靶向miR-18a对于炎症因子的影响

作者：宋洋 北京积水潭医院

虽然OA长期以来一直被认为是一种磨损性疾病，但越来越多的证据表明，慢性低度炎症在OA的发病和发展中起着关键作用。炎症介质如IL-1β的合成，部分是对OA关节的组织损伤和异常机械应力的反应。它们可以诱导肥大、代谢失衡，自噬失调和软骨细胞凋亡，导致关节软骨退变。在炎症引起的软骨细胞的多种病理变化中，病理性肥大可能扰乱软骨细胞和软骨基质的稳态，并被认为在OA的发展中起着中心作用。然而，OA炎症导致软骨细胞肥大的详细机制在很大程度上尚不清楚。此外，一些证据表明，在小鼠模型中，Il1b的缺失加速了OA损伤的发展，细胞因子在维持软骨稳态方面起着复杂的作用，这需要进一步研究。
目前的OA治疗方法，如止痛药、非甾体抗炎药和透明质酸，只能控制症状，FDA批准的治疗方法都不能预防或减缓疾病进展。迫切需要安全有效的疾病调节OA药物（DMOAD）。考虑到其在OA发生和发展中的中心作用，抑制OA炎症似乎能够形成此类DMOAD的基础。针对关键介质如IL-1β、TNF、COX1、COX2、MMPs和iNOS的几种抗炎疗法已经在人类OA中进行了测试，但迄今为止，结果令人失望。由于OA是一种异质性疾病，涉及大量炎性介质，单分子靶向不能有效抑制OA。揭示常见的下游信号通路和介导OA炎症的关键分子对于开发新的OA治疗策略至关重要。
炎症在OA的进展中起着不可或缺的作用。OA关节软骨细胞、滑膜细胞和浸润性免疫细胞分泌的炎性细胞因子，包括IL-1β、TNFα、IL-6和IL-8，是主要的参与者。然而，测试OA患者抗细胞因子药物的I/II期临床试验通常因疗效差而失败。因此，为了确定新的治疗策略，更好地了解OA相关炎性网络的细节非常重要。在本研究中，NF-κB信号作为促炎因子的关键下游通路被激活，并在转录水平上直接上调miR-18a的表达。诱导的miR-18a通过抑制TGF-β信号传导加速软骨细胞肥大，最终导致炎症介导的OA进展。在OA患者中发现了大量差异表达的miRNA，并研究了miRNA对软骨退变和OA进展的广泛生物学意义。据报道，MiR-18a靶向CCN2的3′-UTR，抑制CCN2表达，并显著抑制成熟软骨细胞表型，提示它是软骨退变的危险因素。在本研究中，我们确认了miR-18a在OA发展中的有害作用，并找出了新的靶分子和miR-18促进软骨细胞肥大和软骨退变的机制。此外，我们揭示了miR-18a在介导炎症诱导的OA进展中的关键作用，并为预防炎症诱导的软骨退变提供了有效的潜在靶点。
到目前为止，已经在人体试验中研究了几种针对炎性介质的药物对OA的影响，但是，结果令人失望。由于OA涉及多种促炎性介质，仅针对一种似乎是不够的。揭示和靶向共同的下游信号通路和介导OA炎症的关键分子可能是预防OA炎症引起的软骨退变的一种有前景的方法。我们的研究表明，NF-κB信号-miR-18a轴在OA炎症网络中起着中心作用，可被多种炎症因子激活。此外，为了寻找OA治疗的有效靶点，我们揭示了NF-κB信号-miR-18a轴驱动OA的详细机制，以及靶向该轴以预防OA发展的潜力。因此，我们的发现不仅揭示了一种介导炎症相关OA的新的中枢机制，还突出了NF-κB信号-miR-18a轴在OA治疗中的临床意义。
NF-κB和TGF-β信号的会聚是否以及如何参与炎症介导的OA软骨细胞肥大尚不清楚。先前的研究表明，IL-1β和TNFα可以抑制TGF-β诱导的SMAD2/3转录活性。LBP诱导的IL-1α和TNF-α的下调伴随着TGFβ130的上调。有趣的是，还观察到TGF-α信号转导对NF-κB的调节。例如，TGFβ1刺激增加了IL-1β和TNFα的表达。IKBα的降解在TGFβ2的作用下被显著抑制，导致随后核定位p65的增加。因此，在OA炎症微环境中发现了涉及NF-κB和TGF-β信号的复杂调节网络。针对NF-κB和TGF-β信号传导的串扰的详细调节机制，我们发现TGF-α信号传导途径中几个关键因子的mRNA和蛋白质水平不一致。令人兴奋的是，我们发现miR-18a通过靶向TGFβ1、SMAD2和SMAD3的3′-UTR抑制TGFβ信号活性，从而导致软骨细胞肥大。miR-18 a在炎症因子IL-1β和TNFα的作用下被NF-κB直接转录上调。我们的研究结果揭示了转录后NF-κB调节TGF-β的新机制。此外，我们提出miR-18a不仅在IL-1β/TNFα-NF-κB介导的TGF-β信号传导抑制中起中心作用，而且在炎性环境介导的软骨细胞肥大和OA变性中也起中心作用。
先前的研究结果表明，OA患者可能受益于靶向IL-1β，因为抑制IL-1-β信号可以抑制OA相关炎症，并在体外和动物中预防软骨细胞肥大。然而，II期临床试验表明，OA患者很难受益于AMG108、IL-1受体抗体22，这表明除IL-1，参与复杂炎症网络调节的各种炎症因子和信号通路有助于OA的进展。值得注意的是，我们注意到，miR-18a通过靶向TGF-β信号而促进软骨细胞的肥大，其在响应IL-1β时直接上调。重要的是，检测到血清miR-18a增加，血清miR-18a水平与OA的严重程度呈正相关。这些发现强烈表明miR-18a是治疗OA的潜在靶点，也是指示OA炎症亚型的生物标志物。有趣的是，作为NF-κB和TGF-β信号传导之间的关键融合，miR-18a不仅可由IL-1β诱导，还可通过激活NF-εB信号传导而由TNFα诱导。miR-18a在各种炎症因子刺激下的上调可能导致IL-1β受体抗体在OA治疗中的失败。接下来，我们评估了抗细胞因子治疗以及抑制miR-18a是否能够有效抑制炎症介导的OA发展并防止软骨破坏。令人印象深刻的是，在大鼠中，IL-1β抑制剂和miR-18a拮抗剂的组合可以通过消除TGF-β信号的抑制而显著逆转软骨细胞肥大和OA进展，这表明同时靶向促炎细胞因子和miR-18a可能是对抗OA的有吸引力的策略。
在炎症引起的软骨细胞的多种病理变化中，肥大在OA软骨变性中起着中心作用。正如我们之前的研究所报告的，软骨细胞肥大可通过疾病放大环路启动和加重OA的发展。因此，不仅抑制炎症，而且恢复软骨细胞的功能和分化，对保护关节软骨免受变性是必要的。支持性地，我们的发现是，同时靶向IL-1β和miR-18a，通过其显著抑制炎症和软骨细胞肥大，可以有效地阻止OA进展，因为之前确定的疾病放大环被阻断。