椎间盘退变是指椎间盘自然老化、退化的生理病理过程，它是一系列脊柱退行性疾病的病理基础，可引起椎管狭窄、脊柱节段不稳、骨赘形成，导致腰腿痛、颈椎病、 椎间盘突出及伴随神经根或脊髓压迫。对椎间盘退变引起的脊柱疾患可采用保守或手术治疗。脊柱融合术是目前治疗椎间盘退变的“金标准”，但会改变脊柱生物力 学结构，加速邻近节段退变，甚至有再次手术的风险。因此，明确椎间盘退变发病机制，对相关疾病的诊断和治疗具有重要意义。

上世纪60 年代起，国内外学者开始研究椎间盘退变的病因，但至今确切机制仍不清楚。有研究表明，椎间盘退变过程中出现许多细胞事件的异常，如椎间盘髓核细胞凋亡数量 增加、各种炎性因子和基质金属蛋白酶类表达量增多等。这一系列变化提示椎间盘内特定分子基因表达失调，进而导致各层次调节因素发生变化。在这些因素中，具 有调节基因表达功能的微小RNA（microRNA）在退变椎间盘组织的异常表达越来越受到关注。人们发现许多microRNA 在人正常椎间盘和退变椎间盘组织中存在差异性表达，这些差异性表达的microRNA在细胞凋亡、蛋白水解酶和细胞外基质的降解等生物过程中发挥重要作 用。利用转基因技术对这些差异性表达的microRNA进行干预，调节椎间盘退变的病理生理过程，为椎间盘退变疾患的治疗提供了新思路。本文围绕 microRNA 与椎间盘退变的关系，对近年来microRNA 在椎间盘退变领域的研究进展作

microRNA 简介

microRNA是一类长21 ～ 25 个核苷酸的内源性非编码单链RNA 分子。它广泛存在于机体的细胞和组织中，并通过对mRNA 剪切、抑制或增强其翻译过程调控基因的表达，从而参与个体发育、机体代谢及疾病的发生、发展和转归等过程。

目前已知的microRNA 主要依赖以下两种序列互补原则，对靶基因起负性调控作用：一种是micro-RNA与靶基因mRNA 不完全互补。其通过影响靶基因mRNA 的稳定性，在蛋白质翻译水平上抑制靶基因mRNA 的表达，这种microRNA 的结合位点通常在靶基因mRNA 的3’ 端非翻译区，绝大多数哺乳动物中的microRNA 通过这一途径发挥调控作用。另一种是microRNA 与靶基因mRNA 完全互补（或几乎完全互补），这种microRNA 的结合位点通常在靶基因mRNA 的编码区域或开放阅读框中。microRNA 在维系组织或器官系统的正常发育

和生理功能等方面起着重要作用。在microRNA 成熟过程或其靶基因mRNA 上的靶位点发生缺陷突变时，均可导致机能异常而产生疾病。

microRNA 与椎间盘退变

髓核组织、纤维环组织、软骨终板在椎间盘退变过程中均发生显著的病理改变。在髓核组织中表现为髓核细胞凋亡和异常增生、蛋白水解酶类和炎性介质表达增多、各 型胶原纤维和蛋白多糖的变化；在纤维环组织中表现为各种蛋白水解酶和炎性介质表达增多、细胞外基质降解和纤维环破裂；在软骨终板方面表现为软骨终板增厚、 钙化、水肿、脂肪化等Modic 改变。目前，microRNA 在椎间盘退变的研究主要集中在髓核组织和软骨终板。

microRNA 在退变椎间盘髓核组织中的作用

microRNA 对退变椎间盘髓核细胞凋亡的调节 退变椎间盘内细胞死亡数量明显增加，特别是髓核细胞，死亡髓核细胞占髓核细胞总数的比例达50% ～ 73%。在椎间盘退变过程中，髓核细胞凋亡引起的细胞数量进行性减少，再加上髓核细胞在炎性介质和蛋白水解酶等因素的共同作用下使细胞外基质（蛋白多糖、 Ⅱ型胶原等）合成减少、破坏增加，导致椎间盘退变的重要原因之一。因此对椎间盘细胞凋亡的研究有重要意义。有研究表明，miR-155 的异常表达与人霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、乳腺癌、胰腺癌、结肠癌及非小细胞肺癌等疾病的发生密切相关，其在调控机体免疫系统、炎症、凋亡等方面发挥 重要作用。miR-155 在椎间盘退变的作用也有大量相关研究。

Wang 等应用基因芯片技术分别检测了人正常与退变髓核中678 个microRNA，发现29 个microRNA分子具有显著差异性表达，miR-155 则是显著表达下调的microRNA 之一。他们发现，在髓核细胞内过表达miR-155 可通过抑制介导细胞凋亡通路中的蛋白分子Fas 相关死亡域蛋白（FADD）与半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（Caspase-3），促进髓核细胞凋亡。他们进一步通过原位杂交和免疫组织化学技术证实，在髓 核细胞中miR-155 与FADD、Caspase-3的表达成负相关。该实验首次对FasL/Fas 介导的髓核细胞凋亡这一经典分子生物学通路进行了研究，从microRNA角度揭示了髓核细胞凋亡的分子生物学机制。

miR- 27是研究较深入的一种microRNA，其在肿瘤细胞形成过程中对肿瘤细胞增殖和凋亡的调控发挥了重要作用。Liu 等 利用实时定量PCR 检测发现，在退变椎间盘髓核组织中miR-27a 的表达量明显增高，并且通过靶基因预测技术发现，PI3K是其靶基因。同时，荧光素酶报告基因标记法证实，miR-27a 通过直接与PI3K 的mRNA的3’-UTR 结合而发挥作用。他们进一步研究表明，miR-27a 是通过PI3K/Akt 途径促进人椎间盘髓核细胞的凋亡。

王涛等 发现在退变椎间盘髓核组织中，有20个microRNA 的表达明显升高，其中包括miR-513a-5p 和miR-494。miR-513a-5p 的靶基因MKK4 与miR-494 的靶基因JunD 均参与了JNK 信号通路，并且分别位于JNK 信号通路的上、下游，而JNK 信号通路的激活与细胞凋亡密切相关。因此，他们提出miR-513a-5p 和miR-494 是通过调节JNK 信号通路，而在促进髓核细胞凋亡方面发挥重要作用。

上述研究分别从FasL/Fas-FADD 和FasL/Fas-Caspase-3 通路、PI3K/Akt 通路、MKK4-JNK 与JunDJNK信号通路角度阐述了microRNA 引起髓核细胞凋亡的基因、信号转导通路和分子生物学机制，对椎间盘退变发病机制的凋亡学说进行了补充，同时为椎间盘退变的治疗提供了新的方向。

microRNA 对退变椎间盘髓核细胞异常增殖的调节越来越多研究表明，髓核细胞簇的形成和纤维软骨组织的增生在椎间盘退变中起到重要作用，但这些细胞增殖的机制仍不清楚。有文献报道，miR-10 在调节细胞增殖方面发挥重要作用，特别是在乳腺癌、肝癌、胃癌、胰腺癌中，与肿瘤细胞表达的高低、肿瘤的演进及病理分级密切相关。

miR- 10在椎间盘组织中也表现出调节细胞增殖的作用。Yu 等发现miR-10b 在退变椎间盘组织中表达明显增高，并且预测出HOXD10 为miR-10b 的靶基因。进一步验证发现，在髓核细胞内下调靶基因HOXD10 可促使RhoC 表达增高及Akt磷酸化；同时，降低RhoC 及Akt 表达可以废除miR-10b 对髓核细胞的促增殖作用。因此，他们提出在退变椎间盘组织中表达显著升高的miR-10b可通过对RhoCAkt通路的调节来介导髓核细胞异常增殖，从而 在椎间盘退变的病理过程中发挥一定作用。miR-21 在许多癌症组织中表达异常，被认为与癌症细胞的迁移、分化、增殖、凋亡等生物学过程密切相关。

Liu等研究发现，在退变椎间盘髓核组织中miR-21 表达量明显升高，进一步研究发现miR-21 是通过作用其靶基因PTEN，使PTEN 表达下调、Akt 磷酸化增加，进而影响PTEN-Akt 介导的信号转导途径，从而促进髓核细胞异常增殖。同时，他们也发现miR-21也能使细胞周期蛋白D1 的表达增加。以上两个研究从miR-10b、miR-21 与细胞增殖相关的信号通路分子相互作用的角度，阐述了mi croRNA 调节椎间盘髓核细胞增殖的分子生物学机制，进一步证实了髓核细胞簇的形成和纤维软骨增生的病理变化，这对椎间盘退变的机制研究也有重要意义。

microRNA 对退变椎间盘髓核组织中蛋白水解酶的调节正常椎间盘细胞外基质的合成和降解一直处于动态平衡。在退变椎间盘组织中IL、磷脂酶A2、TNF、蛋白水解酶等 表达显著增加，增加的蛋白水解酶通过对Ⅱ型胶原、蛋白多糖等细胞外基质的降解作用，打破这种动态平衡，最终出现椎间盘高度下降、组织韧性降低等一系列病理 改变。退变椎间盘组织的细胞外基质丢失又可导致椎间盘高度下降、组织韧性降低，从而引起腰背痛。因此，研究microRNA 与椎间盘退变的关系，找到能抑制椎间盘退变过程中产生的蛋白水解酶和炎性介质的micro-RNA，可为椎间盘突出的治疗提供新思路。

胡凯对12 例正常和12 例椎间盘突出患者的髓核组织研究发现，退变椎间盘髓核组织中miR-663b 表达水平明显降低。他们提出由于miR-663b的表达下降使其抑制靶基因金属基质蛋白酶2（MMP-2）的能力降低，从而引起MMP-2基因表达量上 调，最终导致MMP-2 在退变椎间盘组织中明显增多。Gu 等利用IL-1 分别致炎miR-146基因敲除和野生型小鼠，结果显示野生型小鼠椎间盘内MMP-13 和血小板反应蛋白解整合素金属肽酶5（ADAMTS-5）含量比基因敲除小鼠明显升高，提示miR-146 能减少椎间盘退变过程中炎性介质和蛋白水解酶的产生。

以往研究表明，miR-39 在细胞增殖、凋亡、侵袭和细胞外基质降解等生物学过程中发挥了重要作用。Jing等发现，在退变椎间盘髓核组织中，miR-39 呈明显低表达，并且miR-39 表达量与椎间盘退变程度成负相关。进一步研究发现，在髓核细胞内过表达miR-39可通过与MMP-3 mRNA 的3’-UTR结合，抑制靶基因MMP-3 的表达，从而使髓核细胞表达的Ⅱ型胶原增多。蛋白水解酶MMP-2、ADAMTS-4、MMP-3、MMP-13 以及炎性因子是参与退变椎间盘细胞外基质降解，从而继发椎间盘退变等一系列病理变化的重要因素，对这些因子的研究一直是椎间盘退变发病机制研究的热点。

microRNA 对退变椎间盘髓核组织中胶原纤维的调节陈宇飞发现miR-129-5p 在退变椎间盘髓核组织中显著下调，并且通过生物信息学方法预测到Ⅰ型胶原基因和整合素ɑ1 基因同时为miR-129-5p 的靶基因。他还发现，miR-129-5p 是通过与其靶基因整合素ɑ1 基因和Ⅰ型胶原基因mRNA 的3’-UTR 直接作用，来促进靶蛋白Ⅰ型胶原和整合素ɑ1 的表达，从而引起细胞功能学的改变。同时，小鼠体内实验表明，上调miR-129-5p 表达可从病理学及影像学两个方面减轻小鼠椎间盘退变程度，而下调miR-129-5p 水平使其椎间盘退变程度更严重。此研究提示，miR-129-5p 可在体内外通过作用于靶基因整合素ɑ1 基因和Ⅰ型胶原基因，从而促进椎间盘中蛋白Ⅰ型胶原和整合素ɑ1 的合成，对椎间盘退变起调控作用。

影响椎间盘退变的因素很多，其细胞外基质的改变，尤其是Ⅱ型胶原的减少和Ⅰ型胶原的增加被认为是椎间盘退变的显著特点之一。椎间盘退变时髓核组织中Ⅰ型胶原 增多，但其表达增加的分子机制尚不明确，而整合素α1 又是Ⅰ型胶原在髓核细胞上的受体；miR-129-5p 作为同时调控配体（Ⅰ型胶原）和受体（整合素α1）的关键分子，在椎间盘退变进程中发挥着重要作用。

退变椎间盘组织中microRNA与信号通路的关系 Zhao 等利用microRNA 芯片技术，发现在退变椎间盘髓核组织有25 个microRNA 表达明显上调，26个microRNA 表达下调。他们通过靶基因与信号通路分析发现，microRNA 主要通过影响PI3K•Akt通路、MAPK 通路、EGF 受体通路和Wnt 通路在椎间盘退变过程中发挥作用。Ohrt-Nissen 等使用基因芯片技术分别检测了退变椎间盘髓核和纤维环组织中 microRNA 的表达含量，结果显示在退变髓核中，10 种microRNA 表达量明显高于退变纤维环；而退变纤维环中则有27 种microRNA 表达含量明显高于退变髓核。他们对上调的microRNA 进行了生物信息学分析，发现microRNA 主要通过影响TGF-β 通路、PDGF 通路、IGF 通路、EGF 通路以及激动蛋白细胞骨架通路，在椎间盘退变机制中发挥重要作用。

以上研究分别用芯片技术对正常和退变椎间盘髓核组织中的microRNA 表达和对同一退变椎间盘的髓核组织和纤维环组织中microRNA 的表达进行筛选，同时对microRNA 调控的信号通路进行了分析与预测，从信号通路角度为microRNA 在椎间盘退变的研究提供了方向。

microRNA 在退变椎间盘软骨终板中的作用

脊柱软骨终板为透明软骨，由软骨细胞和基质两部分组成。正常成年人的椎间盘髓核内无血管，软骨终板是髓核营养成分和代谢产物进出的通道；同时，软骨终板也是 阻止其他损伤性物质（MMP、炎性因子及免疫分子等）进入髓核的天然屏障。软骨终板的退变可表现为软骨终板的硬化、钙化及增厚等。退变的软骨终板则阻碍了 髓核营养成分和代谢产物进出的髓核通道，从而在始动和加速椎间盘退变过程中起重要作用。因此，探索软骨终板退变的发病机制，以预防或逆转其退变，从而达到 防治椎间盘退变的目的，是近年来脊柱外科研究的一大热点问题。

miR- 140是各种脊椎动物软骨组织中特异性表达的microRNA。Miyaki 等发现miR-140在人关节软骨中高表达，并在人软骨形成和发育过程中起调控作用；他的另外一项研究中还发现，miR-140与骨关节炎的发生密切相 关。近来，学者们对miR-140 在椎间盘软骨终板退变中的作用也进行了研究。程细高等首次通过基因芯片技术对退变的椎间盘软骨终板microRNA 差异表达谱进行筛选，结果发现在退变的椎间盘软骨终板中有22 个microRNA显著上调和19 个microRNA显著下调，并且在退变椎间盘软骨终板中miR-140 表达量比正常终板低300%。他们进一步研究发现，ADAMS-5 和DNPEP同时为miR-140 的靶基因。靶基因ADAMS-5 的编码产物为基质降解蛋白酶，其高表达可破坏软骨，导致软骨基质降解；靶基因DNPEP编码产物是介导软骨发育的信号通路关键分子。他们提出，miR- 140可能通过调节这两种蛋白的表达，在椎间盘的软骨终板退变中发挥重要作用。

有文献报道，miR-34a、miR-21和miR-675等也与软骨细胞的凋亡、增殖或软骨基质的产生密切相关，上述microRNA 分子在软骨终板退变进程中可能也发挥了一定作用。因此，在以后关于microRNA分子在软骨终板退变的研究中，上述分子需得到更多关注。

展望

microRNA 在椎间盘退变性疾病的临床诊断前景

随着对microRNA 研究的不断深入，发现mi croRNA 的表达存在细胞或组织特异性，即在不同细胞或组织中存在着不同种类的microRNA，或相同种类的microRNA 表达量不同。在退变椎间盘中同样有多种microRNA 上调或下调，我们可利用microRNA 表达的组织特异性，寻找一种在退变椎间盘组织特异性表达的microRNA 分子，并将其作为一种椎间盘退变的辅助诊断指标。

microRNA 在椎间盘退变性疾病中的治疗前景

近十年来，人们从鉴定、筛选出可能与疾病相关的microRNA 分子，转向深入研究microRNA 与疾病发生发展的关系和潜在的microRNA 治疗应用。目前，基于microRNA 的治疗策略分为两类：竞争性治疗和模拟性治疗。microRNA 的竞争性治疗是指通过外源导入microRNA 的方法，竞争性抑制组织特异高表达的疾病相关microRNA，从而达到治疗目的。而microRNA 的模拟治疗是通过外源导入能抑制致病基因的microRNA，从而通过增效或补偿作用以达到治疗疾病的目的。我们可通过microRNA的模拟治疗方法， 在髓核组织内过表达miR-155 来减少髓核细胞的凋亡，过表达miR-663b 来减少基质蛋白酶2 的产生；或通过microRNA 的竞争性治疗方法抑制miR-27a、miR-513a-5p 和miR-494 的表达来减少髓核细胞凋亡等方法，最终达到减缓椎间盘退变进程或逆转椎间盘退变的目的。因此，microRNA作为椎间盘退变新的治疗靶点，给椎间盘突出 等相关疾病的治疗带来了新希望。

但值得注意的是，microRNA 分子与其靶基因的结合并不是完全互补配对，所以一个microRNA 可调控多个靶基因，而同时多个靶基因又可受到同一个microRNA 的调控。这种多对多的作用方式降低了microRNA 与具体疾病相互作用的特异性，是将microRNA 应用于临床有待克服的难点之一。因此，microRNA 作为基因治疗方法，既为椎间盘退变的治疗带来了希望，又是一项挑战。