，目生辑骨科材料与临且研克ÜRTHOPAEDIC BIOMB口王ANICSMAI'ERIALs AND CL田lCALSTUDY 2018年08月第15卷第4期doi: 10.39<例，Ï8sn.1672-5972.20l8.04.017文章辑号swgk2017-09-001 因盟盟国miR-5在关节软骨损伤修复中作用机制的研究进展*孙祥躁1起建宁2周和l武2徐海栋2张雷\"[摘要]关节软骨损伤修复一直是关节外科的热点和难点，最新研究表明，miR-5可能在关节软骨损伤修复中起着至关重要的作用.国R-5是位于第3号染色体上的非编码阳A，其功能主要是通过影响mRNA的稳定性和翻译进而参与基因表达的转录后调节，困此未来有望通过田R-5实现关节软骨损伤的原位修复.本文就miR-5的结构、功能及在关节软骨损伤修复中的作用机制作一综述.[关键词1miR-5，关节软骨损伤B修复[中图分类号1R681.3 [文献标识码1A R剧earchpn原因sonfunc植，onalm田hanisDlSof miR-5剧。nar植cularcar咀Iageinjury and repalr S皿Xiangyi~Zhao Ji;阻血，~Zhou Liwu~ et al. 1 D脚阻四tofO，曲。>pedi，叫Clinicalα111egeofM础'calSchoolofNanj皿g凶iversity(N明111事GenendHo时pii剧，;2lJepaI也entofα曲opeo盘问N呵皿~GeneJ理lHospil但~M呵k事liangsu, CbiIJa [Ab.tract] The repair of articular国rtilageinjury has alwoys been 0 hot and difficult s阳tin由edepar恤entofjoint surgecy. Recent studies have shown由otmiR-5 ploys 0 key role in也er叩airof articular cartiloge回gury.miR-5 is a non-∞4昭RNAloca饱don chromoso皿.e3, which is mainly involved in也，epo耐-田ns时ptionalregulation of gene皿~pressionby influencing趾血hilityaud 1I回slotionof mRNA. Therefurc鸟itis exp四时也otmiR-5 wiU achieve也，eeffect of 210ω~， articular car创_age~町word.]inj町yrep血h血ispap町，也es位田tureand funCtiOD of miR-5皿d血emecb皿ismofr叩airof 配ti白llarC配创.agei呼田ywOl冠reviewed.miR-5; Articular cartiloge皿gury;Repair 四11..SMSC.)会移行至关节软骨缺损处，和局部的其他细关节软骨是滑膜关节的重要组成部分，其主要功能是机体关节活动时传导载荷、缓忡应力、吸收震荡Ul当扭伤、胞一起共同参与软骨损伤的修复，.因此，要想阻断ACD向骨关节炎的进一步发展，就要研究如何增强SMSC.向软骨细胞增殖和分化，从而促进机体自我修复关节软骨损伤.近年来，大量研究表明miR-5有可能在促进滑膜间充质干细胞向软骨细胞的增殖与分化的过程中发挥着重要调节作用.四R-5是位于第3号染色体上的非编码RNA.在基因表达的过程中发挥重要的调节作用，其可能在软骨修复的TGF-BMP通路中发挥作用，未来有望通过作用于四R-5实现关节软骨损伤的修复。因此，本文就目前miR-5在关节软骨损伤修复中作用机制的研究进展作一综述。过度负重等各种原因造成关节软骨损伤时，由于缺乏血运供应及神经支配，关节软骨的自我修复能力往往有限气根据国际软骨损伤修复协会(In阳rnational臼rtilageRep阳岛ciety，ICRS)对关节软骨损伤的分级直径~3皿皿的关节软骨损伤，又称为关节软骨缺损(副叫E国rtilaged曲曲，A!∞).修复的组织主要为纤维软骨，但是大多不能完全修复:当损伤的直径进一步增大(注6皿皿).还会进一步损伤周围骨壁以及周围关节软骨，从而引起周围的软骨下骨及关节软骨的塌陷，最终不可避免的出现骨关节炎b1.膝关节损伤-ACD骨关节炎这一疾病模式在国际上及我国均非常常见，目前对于终末期膝关节骨关节炎，主要采取关节置换术，这无疑给病人的精神和经济带来巨大的负担，假如能在ACD阶段阻断这一疾病模式，必将给骨关节炎的患者带来极大的福利.生理状态下，当发生关节软骨损伤时，关节滑膜组织中的滑膜间充质干细胞(.ynovium-derived m田enchymal.阳·基盘项目E国家自然科学基金青年科学基金项目(81702170)，江苏省自然科学基金青年科学基金项目(BK20170624) ，中国博士后特别暨助项目1关节软骨损伤的修复策略目前针对关节软骨损伤的治疗，学者及临床医师提出了以下几代修复技术=第一代修复技术以自体细胞为主，包括微骨折、马赛克移植、自体软骨细胞移植等，这几种修复技术的主要缺点是均为有创操作，在修复的过程中对自身的关节软骨均会造成不同程度的损伤叫第二代修复技术在自体细胞的基础上增加了细胞基质，例如基质诱导的自体软骨细胞移植，主要缺点是移植的软骨结构不稳，生物力学性能下降叫第三代修复技术主要是运用组织工程的方法，主要包括阳启T(软骨块和自然纤维蛋白胶的混合物，Denovo公司〉、CAIS(自体软骨植入系统.Depuy公司)等，由于种(2017Tl00826) 作者单位，1南京大学医学院附属金陵医院(南京总医院〉骨科，2南京且医院骨科，江苏南京，21回022018年08月第1王卷第4期生辑骨科材料与临且研克ÜRTHOPAEDIC BIOMB口王ANICSMAI'ERIALs AND CL田lCALSTUDY .65目子细胞来源于同种异体，因此有免疫排斥和传播疾病的风险.上述三代修复技术共有的缺点是在处理4皿皿以上的ACD时效果一般，其根本原因在于上述过程无法模拟软骨生理自我修复过程，从而无法形成天然的软骨组织0'研究认为，提高机体自身的软骨修复过程〈原位修复)是关节软骨损伤修复的突破口.针对关节软骨损伤的原位修复，目前的研究热点主要在于软骨细胞在体内增殖分化的条件，软骨祖细胞和干细胞在软骨生长修复中的作用，细胞生长因子及miRNA对软骨细胞生长分化的影响等叭在SMSCs促进软骨细胞增殖与分化的过程中，有多种通路参与其中，这些通路主要包括zWntJi路、TGFp-BMPs通路、FGF通路、MAPK通路等四.在这些通路中，细胞生长因子及四RNA可能发挥了极其重要的作用\"\"研究表明，miR-5可能通过多种通路进而影响SMSCs成软骨过程中转录后调节，从而实现关节软骨损伤的原位修复，但是其中的具体机制尚未明确.2皿iR-5的基本结构与功能miRNAs是真核生物中广泛存在的一组非编码的、内源性的小RNA(大约长为18-24个核苦酸)，通过结合3'非翻译区。'-UTR)导致靶mRNA降解或着抑制mRNA翻译，从而参与基因表达的转录后调节[11]人类基因组目前已知的至少有2600个miRNA，并且被预测60%的基因组过程中有miRNA的参与IU]，在多种生物过程中发挥着重要作用，主要包括细胞增殖与分化、细胞凋亡、代谢与信号转导等【回.miR-5是位于第3号染色体上的非编码RNA，长约122忡，大量研究表明，miR-5广泛参与生物体内基因表达的调节目miR-5最早由Lai等提出，其研究表明皿R-5同其他六种miRNA可作为潜在精神症患者的生物学标志口41.后来的研究表明，miR-5与国R-31、miR-155在在一些疾病中的下调与BCR-ABL的激活有关，并且猜测这一过程与MAPK, ErbB, mTOR和VEGF信号通路有关M.最近的研究表明miR-5与肿瘤疾病密切相关，Jiang等\".研究表明四R呈可通过作用于靶蛋白TGF-p1抑制胶质母细胞瘤的增殖与分化;Merve等M发现四R-5可作为乳腺癌转移的抑制剂，并且发现这一作用主要是基于作用于PI3K和MAPK信号通路.3皿iR-5关节软骨损伤修复的机制3.1 miR-5通过TGFp-BMPs通路促进软骨损伤修复TGFp-BMPs通路在关节软骨缺损修复中处于至关重要的作用，目前已有广泛的研究表明TGF~家族及BMP家族可通过TGFp-BMPs促进SMSCs成软骨化。Maruki等M通过体外实验证明，TGFp1能够促进兔关节软骨损伤的修复。W皿吕等M通过构建猪关节软骨损伤的模型发现，BMP2及TGF~3感染的SMSCs能够促进软骨损伤的修复:并且阐述了其中的机制z当TGFp家族复合物与TGFp受体结合，促进下游的Smad2l3蛋自磷酸化并与下游的Smad4结合形成Smad213/4复合物，同样的当BMP家族与BMP受体结合后，可促进下游的Smad1/5/8磷酸化并与Smad4结合形成Smadl/4/5/8复合物，然后这两种Smad蛋白异二聚体迁移入核，并在核中与其相关联的转录困子结合来调节下游基因表达，从而促进软骨细胞的增殖与分化。在上述过程中Smad4蛋白处于两条途径的关联点，可能是TGF萨BMPs通路中关键性调节蛋白，而Jiang等国1通过研究证实miR-5可与TGFp1的3'UTR结合，进而调节靶蛋白TGF~1的表达，并且验证了miR-5可引起下游Smad4下调。由此可知，因R-5参与了TGFp-BMPs通路的，并且作用于这一通路的关键性调节蛋白s皿ad4.因此可以猜测下调回R-5可以促进Sm.d4蛋白的表达，进而通过下游形成的的两种Samd蛋白异二聚体(Smad2/3/4、Smad1/4/5/8)促进软骨细胞的增殖与分化，最终促进软骨损伤的修复.3.2生物信息学预测miR-5在软骨损伤中的作用目前广大学者已证实多种靶基因与关节软骨损伤修复相关，这其中就包括miR-5作用的靶基因，例如核受体FOX01与SKl;膜受体，CDHll与S1K3;G蛋白偶联受体PTCH1;铮指结构蛋白受体ZIC2等。研究表明在骨关节炎的患者中，靶基因CDHll与PTCH1的表达有所增加，其中CDHll属于钙粘蛋白家族，其作用机制尚未明确胆';而PTCH1已被证实通过田信号通路导致关节软骨损伤，并且与软骨损伤的的严重程度具有相关性剧，因此miR-5有可能通过下调靶基因CDHll和PTCH1来抑制关节软骨的损伤。大量学者研究证实靶基因FOX01、SKl、S1K3及ZIC2能够促进关节软骨损伤的修复，Aka回M等国1发现FOX01在青年人健康的关节软骨中显著表达，并且发现TGF-~和PDGF能显著促进FOX01的表达，由此猜测FOX01可在关节软骨损伤修复发挥重要作用，相关的实验证实靶基因SKl能够抑制多种炎症因子(白介素家族〉导致的关节软骨分解酬;Yahara等因]研究发现S1K3能够抑制骨关节炎的的进展，并且通过进一步的实验发现pter回旭B可通过S1K3促进关节软骨损伤的修复;S恒mb吨等M认为铮指结构蛋白受体ZIC2能够促进SMSCs成软骨化，既然miR-5都能够调节于上述四种靶基因，那么miR-5就有可能通过作用于他们进而来实现关节软骨损伤的修复.总而言之，目前己发现四R-5作用的多种靶基因与关节软骨损伤或修复有关，未来或许布更多的靶基因被证实参与这一过程，当然具体的相关研究还有待进一步的实验证实.4展望关节软骨损伤修复是目前关节外科的难点，虽然临床上针对关节软骨损伤方案众多，但是尚未取得实质性的突破.近年来，随着基因治疗时代的来临，为多种疾病提供了新的，66目ÜRTHOPAEDIC BIOMB口王ANICS生辑骨科材料与临且研克MAI'ERIALs AND CL田lCALSTUDY 2018年08月第15卷第4期治疗策略，这也能提示着我们未来奋望通过从基因层面突破关节软骨损伤这一难题。最近的研究表明miR-5有可能通过四Fjl-BMPs通路来促进软骨细胞的增殖与分化，进而实现软骨损伤的修复:并且发现四R-5作用的多种靶基因与关节软骨代谢相关，那么就有可能通过miR-5作用的靶基因实现关节软骨损伤修复，当然具体的机制与效果还有待进一步探讨。希望未来通过广大学者的不懈努力，最终能够为广大的关节软骨损伤的患者带来新的治疗希望.参考文献[1] Merceron C, Portron S, M田sonM, et al. Car创age恤ue回'gm阳皿g:Fromhy曲。gel抽血回回出，ymalste皿cells[J]，Bi咀edMa阳Eng. 2010, 20(3): 15弘l面.[2] S四teceM，Mob回heriA.l哩血皿。由oar也ritis:Fo囚lSon articular cartilage皿dchOI曲。叮tes[J]，Life Sci, 2015, 140: 75-78. [3] Ruta DJ, Villarreal AD, Richar由onDR.位也opedicSurgical句tio田岛II'Joint Cartilage Rep国rand Restoration[J]. Phys Med Re habil Clin N A血，2016，27(4):1019-1归2[4] changαI，Ch四CC，L旭oCH, et a1. Human acellular car咀agema恤powders国abiologica1 sc曲，ldfor cartil昭:etissue回阴阳回sm也synovium-derived m田enchymals面mcells[J]. J Bio咀edMa阳R回A，2014, 102σ): 2248-2257. [5] Hunzila贺EB，Lip[)l皿erK，JÇ眉，[MJ, et al. Au呻JCationalreview of 由rtilagerepair: pr田叩ts&pr回缸。由灿s&m皿阻四ptions-progress &pr呵田t[J].O.阳缸也ritisC缸咀唔;e，2015, 23(3): 334-350 [6] Makris EA, GOIUoll AH, Ma且皿sKN, etal. R哼扭扭.dtissue en-gineering techniques for articular回国lage[J].Nat Rev Rhe1皿a阳，2015,11(1): 21-34. [7] Shi D, Xu }ιYe Y, et al. Photo-Cr田s-LinkedS四ffoldwi也JÇartog四n-Encapsu1atedNan，叩articles如Car创ageRegeneration [J]. ACS Nano 2016,10(1): 1292-1299 [8] Fellows CR, Ma血C，Zaka町民etal.Mom曲，etiA. Adip<圃~BoneMarrow and句novialloint-Derived MI国团由，ymalStem Cells缸臼国lageR耳lOir[J].Front G四et，2016, 7: 213 [9] Zbang L, Chen S, B田N，et al. Sox4 enh皿田:8chondrogenic dif-如回.tiation皿dproliferation of human syno甘um-deriveds阳mcell via activation oflong non∞ding RNA DANCR[J]. J Mol皿s-101，201量，46(6):467-473. [1旧A四haraID. Current Statos and S国岛egyof microRNA lt础町hfor Cartilage Devel0pr0e-nt阻dOs阳oar由d由Pa血oger睡sis[J].J Bone Metab, 2016, 23(3): 121-127 [11] Huang J, zhang SY, G四YM，et al. MicroRNAs回回回Z团团团阳皿E呵pressors恒。四'phag田l田ncer:po阳出1biomar恤B皿d也E叩euticta电由[J].Cell proli缸四on，2014, 47: 27τ286 [12] Ana JÇozoma盹Sa皿Griffi也-Jon田.miRBase: integrating micro RNA annotation and由叩-s呵uenc国g由国[J].Nucleic Aci由R田，2014x, ,42: 68-73. [13] YuLiZ. MicroRNAsre，醉1atev;国四husm∞也m田cle四H直皿ctions in a:也，eroscleI'l田is(自由w)[J].In田nationaljournalof molecu-hu medicine, 2014, 34: 923-933 [14] Chi-Yu Lai, Sung-Liang Yu, Ming H. Hsieh, et al. MicroRNA ex-pression ab酣睡田国poten甘alperipheral blood biomarkers for schiz呻，hrenia[J].PLoS One, 2011, 6(6): e21635. 口5]Oshrat Hershko飞过国Rok曲，G剖itG白血01，Adelina Ovcharenko, et al. Downregulation ofmiR-31, miR-155，阻dmiR-当in chronic myeloid leuk:emia臼lls[J].PLoS One, 2012,7(4): e3当501[16] Chunming Jiang, Fang Shen, Jianm皿Du，et al. MicroRNA-5 is 由wnregu!ated in gliblastoma and inbibited proliferation and in-vasion of glioblastom.a cells by田geli吨TGF-~l[J].归回回E民2016,7(35): 56200-56208. [17] M即'cM叫u，Öz吾eS回tc~S山ailA.Ausari, et al. miR -5 ac也回a曲alinhibitor of PJ3K and MAPK signaling ne阳orks皿dinhibits proli如回回皿.dinv国ioninbr田st四2阻。].SciR甲\\2016, 6: 32541. [18] Hideyuki Maruki, M田atoSa阻，Toshiaki Takezawa, et al. Effi国tsofacell-rn四me曲。dusing col1agen vi国gel旭.cOIporatingTGF-~1 on arti由Jhu国rtilage1冒pairin a rabbit 08悟。choß.i世aldefect model [J]. JBiOIUedMaterRe, 2016,18: 12-19 口9]xin W，皿且，Yi皿linLi, Rui Han, et al. Dentineralized Bone M由ixCombined Bone :ho也rrowMesenchyma1 S田mCel1s, Bone Mor-phogenetic Protein-2阻dTrans岛.rmingGrow也Factor-b3Gene Promo恒dPig Cartilage DefectR哼air[J].PLoS ONE, 2014, 9(12): e116061. 臼0]Chunming Jiang, Fang Sh回，Jianmin Du, et al. MicroRNA-5 is 曲wnr尊卑血悟din glioblas阳皿.aand inhibited proli缸咀on阻dinV田ionof glioblastom.a cells by田get田gTGF-~l[J]. on回国get，2016,7(35): 56却0-56208.口1]K.ar1sson C, Dchnc T, Lin，也h1A, et al. G四om.e-wideexpr田sionprofiling revea1s new c阻di也teg团团associatedwi血osteoar由itis [J]. Os恒oarthri血，Cartilage，2010,18(4): 581-592 [22] Li R, cai L, Hu CM, et al. Expression ofhedgehog sig担alpa也W可in articular car咀ageis associated with也eseverity of cartilage damage in r血wi由adjuv皿:-indu国dArthritis[且JInllanun (Lond), 2015, 28(12): 24. 臼3]Akasaki Y, Hasegawa A, Saito M, et al. Dysregu!a阳dFOXO往回scription如阳sin articu1ar c配出agein aging and os旬oar由ritis[J]. Osteoar由ritisC配创lage，2014, 22(1): 162-170 口4]Choi CH，因mTH, Sung YK, et al.SKl306X inhibition of glycl>-S回回国ycandegra血tionin hum血cartilage皿volvl目也wnregt血.tionofcy臼kine也d田ed四tabolicgenl田[J].Korean J Intern M时，2014，29(5):7-655. 臼5]Yahara Y, Tak目noriH，Oka血M，etal. pt回回国Bpr回回tschond-rocyte hypertr呻hyand ost田ar由ritisin mi田hyinhibit田gSik3 [J]. Nat臼皿，un，2016, 24例:10959 曰6]S田由吨H，因ddJ，Mur田π~etal.S町四diversehum.an embry-on扭曲m田11detiv回chonl由.ogenicclonal emb叩.onicprogenitor 国lllinesdi甲laysite-甲ecifi.ccell曲，tes[J]. Reg<理Med，2013, 8 (2): 12ι144. [作者简介]孙祥簸(19四J男，硕士研究生.研究方向g关节软骨修复.*[通讯作者]张雷(1982-)男，博士后，主精医师.研究方向E关节骨科.<>Il!:稿日期，2017'{)9-04)