非编码RNA在椎间盘退变中的作用机制及应用前景

目前,腰痛在人群中非常常见且病因多样,严重影响患者生活质量甚至致残、降低预期寿命,同时也加重了经济社会负担,而椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）是引起腰痛的主要原因,约占40%。椎间盘退变是在椎间盘自然老化、退化时所发生的一系列生理及病理过程,是导致脊柱退行性病变的病理基础,可引起椎间盘突出、脊柱失稳、椎间盘源性腰痛等一系列脊柱外科的常见疾病。研究表明,在＜30岁群体中40%的个体存在不同程度的椎间盘退变,而在＞50岁的群体中这一比例则高达90%。由于社会老龄化加速及生活、工作方式的改变,椎间盘退变相关疾病的发病率不断上升,并且呈现出低龄化趋势,给家庭和社会造成了巨大的经济负担。目前针对椎间盘退变性疾病的治疗方法众多,但这些治疗方法仅可以部分改善症状,不能从根本上延缓或逆转椎间盘退变病理过程。因此,在分子水平研究椎间盘退变的发病机制,通过分子生物学技术在细胞水平阻止或逆转其病理改变,修复椎间盘结构,恢复其生物学功能,是目前国际骨科乃至医学界发展的重大挑战及研究的热点。哺乳动物绝大多数的基因组通过转录产生大量非编码RNA（noncoding RNA,ncRNA）,这些ncRNA无开放阅读框或有一个保守性差的短开放性阅读框,且不编码蛋白质,包括长度为19～24个核苷酸的微小RNA（micro RNA,miRNA）和长链非编码RNA（long-non coding RNA,lncRNA）等多种RNA。大量研究证实,内源性ncRNA包括miRNA、lncRNA和环状RNA（circular RNA,circRNA）参与基因调控及细胞代谢等过程,并且在IDD的发生发展过程中发挥了重要作用。笔者将目前对ncRNA在椎间盘退变中的作用研究做一综述,以期进一步明确未来研究方向,为寻求IDD的生物治疗策略提供思路。     

微小RNA在椎间盘退变中的作用机制及治疗研究进展

椎间盘（intervertebral disc,IVD）是由髓核（nucleus pulposus,NP）、纤维环（annular fibrosus,AF）及终板软骨（cartilaginous endplates,CEP）构成。在生理情况下,IVD是人体最大的无血管器官,营养物质只能通过CEP的扩散来获取。年龄的增加及机械应力改变等因素会导致IVD退变脱水,并可能伴随着椎间盘血管化及神经植入等现象的发生。腰椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）是引起腰痛的主要原因。目前IDD的发病机制尚不明确,遗传、年龄、环境、吸烟、肥胖、糖尿病、高血压、重体力劳动等均是IDD的发病因素。多项研究证实细胞增殖、凋亡、炎症反应、氧化应激、自噬等在IDD中发挥着重要作用。微小RNA（MicroRNA,miRNA）是一类非编码小分子RNA,在真核生物中大量存在,长度约18~22个核酸。miRNA在人体几乎所有生理及病理活动中均发挥重要作用。近年来,大量研究发现miRNA与IDD密切相关。目前已知的与IDD相关的miRNA种类繁多,miRNA与IDD的关系错综复杂,且仍未完全明确。笔者将不同的miRNA根据功能种类进行综合描述,初步明确miRNA与IDD的关系,为IDD的临床诊断治疗提供新的思路。     

椎间盘退变中微小RNA及其非病毒载体的研究进展

目的总结椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IDD)中微小RNA(micro RNA,mi RNA)及其非病毒载体的研究进展,探讨非病毒载体递送mi RNA的临床应用潜能,为IDD治疗提供新思路。方法广泛查阅国内外有关mi RNA在IDD中作用及其非病毒载体相关的文献并进行总结分析。结果退变椎间盘组织中明显差异性表达的mi RNA通过对基因表达的调控参与多种病理生理过程,许多类型非病毒载体递送mi RNA的基因治疗方式在一些疾病治疗中已取得了理想效果。结论 mi RNA在IDD细胞分子机制中发挥重要作用,非病毒载体作为一种安全有效的基因治疗策略,为通过mi RNA治疗IDD提供了新的可能。     

椎间盘源性腰痛的发病机制与治疗进展

椎间盘退变（intervertebral disc degeneration, IDD）是腰痛（low back pain, LBP）的主要原因之一，由IDD引起的LBP被称为椎间盘源性LBP。导致IDD因素众多，本文重点探讨炎症因子调控、神经血管增生在椎间盘源性LBP形成过程中的作用，并回顾细胞、生长因子、基因等生物疗法在治疗IDD及椎间盘源性LBP的进展。     

环状RNA与椎间盘退行性变

伴随着社会经济的发展和人们生活方式的改变,我国每年椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IDD)发病率也逐年升高。早期研究观点认为椎间盘退变是由老龄人群椎间盘衰老引发,然而近年来椎间盘退变的发病群体却有年轻化的趋势,寻找有效治疗椎间盘退变的分子靶点迫在眉睫。环状RNA (circRNA)是一类非编码RNA,广泛存在于不同物种及人体细胞当中,具有高度的保守性和组织特异性。本文就circRNA的形成、功能研究进展以及circRNA在椎盘退变疾病中的研究做一综述。     

炎症因子在椎间盘退变中作用的研究进展

椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）是一个慢性演变过程,也是引起腰背痛的常见原因之一,但目前对于引起IDD的具体原因尚不明确。以往的研究表明,IDD是一个多因素相互作用的复杂过程,其主要特征是椎间盘细胞凋亡、细胞外基质破坏、细胞表型改变。此外,新的证据表明白细胞介素和肿瘤坏死因子等炎症因子在退变椎间盘（intervertebral disc,IVD）中高度表达。同时,已有研究表明,诸多炎症因子可能在IDD发生发展中有着重要的作用,随着退变的进行,IVD内炎症因子水平升高,聚集蛋白聚糖（aggrecan,AGC）和胶原（collagen,COL）降解增加,IVD细胞表型改变,这为其作为潜在治疗靶点的临床应用提供了理论依据。因此本文旨在归纳近些年炎症因子的研究热点,论述其在IDD过程中的具体作用,为IDD的治疗提供新的思路。     

褪黑素介导抗炎、抗氧化、抗骨质疏松作用在椎间盘退变修复中的研究进展

目前,椎间盘退行性疾病（disc degeneration disease,DDD）已成为临床上中老年人的常见病,且发病年龄有年轻化趋势。椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）是指椎间盘（intervertebral disc,IVD）在内外部因素共同作用下引起的老化、退化等一系列生理、病理过程,被认为是DDD的基本病理过程,是引发患者腰痛的主要原因,因此修复IDD是治疗DDD的重点。IDD过程中伴随着炎症介质的产生、炎症相关信号通路的活化以及氧化应激的发生。褪黑素作为一种吲哚类激素,具有显著的抗炎及抗氧化作用,近年来受到研究者关注,越来越多的研究表明褪黑素对IVD具有保护作用,对治疗骨质疏松症（osteoporosis,OP）也有一定的作用,其有望成为IDD修复的治疗药物。笔者拟对褪黑素在椎间盘退变修复中的最新研究进展做一综述,以期为后续研究及IDD的早期药物干预和修复治疗策略提供思路。     

天然小分子治疗椎间盘退变的作用机制研究进展

腰椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）已被证实是引起腰痛（low back pain,LBP）的主要原因之一。椎间盘（intervertebral disc,IVD）是位于脊柱椎体间可适度移动的组织,由三部分组成,包括中央高度水合的髓核（nucleus pulposus,NP）、周围弹性的纤维环（annulus fibrosus,AF）及软骨终板（cartilaginous endplate,CEPs）;IDD的发生是一个复杂病理变化过程,炎症反应、氧化应激、细胞凋亡和细胞外基质（extracellular matrix,ECM）合成与分解代谢等多种生物过程在IDD发生发展中起着重要作用。迄今为止,大多数IDD的治疗方式,主要包括卧床休息、非甾体抗炎药和镇痛药等保守治疗,以及腰椎间盘摘除术和椎间融合术等外科手术干预,这些方法主要侧重于暂时缓解症状而不是针对发病机制,因此IDD的进展不会被逆转。近年来,干细胞、基因和分子治疗等新策略被用于IVD的再生。尽管这些方法带来了新的治愈可能性,但仍有大量困难需要克服。天然小分子是广泛存在于动植物及其他天然物质中具有药理活性的物质,如多酚类、黄酮类和生物碱等,因其具有抗炎、抗氧化等作用受到越来越多学者的关注。随着现代医学研究的不断发展,使用天然小分子药物治疗IDD目前已被视为常规疗法的可能替代方案。此外,天然小分子具有独特的药物动力学优势,当其分子量＜500Da时,具有更高的生物利用度,更易穿透细胞进而发挥作用,部分分子量较大者也同样在IDD治疗中发挥着重要作用。目前,基于天然小分子的治疗是一个相对缺乏研究却有潜力的领域;在这方面,一些天然小分子已经在体外、体内研究中展现出作为治疗IDD药物的潜力。这些小分子治疗药物具有诱导椎间盘细胞再生和防止IDD进展的多种作用,包括抗氧化、抗炎、抗衰老、抗凋亡、抗分解代谢、调节自噬和抗衰老。笔者就天然小分子对IDD治疗的作用机制综述如下。     

RNA m6A甲基化修饰调控椎间盘退变的研究进展

<正>椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IDD)是导致腰痛的主要原因之一^[1]。目前IDD尚缺乏确切有效的非手术治疗手段，究其原因是我们还未清楚其复杂的发病机制。因此，深入明确IDD的发病机制并寻求新的预防与治疗策略是当前的主要研究方向。N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)即RNA上腺嘌呤第6位氮原子处发生的甲基化修饰，是哺乳动物中最丰富的RNA化学修饰之一^[2]。m6A修饰具有动态可逆性，其改变了RNA与蛋白质之间的相互作用，此类相互作用可调节剪接、翻译、降解等一系列RNA代谢过程，最终影响相关基因的表达，     

椎间盘退变遗传学机制的研究进展

椎间盘退变性疾病（degenerative disc disease,DDD）是指由椎间盘退变（intervertebral disc degeneration,IDD）引起的以颈肩腰腿疼痛为主要表现的临床症候群,包括了临床上常见的颈、腰椎间盘突出症,颈椎病,退变引起的椎间盘源性腰痛,退变性颈、腰椎不稳症和退变性颈、腰椎管狭窄症等.人的一生中均会出现或轻或重的DDD症状.据资料统计,DDD患者占美国骨科住院人数的1/3以上.了解IDD的发生机制必将为预测和治疗DDD提供最佳途径.     

长链非编码RNA与肿瘤

已经有越来越多的证据表明基因组的非编码序列的转录对于生命活动具有重要意义.相对于蛋白编码序列以及各种小分子RNA,长链非编码RNA(IncRNA)的研究还仅仅处于起步阶段,其功能与调控机制仍有待进一步研究.本文对目前关于IncRNA与肿瘤关系的研究进展进行综述,认为IncRNA可能为肿瘤诊断和治疗提供新依据和靶点.     

反义核酸研究进展

随着反义核酸的发现及对其研究的深入,反义技术已被应用于生物基因调控的研究,并逐步应用于抗病毒及肿瘤、爱滋病等基因水平治疗等新兴药物的开发.概述了反义核酸概念及作用机理,人工反义的设计、合成以及应用前景.     

环状RNA的研究进展

环状RNA(circular RNA,circRNA)又称环形RNA,是新近确认的一类特殊的非编码RNA(ncRNA),主要由外显子和(或)内含子构成。近年来研究发现,在某些疾病(如肿瘤、动脉粥样硬化、糖尿病、神经系统疾病)的发生发展过程中circRNA起着重要的调控作用,这不仅使我们对环状RNA有了更好认识,而且在某些疾病的诊断、治疗及预防方面也为我们提供了新的研究方向。     

长链非编码RNA与肿瘤

已经有越来越多的证据表明基因组的非编码序列的转录对于生命活动具有重要意义。相对于蛋白编码序列以及各种小分子RNA,长链非编码RNA（lncRNA）的研究还仅仅处于起步阶段,其功能与调控机制仍有待进一步研究。本文对目前关于lncRNA与肿瘤关系的研究进展进行综述,认为lncRNA可能为肿瘤诊断和治疗提供新依据和靶点。     

长链非编码RNA与肿瘤

已经有越来越多的证据表明基因组的非编码序列的转录对于生命活动具有重要意义.相对于蛋白编码序列以及各种小分子RNA,长链非编码RNA(IncRNA)的研究还仅仅处于起步阶段,其功能与调控机制仍有待进一步研究.本文对目前关于IncRNA与肿瘤关系的研究进展进行综述,认为IncRNA可能为肿瘤诊断和治疗提供新依据和靶点.     

A novel combination of silane‐coated silica colloid with hybrid RNA extraction protocol and RNA enrichment for downstream applications of spermatozoal RNA

Spermatozoa are specialised cells with low RNA content as compared to somatic cells. The suitable sperm RNA extraction and enrichment protocols for downstream applications are available for human, cattle, stallion and mouse but not for buffalo spermatozoa. Therefore, the present work was conducted to find out suitable colloidal solution for sperm purification and appropriate protocol for sperm RNA extraction and enrichment/amplification of RNA. For purification, we used PVP‐coated silica colloidal solution (PVP‐Si), silane‐coated silica colloidal solution (Silane‐Si) and iodixanol. Sperm recovery rate, total sperm motility and progressive sperm motility were significantly improved after separation by Silane‐Si and iodixanol compared to PVA‐Si method. The combined guanidinium thiocyanate–phenol–chloroform (GTPC) with silica matrix (SM)‐based RNA extraction yielded more quantity of RNA in compared to individual method. The hybrid of SM and GTPC into a single protocol yielded 360–450 ng RNA from 30 million buffalo spermatozoa. For the first time, we adopted new way to enrich sperm RNA that increased the RNA concentration 4–5 times that was sufficient for downstream applications. The linear amplification of sperm RNA increased RNA concentration around 27–45 times. In summary, Silane‐Si colloid for sperm separation, hybrid SM and GTPC protocol for sperm RNA extraction followed by enrichment or amplification of RNA was found suitable for high‐throughput analyses of buffalo sperm RNA.     

Sustained long-term RNA interference in nucleus pulposus cells in vivo mediated by unmodified small interfering RNA

RNA interference (RNAi) technology has recently emerged as an important biological strategy for gene silencing. Previously, the efficacies of RNAi in cultured nucleus pulposus cells in vitro have been reported. However, RNAi in the disc in vivo has never been reported. Therefore, the aims of the present study were to establish a method for RNAi in the disc in vivo and to evaluate the applicability of this technique for endogenous genes in the intervertebral discs using Fas Ligand (FasL) as a representative endogenous gene. To evaluate the efficacy of RNAi in vivo, two reporter luciferase plasmids (Firefly and Renilla) were used. These plasmids and unmodified short interference RNA (siRNA) duplex for targeting Firefly luciferase were co-transfected into coccygeal intervertebral disc of Sprague-Dawley rats in vivo using the ultrasound gene transfer technique. To evaluate the RNAi of the endogenous gene in vivo, siRNAs targeting rat FasL were transfected with the same technique. Non-specific siRNA was used as the negative control. The discs receiving no siRNAs were used as the control. The inhibitory effect of Firefly luciferase against Renilla luciferase was obtained using the results of dual-luciferase assay. Down-regulation of endogenous FasL was calculated by the data from real-time PCR. Our results showed that siRNA for Firefly luciferase can dramatically down-regulate the Firefly luciferase gene expression in vivo compared with Renilla luciferase. The inhibitory effects were maintained for at least 24 weeks and at 24 weeks post transfection, the inhibitory rate was 80% compared with the control group. Furthermore, the siRNA co-transfection group inhibited endogenous FasL expression by 53% compared with the control group. The present study demonstrates long-term down-regulation mediated by unmodified siRNA is possible not only for the exogenous reporter gene, but also for endogenous FasL expression in rat discs in vivo. This application of RNAi might be promising as a local therapy for disc degeneration and associated disorders by down-regulating some of the genes that are harmful for the normal physiology of the disc and may cause disc degeneration.