSX和MSX2蛋白水平增加。

PTBP1 promotes Runx2 translation through binding to the 5′ UTR of Runx2 mRNA

进一步研究发现，PTBP1可与Runx2 mRNA结合，且结合倾向最高的区域位于5‘非翻译区（5’UTR）。该区域含有内部核糖体进入位点（IRES），PTBP1敲低显著减弱了Runx2 IRES的活性，表明PTBP1通过增强IRES介导的翻译来促进Runx2表达。

研究还发现，成骨分化过程中Airn的上调是由转录因子RUNX1所 orchestrated的，染色质免疫共沉淀实验证实了RUNX1与Airn启动子的直接结合。

该研究揭示了一条新的Airn-PTBP1-RUNX2调控轴在成骨分化和骨稳态中的作用。Airn通过招募PTBP1至Runx2 mRNA的5‘UTR IRES区域，促进RUNX2蛋白翻译，进而驱动成骨分化。这一发现不仅深化了对lncRNA在骨骼生物学中功能的理解，而且为骨质疏松症的治疗提供了潜在的特异性靶点。特别是AAV9介导的局部Airn过表达展现出的治疗潜力，为开发基于lncRNA的骨质疏松基因治疗策略奠定了理论基础。

研究的创新性在于首次揭示了lncRNA通过调控关键转录因子的翻译水平来影响成骨分化的新机制，突破了以往对lncRNA主要参与转录调控的传统认知。此外，研究采用的多种骨质疏松模型（衰老、卵巢切除、尾悬吊）全面模拟了临床不同类型的骨质疏松，增强了研究结果的可靠性和临床转化价值。

未来研究可进一步探讨Airn在不同性别骨质疏松中的特异性作用，以及其与其它RNA结合蛋白的相互作用网络，为开发精准抗骨质疏松疗法提供更多理论依据。