創傷性股骨頭壞死(TIONFH)是髖部創傷后引起的嚴重并發癥,股骨頸骨折是最常見的原因,因此股骨頸骨折后早期篩查和診斷TONFH尤為重要。有研究發現,骨細胞、血管內皮祖細胞和血液流變學等異常改變與TIONFH相關,TIONFH患者體內微小核糖核酸(miRNA)表達譜也呈現出顯著特異性改變。表明miRNA表達譜改變與TIONFH密切相關。因此,部分研究者提出miRNA可作為一種新型生物標志物來診斷和治療TIONFH。本文將對miRNA在TIONFH早期診斷和治療中的作用進行綜述。
TIONFH患者血漿中miRNA的差異表達
TIONFH的發生是受許多因素影響的,目前公認的的因素是血供不足和壞死區域骨的有效重建模式失衡,仍有較多的因素有待明確。大量研究表明:血液循環中的miRNA表達變化與疾病的演變關系密切。因此,應用差異miRNA分析TIONFH的相關基因是科學可行的,即對股骨頸骨折術后發生TIONFH患者及股骨頸骨折術后未發生TIONFH患者的血漿miRNA進行對比,尋找具有顯著異常的miRNA再分析其具體機制。如Wu等用芯片對股骨頭壞死患者和股骨頸骨折患者血漿樣本的miRNA表達譜進行檢測分析,發現let-7c,let-7i,miRNA-320e,miRNA-146b-5p及miRNA-335-5p在兩組表現差異較大。張穎等采用通量篩選的方法探討TIONFH患者特異性表達的miRNA及其調控的靶基因,共確定了miRNA-93-5p,let-7i-5p,miRNA-320a,miRNA-25-3p,miRNA-16-2-3p,miRNA-122-5p,miRNA-471l-3p,miRNA-3191-5p為TIONFH特異表達miRNA.楊玉寶等采用基因檢測技術對比股骨頭壞死組和正常組患者的基因,認為miRNA-494,miRNA-29a及miRNA-486-5p在兩組患者之間存在差異。
miRNA對骨髓間充質干細胞成骨分化過程的調控作用
TIONFH發生區域骨小梁連續性被破壞、骨細胞凋零,其重要特征就是股骨頭區域塌陷[6]。骨細胞是由骨髓間充質干細胞多次分化而逐漸形成的產物,因此骨髓間充質干細胞在TIONFH骨修復中意義大。近年來發現許多miRNA通過調控相關因子來參與骨髓間充質干細胞的成骨分化,同時部分研究發現mi-RNA在股骨頸骨折復位內固定術后的是否發生TIONFH的患者中存在顯著差異。因此,從骨髓間充質干細胞與miRNA的新視角探討TIONFH發病與治療機制,具有潛在的早期診斷與治療意義。
Oskowitz等消除生成miRNA關鍵的酶Dicer和Drosha后,骨髓間充質干細胞向成骨分化的能力明顯減弱,提示miRNA在骨髓間充質干細胞成骨分化過程中是不可或缺的。許嘯等通過實驗中證明了miRNA-210調控人骨髓間充質干細胞向成骨分化。之后朱超等分析135例患者的血清及臨床資料,依據是否發生股骨頭壞死分為壞死組和非壞死組,結果顯示壞死組血清miRNA-210,miRNA-23b表達分別與非壞死組比較顯著下調(P<0.01),證實了血清miRNA-210,miRNA-23b表達可影響股骨頸骨折后是否發生TIONFH。彭俊等在細胞實驗中發現miRNA-125b通過抑制BMP信號通路的表達,進而抑制骨髓間充質干細胞的成骨分化。miRNA-93-5p和miRNA-100也被證實通過調控BMP信號通路來抑制干細胞向成骨分化。miRNA-30c,mi-RNA-34,miRNA-133,miRNA-204,miRNA-205,mi-RNA-217,miRNA-218,miRNA-338-3p通過調控RUNX2/osterix信號通路來抑制干細胞向成骨分化。MiRNA-30a通過Sox9負性調控骨髓間充質干細胞軟骨分化影響骨形成。miRNA-181a,miRNA-210則通過抑制TGF-B/activin通路來促進成骨。miRNA-17-5p,miRNA-21,miRNA-199a及miRNA-135通過靶向抑制SMAD信號通路表達來提高骨髓間充質干細胞的成骨分化及增殖。而miRNA-218,miRNA-26a,miRNA-29a,miRNA-27及miRNA-335-5P均為通過影響骨髓間充質干細胞成骨分化的Wnt信號通路,促進成骨分化。這些miRNA的表達均能影響骨髓間充質干細胞的成骨分化,同時這些miRNA在發生TIONFH患者體內不同程度的異常表達,因此可以認為部分miRNA的異常表達對TIONFH發生的預測與治療具有積極意義。
miRNA對內皮祖細胞分化過程的調控作用
TIONFH的發生與股骨頭局部血供密切相關,股骨頸發生骨折后,可能導致向股骨頭供血的血管受損,從而導致缺血性壞死。而內皮祖細胞是維持血管的穩定如血管修復和新生血管形成的重要來源。在探究股骨頭壞死與循環內皮祖細胞數目和功能關系后,提出股骨頭缺血性壞死患者循環內皮祖細胞數目和功能均下降,表明股骨頭缺血性壞死患者體內的內皮祖細胞的生物學性能改變并最終引起成血管及血管修復能力下降,但并未提出影響內皮祖細胞影響成血管和血管修復的詳細調控機制。近年來有研究發現,miRNA在內皮祖細胞的分化過程中起著調節樞紐作用。
Shu等發現miRNA-107的表達上調后可通過影響其靶基因HIF-1β部分地抑制骨髓來源的內皮祖細胞向血管內皮細胞的分化。miRNA-34a可負向調控其靶基因FOXJ2的表達,從而促進內皮祖細胞向血管內皮細胞的分化。miRNA-126通過與靶基因P13KR2的作用來調節P13K/Akt信號途徑的磷酸化水平,最終促進內皮祖細胞的動員、遷移、增殖及分化。miRNA-135通過調控HIF-FIH信號通路在缺氧條件下增強內皮管的形成。miRNA-222可通過調控Akt信號通路影響內皮祖細胞的遷移功能。miRNA-125a/b-5p通過抑制血管內皮細胞中的ET-1表達來影響血管生成。miRNA-15和mi
RNA16可調控其靶基因Bc1-2在內皮細胞中高表達,促進內皮細胞凋亡并抑制新生血管形成。mi
RNA-130a,miRNA-92a和miRNA-155能夠抑制靶基因的表達,從而調控血管生成。由于血供不足為股骨頭壞死的重要影響因素之一,而這些miRNA在TIONFH患者體內異常表達,且被證實能夠影響內皮祖細胞的分化。因此,可以將這些miRNA作為檢測TIONFH的重要依據。
miRNA對其他相關因子的調控作用
TIONFH的發生與許多因素關系密切,如調控凝血因子、炎癥因子等也可直接或間接的促進或抑制TIONFH的發生和進展。同時,雖然現階段可以檢測出TIONFH的異常表達miRNA,但明確TIONFH過程中的特定miRNA的調控機制的研究還很有限。miRNA-146可以作用于CARD10來抑制凝血酶NF-KB的激活從而影響血流狀態。miR-196a/b的異常表達能通過脂肪細胞因子信號通路影響脂肪生成。miRNA-128-3-p通過抑制CYP2C9來改變血液凝聚狀態。miRNA-471l-3p和miRNA-9等相關基因雖然在患者體內異常表達,但其作用機制尚不明確。因此,現階段仍要加強研究對TIONFH發生產生影響的miRNA,篩選出更多精準的miRNA作為檢測TIONFH的依據。
總結與展望
綜上所述,TIONFH患者體內確實存在miRNA的異常表達,且miRNA的非正常表達與骨髓間充質干細胞、內皮祖細胞的異常分化及血液流變學異常變化關系密切。隨著分子生物學研究的進一步發展,miRNA表達譜將會更加明確,因此可以利用miRNA更準確的治療TIONFH這種復雜疾病,這意味著在臨床中miRNA將有望成為復雜性疾病早期診斷與治療的重要生物標志物。目前仍存在部分問題:1)現階段miRNA與TIONFH的研究仍屬于探索發展階段,雖然已經探明了部分miRNA的功能與作用,但目前的技術水平有限,仍有大量的相關miRNA未被發現,這也在一定程度上限制了miRNA在臨床中的廣泛應用。2)目前的研究大多數仍停留在生物信息學單項分析層面,但一個miRNA通常靶向一個或者多個信使RNA,而一個信使RNA也可能由不同的miRNA調控,這使對miRNA的研究更加復雜化,甚至可能存在相互矛盾的研究結果。3)以目前的研究水平仍無法明確miRNA表達的改變是TIONFH的原因還是結果,也即miRNA作為TIONFH早期診斷與治療的臨床生物標志物這一創新領域仍有很長的路要走,需要更廣泛的證據支持。
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