​杨昕点评iScience︱解析先天性胫骨假关节发病新机制：揭示circRNA与ceRNA网络的关键视角

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点评专家︱杨昕（北京大学）

责编︱王思珍，方以一，郭渺

先天性胫骨假关节（Congenital pseudarthrosis of tibia, CPT）是一种罕见的儿童先天性疾病。其特征表现为患儿胫骨发育畸形、髓腔狭窄或伴有胫骨骨折，最终导致假关节形成[1]。目前CPT的发病机制尚未明确。临床上主要采用手术治疗，但方法尚未统一，且预后不尽如人意：研究表明CPT术后仍存在较高的骨愈合不良或再骨折、踝外翻甚至截肢等风险。这些均会导致患儿的治疗费用及家庭负担的增加[2,3]。因此，积极研究CPT的发病机制是寻求更有效的治疗方法的关键。

近日，湖南省儿童医院儿童骨科学湖南省重点实验室联合浙江大学附属第一医院在iScience上发表了题为“Circ_0000888 regulates osteogenic differentiation of periosteal mesenchymal stem cells in congenital pseudarthrosis of the tibia”的研究成果。研究筛选出了一种新ceRNA网络通路Circ_0000888/miR338-3p/PTN，并系统探究其在CPT病变骨膜间充质干细胞（periosteal mesenchymal stem cells，PMSCs）成骨分化中起到的调控作用，该结果可能为CPT的治疗提供新的线索和靶点。

miRNA已被证实在人体骨代谢活动中起到重要的调控作用。该研究首先对不同来源PMSCs进行成骨诱导分化，观察到CPT-PMSCs中miR-338-3p显著升高。同时，作者通过实验发现过表达miR-338-3p可以显著抑制PMSCs的细胞活力和增殖能力，而抑制miR-338-3p的表达则可以逆转该作用。此外，作者通过ALP检测、茜素红染色及Western blot验证了miR-338-3p对CPT-PMSCs成骨分化能力的负面影响。

进一步，作者基于数据库进行miR-338-3p的下游靶点预测。发现多效生长因子（pleiotrophin,  PTN）是miR-338-3p的潜在下游靶点。PTN是一种小型阳离子蛋白，自1990年被发现之后，已被证实在全身广泛的生理事件中发挥作用。作者观察到与正常细胞相比，PTN在CPT-PMSCs中的表达水平显著下降。并且，过表达miR-338-3p会显著下调PTN表达水平。此外，作者证实miR-338-3p可以靶向PTN mRNA的3’-UTR并抑制其翻译，从而抑制PTN的功能。同时，作者检测了miR-338-3p和PTN在PMSCs中的生物学功能：提高PTN水平可以显著升高PMSCs的细胞活力、增殖能力，并促进PMSCs成骨分化；而过表达miR-338-3p可以抑制PTN对PMSCs的影响。

最后，作者基于生信学方法预测了与miR-338-3p可能互作的circRNAs，并通过pulldown、荧光素酶报告基因实验等方法证实circ_0000888与miR-338-3p的互作关系：circ_0000888与miR-338-3p存在4个潜在结合位点，这些位点可发挥circRNA的分子海绵作用。与线性RNA不同，CircRNA头尾结合形成共价闭合环状结构，这种独特的环状结构可以有效地抵抗核酸外切酶的降解，具有良好的稳定性。研究表明CircRNA最重要的作用之一是通过分子海绵吸附结合miRNA从而抑制miRNA的功能。作者在CPT-PMSCs中观察到circ_0000888 水平的确显著下降，而当作者进行了circ_0000888 过表达处理后，miR-338-3p的水平显著下降，PTN的水平升高，PMSCs的细胞活性及成骨分化能力得以恢复。

文章结论与讨论，启发与展望

鉴于以上发现，作者得到结论：Circ_0000888可以通过结合抑制miR-338-3p来提高下游靶点PTN的表达水平，从而促进PMSCs的细胞活力和成骨分化能力。而CPT患者PMSCs中circ_0000888显著下调可能是其发病的重要因素之一，这为CPT的治疗提供一种新的靶点和思路。

专  家  点  评

杨昕（北京大学副教授）

先天性胫骨假关节（CPT）的研究一直主要关注临床治疗方案的选择和疗效比较，而对于其发病机制的深入研究相对较少。最近，湖南省儿童医院和浙江大学附属第一医院的两个研究团队引入了circRNA及miRNA在骨代谢中的关键作用，并着重探讨了circ_0000888/miR-338-3p/PTN在CPT病变骨膜间充质干细胞（PMSCs）中升高与细胞活力、增殖和成骨分化之间的联系。
研究发现，miR-338-3p的潜在下游靶点包括多效生长因子PTN，而PTN在CPT-PMSCs中的表达水平显著下降。进一步的实验表明，miR-338-3p可以通过靶向PTN mRNA抑制其翻译，进而对PMSCs的功能产生负面影响。此外，研究还详细描述了CircRNA circ_0000888与miR-338-3p之间的相互作用机制。Circ_0000888通过结合miR-338-3p来抑制其功能，进而恢复PTN水平，从而增强PMSCs的细胞活力和成骨分化潜力。值得注意的是，CPT-PMSCs中circ_0000888水平的显著下调可能在CPT发病机制中发挥着重要作用。总结而言，这项研究揭示了CPT发病机制中的新型ceRNA网络通路，提出了Circ_0000888/miR338-3p/PTN作为可能的治疗靶点。虽然这为CPT的治疗带来了新的前景，但需要进一步的实验和研究来验证这些发现，并将其应用于实际的治疗策略中。此外，研究也需要更深入地探讨circ_0000888的其他潜在靶点，以全面了解其在CPT发病中的角色。

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参考文献 1.Zhou, Y., Tan, Q., Liu, K., Liu, Y., Zhu, G., Mei, H., and Yang, G. (2022). Epidemiological and clinical characteristics of congenital pseudarthrosis of the tibia in China. Frontiers in pediatrics 10, 943917. 10.3389/fped.2022.943917.2.Li, Z., Yu, H., Huang, Y., Liu, Y., Zhu, G., Tan, Q., Mei, H., and Yang, G. (2022). Analysis of risk factors affecting union and refracture after combined surgery for congenital pseudarthrosis of the tibia: a retrospective study of 255 cases. Orphanet journal of rare diseases 17, 245. 10.1186/s13023-022-02375-w.3.Yu hui; Li Zhuoyang; Tan Qian; Liu Kun; Zhu Guanghui; Mei Haibo; Yang Ge ; Association between preoperative concurrent fibular pseudoarthrosis and risk of postoperative ankle valgus in patients with congenital pseudarthrosis of the tibia, BMJ Paediatrics Open, 2023



本文完