1、1第 2 5 卷 第 1 期 2023 年 1 月辽 宁 中 医 药 大 学 学 报JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF TCMVol.25 No.1 Jan.，2023 论著聚焦 DOI：10.13194/j.issn.1673-842x.2023.01.001基于DNA甲基化和miRNA探讨中医药干预骨关节炎研究进展段戡1，延伟伟2，王雯雯2，袁长深1，张志敏2，梅其杰1（1.广西中医药大学第一附属医院，广西 南宁 530023；2.广西中医药大学，广西 南宁 530000）基金项目：国家自然科学基金地区基金项目（82060875，82160912）作者简介：
2、段戡（1964-），男，湖南冷水江人，教授、主任医师，硕士研究生导师，博士，研究方向：膝骨关节疾病的防治，髋膝关节疾病的治疗。通讯作者：梅其杰（1981-），男，广西桂平人，副主任医师，硕士研究生导师，硕士，研究方向：骨与关节疾病的基础与临床研究。摘要：骨关节炎（osteoarthritis，OA）作为一种常见的关节退行性疾病，其发病机制目前仍不清楚。脱氧核糖核酸（DNA）甲基化与微小核糖核酸（miRNA）作为表观遗传学的两种重要调节机制，在调控OA软骨细胞中发挥关键作用，与OA发生、发展密切相关。OA在中医属于“骨痹”范畴，而中医药可干预OA软骨细胞中的DNA甲基化及miRNA表达，抑制局部
3、炎症介质，保护关节软骨，防止关节软骨退变等。因此，从DNA甲基化及miRNA等遗传学角度出发，研究中医药干预OA的发病机制及其防治措施是未来研究的新方向及新思路。关键词：骨关节炎；DNA甲基化；miRNA；中医药；综述中图分类号：R684.3 文献标志码：A 文章编号：1673-842X (2023)01-0001-04Research Progress of Traditional Chinese Medicine Intervention on Osteoarthritis Based on DNA Methylation and miRNADUAN Kan1，YAN Weiwei2，WA
4、NG Wenwen2，YUAN Changshen1，ZHANG Zhimin2，MEI Qijie1（1.The First Affiliated Hospital of Guangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanning 530023，Guangxi，China；2.Guangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanning 530000，Guangxi，China）Abstract：Osteoarthritis（OA），as a common joint degen
5、erative disease，its pathogenesis is still unclear.Deoxyribonucleic acid（DNA）methylation and microRNA（miRNA），as two important regulatory mechanisms of epigenetics，play a key role in regulating OA chondrocytes and are closely related to the occurrence and development of OA.OA belongs to the category o
6、f“bone arthralgia”in traditional Chinese medicine，and traditional Chinese medicine can interfere with DNA methylation and miRNA expression in OA chondrocytes，inhibit local inflammatory mediators，protect articular cartilage and prevent articular cartilage degeneration.Therefore，from the perspective o
7、f genetics such as DNA methylation and miRNA，it is a new direction and new idea to study the pathogenesis and prevention measures of traditional Chinese medicine intervention in OA in the future.Keywords：osteoarthritis；DNA methylation；miRNA；traditional Chinese medicine；overview骨关节炎（osteoarthritis，OA
8、）是由关节滑膜炎症、软骨细胞凋亡及细胞外基质降解而引起的一种以骨赘形成及软骨破坏为主的骨科常见疾病，其临床特征主要表现为关节疼痛、活动功能障碍。随着老龄化社会的到来，OA发病率也在逐渐上升，目前全球约有3.03亿OA患者1；我国40岁以上OA患者高达46.3%，症状性膝OA患者就占比14.6%，且预计到2040年这一数值将翻一番2-3。由于OA发病率高、致残性强，不仅严重影响患者的生活劳动能力，而且也增加个人及社会经济负担4；因此，OA的防治是我国乃至全世界亟需解决的社会公共问题。目前，OA的发病机制尚未完全阐明，但表观遗传学却参与了OA发病进程5。表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下使基
9、因表达或表型发生可遗传的一种现象。脱氧核糖核酸（DNA）甲基化和微小核糖核酸（miRNA）作为表观遗传学众多机制中的两种重要调节方式，在OA病情演变中起到关键调控作用6。中医主张“整体观”，通过“见微知著”“以常衡变”等基本原理来发现人体疾患，在辨证的基础上运用中医药对其进行治疗，这与表观遗传学研究方法相类似。此外，中医药能够直接或间接干预DNA甲基化及miRNA表达，进而调控OA病情进展。因此，本文就国内外最新研究进展对DNA甲基化及miRNA在OA中的变化及其作用进行总结，为从表观遗传学角度进一步探讨OA发病机制及中医药的相关干预作用提供参考依据。1DNA甲基化在OA发生、发展中的作用DN
10、A甲基化（DNA methylation）是指在DNA序列未发生变化的前提下，特定的碱基通过DNA转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化作用，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）作为甲基供体，通过共价键结合方式获得一个甲基基团的化学修饰过程，其产物称为5-甲基胞嘧啶（5-mC）7。绝大多数基因的启动子区，通常存在一些富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CpG岛”（CpG island），70%80%哺乳动物中的CpG岛处于甲基化状态，而细胞中CpG岛由于受到高度保护，因此能够保持非甲基化状态；这些处于非甲基化状态下的CpG岛在调控
11、基因的表达、干预染色质的组成及结构中发挥了重要作用，因此CpG岛启动子区2 辽宁中医药大学学报 25 卷是发生DNA甲基化的主要场所7-9。DNA甲基化是由DNMT所催化形成，其中DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L具有泛素化和非选择性活性，能够使未甲基化的DNA从头甲基化；DNMT2主要通过蛋白修饰翻译影响甲基化形成，其具体作用及机制尚未明确；DNMT1与蛋白E3泛素-蛋白连接酶UHRF1相互作用进而维持活体甲基化10。大量研究表明11-12，绝大多数疾病的发生与DNA甲基化异常有关，尤其是位于启动子区的DNA甲基化，通过改变染色质的构造、DNA的构象、DNA的稳定性及其与蛋白质的互作方
12、式，进而调控基因的表达及沉默。DNA甲基化主要研究聚焦于关节软骨和滑膜炎症两方面，关节软骨退变及滑膜炎症作为OA发病的两大重要机制，严重影响了OA的发生、发展。HUANG T等13发现OA发病期间的软骨细胞转录和功能变化与DNA甲基化水平相关，不仅可通过去甲基化提高软骨细胞降解酶在关节软骨细胞中的表达；还能负向调节特异性炎症细胞因子在OA软骨细胞的表达，进而诱导OA的发生。此外DNA甲基化、miRNA等表观遗传学可使软骨细胞表型转移、合成及分解代谢之间发生失衡，导致关节软骨细胞内环境发生紊乱；或可通过修饰炎症因子及软骨基质蛋白等基因表达，最终加速OA的进展14-15。由此可见DNA甲基化在OA
13、的疾病演变过程中扮演了重要角色16。1.1 DNA甲基化与关节软骨 王 瑞 等17研 究 证 实，OA软 骨 细 胞 降 解 酶DNA启动子甲基化水平降低能够使软骨细胞发生退变，认为DNA甲基化水平能够影响关节软骨的形成。有学者18发现，基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）、蛋白聚糖酶（ADAMTS）、白介素和瘦素（LEP）能够对关节软骨细胞外基质起到降解作用，继而导致关节软骨破坏，加速OA形成。且OA软 骨 细 胞 中 的MMP-3、MMP-9、MMP-13、ADAMTS4、白介素-1（IL-1）、一氧化氮合酶（NOS）、生长分化因子5（GDF5）、超氧
14、化物歧化酶2（SOD2）和瘦素（LEP）等降解酶相关基因中均存在甲基化低水平表达甚至缺失19-23。目前DNA甲基化水平高低与软骨细胞基因调控机制尚不明确。彭红春等24发现，金属蛋白酶抑制因子-3（TIMP-3）作为MMPs的抑制剂，其对软骨细胞外基质的破坏过程中能够起到负调节作用；当TIPM-3基因启动子甲基化水平升高时，能够解除对MMPs的抑制，使得细胞外基质降解增加，从而加速OA的发生、发展。此外，DNA甲基化能够调控软骨细胞的凋亡与增殖。增强子结合蛋白（C/ebp）能够抑制细胞增殖，细胞分裂蛋白激酶2（CDK2）可以刺激软骨细胞增殖，动物实验表明25，当软骨细胞中C/ebp-2基因启动
15、子区甲基化水平降低时，会使其过度表达，进而抑制Cdk2的活性和软骨细胞增殖；当Cdk2基因启动子区甲基化水平下降，能够减弱C/ebp-2基因抑制，加速软骨细胞增殖。1.2 DNA甲基化与炎症反应 炎症是加速软骨破坏和最终疾病形成的重要原因之一，促炎细胞因子成熟与分泌受到炎性小体的控制，其与DNA甲基化之间的关系也密不可分。NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）作为一种促炎细胞，激活蛋白1（AP1）能够特异性调控其表达。SUN X等26发现，AP1与组蛋白乙酰转移酶p300和CtBPs形成转录复合物，敲除其中任何一种复合物，均能减少NLRP3表达，首次表明CtBPs能够调节炎症反应。此
16、外，CtBPs激活NLRP3的表达主要与其启动子区甲基化相关，敲除DNMT或使用DNA甲基化抑制剂5-氮杂-2-脱氧胞苷（AZA）能促进CtBP过度表达；而DNMT过度表达可导致CtBP表达的反向效应。CtBPs启动子中DNA甲基化水平降低能够上调其表达，增加与p300和AP1相关的CtBPs，进而形成转录复合物并激活NLRP3及其下游信号的表达，最终加重炎症反应并导致OA的发病机制。IL-1作为一种研究最广泛的亲炎细胞因子，其高表达可刺激软骨降解蛋白的表达，加速软骨细胞外基质的降解。RAMAN S等27发现当IL-1启动子区CpG站点-299发生甲基化时能够抑制IL-1转录功能，影响其活动；而在人类关节软骨细胞的IL-1启动子区中，同一CpG部位的脱甲基化可导致其他炎症细胞因子的转录升高，认为甲基化在调控炎症细胞表达中起到了关键作用。2miRNA在OA发生、发展中的作用微小核糖核酸（miRNA）是一种非编码单链RNA分子，其内源基因编码长度约为2024个核苷酸。miRNA能够抑制和编码目标靶基因，从而抑制目标基因表达，其主要通过与目标mRNA的3非编码区（3-UTR）互补结合进而调控
