miR-578促进椎间盘退变

作者：朱瑶 北京积水潭医院

椎间盘退变（IDD）是一种慢性退变性和年龄依赖性过程，其特征是髓核（NP）细胞细胞外基质的异常凋亡、增殖、合成和分解代谢。最近的研究表明，环状RNA在许多疾病的发展中起着重要作用。然而，circRNAs在IDD发展中的作用仍然未知。我们发现，与对照组织相比，circ_0134111水平在IDD组织样品中过表达。在中度和重度IDD患者中，circ_0134111的上调比轻度IDD患者更剧烈。此外，我们发现白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α暴露显著增强NP细胞中circ_0134111的表达。此外，circ_0134111的异位表达诱导NP细胞增殖、促炎细胞因子分泌和ECM降解。我们还发现，circ_0134111在NP细胞中与microRNA（miR）-578直接相互作用，其中circ_0 134111的高表达增强了ADAMTS-5和MMP-9的表达。此外，miR-578在IDD患者中的表达显著降低，并且miR-577的表达与IDD样品中circ_0134111的表达呈负相关。白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α暴露显著降低NP细胞中的miR-578水平，其中异位miR-577表达抑制细胞生长、促炎细胞因子表达和ECM降解。最后，我们发现circ_0134111过表达通过抑制miR-578诱导IDD相关表型改变。这些数据表明，circ_0133111可以通过增强异常NP细胞生长、炎症和ECM降解来促进IDD的进展，部分通过调节miR-579。
腰痛（LBP）是导致身体残疾的主要原因，也是诊所中最常见的健康问题之一，给全球公共健康和经济带来巨大负担。IDD是LBP的最常见原因。椎间盘由三个相互关联的结构组成：纤维环；软骨终板和髓核（NP）。IDD与邻近结构的损伤相关，导致功能损害和临床症状，包括脊髓病、背痛和神经根病。IDD是一种慢性变性和年龄依赖性过程，其中发生异常NP细胞凋亡、增殖和细胞外基质（ECM）分解代谢/合成代谢。然而，导致这些表型改变的详细分子机制仍不清楚。因此，有必要阐明这些机制，以确定IDD的潜在治疗靶点。
最近，非编码RNAs，包括microRNAs、long-noncoding RNAs和circRNAs（circular RNAs）已被证明在许多疾病的发展中起着重要作用。CircRNAs是一种相对新颖的非编码RNA类型，在哺乳动物中大量表达。在机制上，circRNAs通过转录或转录后机制调节基因表达，包括海绵状miRNAs以调节下游信号轴。越来越多的证据表明，circRNAs在细胞功能（如凋亡、生长、代谢和ECM合成）中起着关键作用，circRNA也被公布为不同疾病的治疗靶点，包括神经功能障碍、代谢疾病、癌症和心血管疾病。例如，最近的一项研究表明，circ_0134111可以通过调节miR-224-5p/CCL1和miR-515-5p-SOCS1轴来诱导骨关节炎的发展。
我们的研究确定circ_0134111是IDD组织样品中与对照样品相比表达最高的circRNAs之一。上游，促炎细胞因子TNF-α和IL-1β显著增加circ_0134111的表达。此外，circ_0134111的强制表达在NP细胞中诱导了异常的ECM降解、增殖和炎性细胞因子分泌。
为了探讨circ_0134111在IDD中是否被解除调控，采用qRT-PCR方法检测了30例IDD组织和10例对照椎间盘样品中circ_0 134111的表达水平。circ_0134111在IDD样品中的表达高于对照组织（图1A）。此外，中度/重度组的circ_0134111上调程度高于轻度组。
我们发现在IDD组织中circ_0134111水平上调，并且circ_0 134111的上调与临床严重程度相关。上游，我们发现两种促炎细胞因子IL-1β和TNF-α可以诱导NP细胞中circ_0134111的表达。在功能上，circ_0134111诱导NP细胞增殖、促炎细胞因子分泌和ECM降解，而miR-578产生相反的作用。从机制上讲，circ_0134111直接与miR-578相互作用以介导表型变化。这些数据表明，circ_0134111可以通过调节miR-578表达来改变NP细胞功能，至少部分地促进IDD进展。
最近，一些circRNAs在IDD发展中起着关键作用。例如，Hu等人显示，circ_0022382通过海绵miR-4726-5p调节TGF-β3表达改善了IDD。Zhang等人还证明，circSNHG5通过海绵mir-495-3p来释放CITED2抑制软骨终板降解。Wang等人报道，circARL15通过调节mir-431-5p/DISC1轴来调节IDD进展。Zhang等人证明，circ_ITCH通过调节IDD中Wnt/β。Huang等人[39]发现，circPKNOX1通过调节miR-370-3p/KIAA0355轴抑制IDD的发展。Chen等人还发现，circ-GLCE通过靶向miR-587/STAP1轴调节细胞凋亡和ECM降解来减轻IDD的发展。最近，一个新的circRNA circ_0134111被发现与骨关节炎的发展有关。Wu等人证明，敲除circ_0134111可通过人软骨细胞中的miR-515-5p/SOCS1轴减轻IL-1β诱导的炎症、凋亡和ECM降解。Zhang等人表明，敲除circ_0134111可通过海绵miR-224-5p减轻骨关节炎症状。Liu等人还发现，circ_0134111通过调节miR-224-5p/CCL1轴诱导骨关节炎的发展。在我们的研究中，我们发现相同的circRNA在IDD组织中上调，其过度表达促进了异常的NP细胞表型，包括增殖、细胞因子表达和ECM降解
许多研究表明，circRNAs通过海绵miRNAs介导其在IDD中的生物学功能。例如，外泌体转运的circ_0000253通过调节miR-141-5p促进IDD的发展。Guo等人证明FAM169A通过海绵miR-583调节IDD的发展。Cui等人表明circ_001653通过海绵miR 486-3p调节IDD中的ECM合成和细胞增殖。Xie等人发现circERCC2通过海绵miR-182-5p调节细胞凋亡和有丝分裂来改善IDD。我们发现circ_0134111在NP细胞中与miR-578直接相互作用。重要的是，miR-578在IDD组织中的表达显著下调，并且与IDD样品中的circ_0134111呈负相关。最后，我们证实了circ_0134111的过度表达通过抑制miR-578诱导了NP细胞的IDD相关表型。先前的研究表明，miR-577可以靶向VEGF表达，从而抑制骨肉瘤细胞的迁移和增殖。与此一致，我们发现miR-578的过度表达抑制了VEGF的表达，提示circ_0134111可能通过靶向miR-578/VEGF轴来调节NP细胞功能。然而，需要更多的实验来证实VEGF在circ_0134111致病作用中的功能性参与。
总之，我们的结果表明circ_0134111在IDD组织中异常上调。β和TNF-。circ_0134111还改变已知有助于IDD进展的NP细胞表型。从机制上讲，miR-578是circ_0134111的下游靶点。我们的数据表明，circ_0133111可能是IDD的一个新的治疗靶点。