退变性腰椎侧凸发病中Hsa-let-7f调控白细胞介素10STAT3信号通路的作用

中国组织工程研究第20卷第15期2016–04–08出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchApril8,2016Vol.20,No.15ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH2225·研究原著·王磊，男，1982年生，河北省保定市人，汉族，2006年大连大学医学院毕业，硕士，主治医师，主要从事脊柱退变研究。中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)15-02225-08稿件接受：2016-01-29信号通路的作用王磊1，李天旺1，刘建强2，刘晓宗3，王照国4，田艳1，张永兴1，王伟1(1解放军第252医院脊柱外科，河北省保定市071000；2保定市骨科医院骨科，河北省保定市071000；3保定市第一中心医院烧伤整形科，河北省保定市071000；4保定市阜平县医院骨科，河北省保定市073200)引用本文：王磊，李天旺，刘建强，刘晓宗，王照国，田艳，张永兴，王伟.退变性腰椎侧凸发病中Hsa-let-7f调控白细胞介素10/STAT3信号通路的作用[J].中国组织工程研究，2016，20(15):2225-2232.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.15.014ORCID:0000-0002-2465-2017(王磊)文章快速阅读：文题释义：非编码小RNA：非编码RNA(Non-codingRNA)是指不编码蛋白质的RNA。其中包括rRNA，tRNA，snRNA，snoRNA和microRNA等多种已知功能的RNA，还包括未知功能的RNA。这些RNA的共同特点是都能从基因组上转录而来，但是不翻译成蛋白，在RNA水平上就能行使各自的生物学功能了。非编码RNA分类：从长度上来划分可以分为3类：小于50nt，包括microRNA，siRNA，piRNA；50-500nt-包括rRNA，tRNA，snRNA，snoRNA，SLRNA，SRPRNA等等；大于500nt，包括长的mRNA-like的非编码RNA，长的不带polyA尾巴的非编码RNA等等。摘要背景：microRNAs(miRNAs)在多种疾病中扮演重要的角色，对退变性腰椎侧凸患者椎间盘中miRNAs表达谱的分析，有助于揭示其发病机制，为其治疗提供新的靶点。假设miRNA通过调控白细胞介素10/STAT3(椎间盘退变的一个潜在炎症通路)信号通路促使椎间盘退变。目的：比较退变性腰椎侧凸患者与正常对照组椎间盘组织中miRNAs表达谱的差异，确定退变性腰椎侧凸特异性相关的miRNAs，并对其进行功能验证。方法：对获取的退变性腰椎侧凸患者手术髓核组织和腰椎骨折患者正常髓核组织依次进行总RNA提取，其中，各取10例进行miRNASolexa测序筛查，挑选表达有差异的microRNA。随后，采用qRT-PCR技术对其进行验证。对表达显著差异的miRNA进行探究。进一步对其进行功能验证，确定其与Ⅱ型胶原表达的关系。运用Western与荧光素酶报告系统进一步确定靶基因。结果与结论：与正常对照相比，30条miRNA表达存在显著差异(16条表达上调和14条表达下调)。随后进行qRT-PCR验证，与正常对照相比，Hsa-let-7f在退变性腰椎侧凸患者椎间盘组织中，表达显著下调。此外，Hsa-let-7f表达水平与椎间盘退变评分密切相关。高表达Hsa-let-7f促进Ⅱ型胶原表达。敲除白细胞介素10后，对Ⅱ型胶原表达表达类似与过表达Hsa-let-7f。生物信息学软件证实，白细胞介素10为Hsa-let-7f理论上的靶基因。荧光素酶报告系统及westernblot进一步证实Hsa-let-7f的靶基因为白细胞介素10。此外，Hsa-let-7f影响其下游基因STAT3及基质金属蛋白酶2基因表达。研究表明，下调的Hsa-let-7f通过调控白细胞介素10/STAT3信号通路，导致椎间盘组织中Ⅱ型胶原的丢失，进而引起椎间盘退变及退变性腰椎侧凸；Hsa-let-7f可成为治疗退变性腰椎侧凸的一个新的生物治疗靶点。筛选退变性腰椎侧凸患者椎间盘组织中差异性表达的miRNAs并进行功能验证10例退变性腰椎侧凸患者手术髓核组织10例腰椎骨折患者正常髓核组织进行miRNASolexa测序筛查，挑选表达有差异的microRNA检测指标：(1)采用qRT-PCR技术对差异性表达的microRNA进行验证(2)确定其与Ⅱ型胶原表达的关系(3)运用Western与荧光素酶报告系统进一步确定靶基因王磊，等.退变性腰椎侧凸发病中Hsa-let-7f调控白细胞介素10/STAT3信号通路的作用P.O.Box10002,Shenyang110180关键词：组织构建；骨组织工程；退变性腰椎侧凸；Hsa-let-7f；白细胞介素10；测序技术；发病机制主题词：脊柱侧凸；微RNAs；白细胞介素10；组织工程DownregulatedHsa-let-7fcontributestothelossoftypeIIcollagenbytargetinginterleukin-10/STAT3signalingpathwayindegenerativelumbarscoliosisWangLei1,LiTian-wang1,LiuJian-qiang2,LiuXiao-zong3,WangZhao-guo4,TianYan1,ZhangYong-xing1,WangWei1(1DepartmentofSpinalSurgery,the252ndHospitalofPLA,Baoding071000,HebeiProvince,China;2DepartmentofOrthopedics,BaodingOrthopedicsHospital,Baoding071000,HebeiProvince,China;3DepartmentofBurnandPlasticSurgery,FirstCentralHospitalofBaoding,Baoding071000,HebeiProvince,China;4DepartmentofOrthopedics,HospitalofFupingCounty,Baoding073200,HebeiProvince,China)AbstractBACKGROUND:MicroRNAs(miRNAs)playanimportantroleinavarietyofdiseases.InvestigationofmiRNAexpressionprofileindegenerativelumbarscoliosisisbeneficialforunderstandingitspathogenesis,providinganoveltherapeutictarget.Therefore,wetestedthehypothesisthatmiRNAspromoteintervertebraldiscdegenerationthroughtheinterleukin-10/STAT3signalingpathway,apotentialregulatorofintervertebraldiscdegeneration.OBJECTIVE:TocomparethedifferentiallyexpressedmiRNAsintheintervertebraldisctissuesfrompatientswithdegenerativelumbarscoliosisandnormalcontrolsandtoidentifyspecificmiRNAsindegenerativelumbarscoliosisfollowedbyfunctionalvalidation.METHODS:AninitialscreeningofmiRNAexpressioninnucleuspulposustissuesbymiRNASolexaSequencingwasperformedinsamplesfrom10patientswithdegenerativelumbarscoliosisand10controls,respectively.Subsequently,differentiallyexpressedmiRNAswerevalidatedusingqRT-PCR.ThelevelofdifferentiallyexpressedmiRNAsindegenerativenucleuspulposustissueswasinvestigated.Then,functionalanalysisofthemiRNAsinregulatingtypeIIcollagenexpressionwascarriedout.Westernblotandluciferasereporterassaywereusedtofurtherconfirmthetargetgene.RESULTSANDCONCLUSION:Weidentified30miRNAsthatweredifferentiallyexpressed(16upregulatedand14downregulated)inpatientswithdegenerativelumbarscoliosiscomparedwithcontrols.FollowingqRT-PCRconfirmation,Has-let-7fwassignificantlydown-regulatedindegenerativenucleuspulposustissuesascomparedwithcontrols.Moreover,itslevelwascorrelatedwiththeseverityofdiscdegeneration.OverexpressionofHas-let-7fpromotedtypeIIcollagenexpressioninnucleuspulposuscells.Knockoutofinterleukin-10inducedeffectsonnucleuspulposuscellssimilartoHas-let-7f.Bioinformaticstargetpredictionidentifiedinterleukin-10asaputativetargetofHas-let-7f.Furthermore,luciferasereporterassaysdemonstratedthatHas-let-7falteredtheexpressionofSTAT3andmatrixmetalloproteinase-2.ThesefindingsindicatethatthedownregulationofHas-let-7finducestypeIIcollagenlossbydirectlytargetinginleukin-10,therebyresultinginintervertebraldiscdegenerationanddegenerativelumbarscoliosis.Has-let-7fislikelytobeanoveltherapeutictargetfordegenerativelumbarscoliosis.Subjectheadings:Scoliosis;MicroRNA