综述：长链非编码 RNA（lncRNA）在骨微环境中骨形成与血管生成相互作用中的作用

本文聚焦长链非编码 RNA（lncRNA），阐述其在骨微环境中对骨形成和血管生成相互作用的调控机制。

　　

1. 引言

长链非编码 RNA（lncRNA）参与基因表达调控的多个层面，包括表观遗传、转录及转录后调控，还涉及细胞生长、迁移、分化等多种生物学过程。在骨疾病研究中，lncRNA 对骨代谢的影响备受关注，其可通过表观遗传修饰和微小 RNA（miRNA）吸附来调节成骨、脂肪生成和破骨细胞分化。

骨微环境中的血管系统对骨的发育、重塑和稳态维持至关重要，血管生成与骨形成密切相关，二者在时空上存在相互作用，这种 “血管生成 - 骨形成串扰” 对骨的生长和修复意义重大。近年来研究发现，lncRNA 在血管生成 - 骨形成串扰中发挥着关键的内源性调节作用，但具体机制尚不明确。本文旨在总结 lncRNA 在调节血管生成和骨形成方面的最新研究进展，为骨相关疾病的治疗提供支持，为 lncRNA 调节骨代谢机制的研究提供新思路。

2. lncRNA 概述

人类基因组中超过 90% 的 DNA 序列参与转录，然而只有 2% 编码蛋白质，不编码蛋白质的 RNA 被称为非编码 RNA。lncRNA 广泛分布于哺乳动物细胞中，长度超过 200 个核苷酸，大多由 RNA 聚合酶 Ⅱ（pol - Ⅱ）或 RNA 聚合酶 Ⅲ（pol - Ⅲ）转录产生。起初，lncRNA 被认为不具备蛋白质编码能力且无生物学功能，但越来越多的研究表明，它在细胞增殖、分化、自噬、胚胎发育等多种生物学功能中发挥着重要作用。

目前，lncRNA 的分类尚无统一标准，可依据基因组定位、介导的表型、作用机制和亚细胞定位等进行分类。从基因组定位角度，可分为正义 lncRNA、反义 lncRNA、内含子 lncRNA、双向 lncRNA 和基因间 lncRNA；从功能角度，可分为骨干分子、信号分子、诱饵分子和引物等。lncRNA 的亚细胞定位与其功能密切相关，部分定位于细胞质的 lncRNA 可通过影响信使 RNA（mRNA）稳定性、参与翻译调控和竞争结合 miRNA 等方式调节细胞生物学功能。

lncRNA 主要通过三种方式参与基因表达调控。在转录水平，lncRNA 可调节转录因子的结合与组装、与调控序列形成三链复合物或与 pol - Ⅱ 结合干扰转录过程，从而控制其他基因的转录；在表观遗传调控方面，lncRNA 可招募染色质修饰剂到 DNA 靶点，控制染色质重塑，或诱导 DNA 甲基化，作为组蛋白修饰复合物的载体；在转录后水平，lncRNA 与 RNA 结合蛋白（RBPs）相互作用，形成大量 lncRNA/RBP 复合物，招募各种蛋白质复合物并激活下游分子。

lncRNA 与 miRNA 相互作用，通过竞争结合相应的 miRNA 反应元件（MREs）相互调节，有效控制 miRNA 的转录后调控。miRNA 是由 21 - 25 个核苷酸组成的内源性非编码 RNA，可调节 mRNA 的稳定性、翻译和降解，进而影响生理过程或信号通路，在骨形成和血管生成中发挥重要作用。研究表明，lncRNA 可通过靶向 miRNA 激活相关通路，促进血管生成和成骨分化，在骨微环境中参与骨形成与血管生成的串扰。

3. 骨微环境中血管生成与骨形成的耦合

骨血流量与骨密度密切相关，骨质疏松患者的骨血供往往低于健康人，骨质疏松小鼠的骨量减少也伴随着骨供血量的下降，这表明骨血管生成和骨形成是相互耦合的过程。一方面，骨血管生成促进骨形成，骨血管生成能力下降会降低骨形成能力；另一方面，在骨微环境中，成骨细胞可分泌血管生成因子，调节血管内皮细胞的增殖和血管化，促进骨血管生成。

3.1 血管生成对骨微环境中骨形成的影响

骨血管系统在各类骨相关疾病的发生、发展和康复过程中发挥着重要的调节作用。骨折时，骨内血管会迅速聚集并向损伤部位生长，输送促进骨形成的生长因子和细胞，参与骨折修复。而血管异常，如骨内血流受阻、血管数量减少和血管结构异常等，可导致骨质疏松。改善骨血流等策略有助于缓解骨质疏松症状。

骨微环境中血管的类型、空间结构和功能是其影响骨形成的基础。骨是高度血管化的组织，但与其他器官的血管存在差异，如生长板和关节软骨处。骨骼系统具有适应性反馈调节机制，能整合机械、生化和神经信号。骨内血管系统呈典型的分层结构，动脉分支流入广泛的毛细血管网络，最终汇入骨干中心的大静脉。此外，骨内还存在特殊的毛细血管，如 H 型血管和 L 型血管，以及在小鼠长骨中发现的跨皮质血管（TCVs），这些血管对维持骨健康至关重要，复杂且密集的血管网络是骨微环境中骨形成的基础和促进因素。

3.2 lncRNA 对骨微环境中血管生成和新血管形成的调节

骨生长伴随着新血管的形成，即新血管化，其包括血管生成和血管新生两种方式。血管生成是指从现有血管系统招募内皮细胞形成新血管的过程，而血管新生是指由骨髓来源的内皮祖细胞（EPCs）重新形成血管的过程。EPCs 是内皮细胞的前体细胞，属于多能干细胞。在骨微环境中，血管内皮细胞增殖的主要区域是长骨的干骺端。血管生成和血管新生参与胚胎血管发育和形成，在血管再生、修复和重建中发挥重要作用。

血管生成是一个复杂的过程，包括血管舒张、基底膜降解、内皮细胞迁移、趋化、血管通透性增加、内皮细胞增殖和血管形成等步骤，其起始主要由血管内皮生长因子（VEGF）触发。VEGF 可招募和动员 EPCs，促进内皮细胞分化和增殖，推动血管管腔形成。VEGF 有 A、B、C 三种同工型，可与 VEGF 受体 1（VEGFR - 1，Fms 样酪氨酸激酶 1（Flt - 1））和 VEGFR - 2（胎儿肝激酶 1（Flk - 1））的二聚体复合物结合。

近年来研究证实，lncRNA 参与骨微环境中血管生成和血管新生的调节。在众多 lncRNA 调节的血管生成信号通路中，VEGF 起着关键作用。例如，lncRNA 牛磺酸上调基因 1（TUG1）作为 miR - 6321 的竞争性内源性 RNA（ceRNA），miR - 6321 通过靶向激活转录因子 2（ATF2）抑制 EPC 迁移和分化，而 TUG1 可促进 EPC 迁移和分化；lncRNA 小核仁 RNA 宿主基因 1（SNHG1）作为 miR - 140 - 3p 的竞争性内源性 RNA，可促进细胞增殖、管腔形成和 VEGF 等的表达。此外，lncRNA 还可直接调节血管生成因子的表达来影响血管生成，如干细胞衍生的血管生成 lncRNA（SCDAL）可通过与 SNF5 相互作用诱导生长 / 分化因子 6（GDF6）表达，促进血管内皮细胞生成。

4. lncRNA 对骨微环境中血管生成与骨形成串扰的影响

4.1 lncRNA 调节骨形成与血管生成串扰中的成骨分化

骨髓间充质干细胞（BMSCs）是组织修复细胞，在组织工程和骨发育中具有重要作用。骨质疏松的发生与 BMSCs 多向分化的平衡有关，BMSCs 可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等。在骨微环境中，成骨细胞分泌血管生成因子，调节血管内皮细胞的增殖和血管化，而成骨细胞主要来源于 BMSCs，其成骨分化是骨形成的关键过程，lncRNA 在其中发挥着重要的调节作用。

从微观角度看，lncRNA 可通过调节 BMSCs 的成骨分化影响血管生成。lncRNA 对 BMSCs 成骨分化的调节作用主要体现在促进和抑制两个方面，且不同研究中特定 lncRNA 的调节作用存在差异。

lncRNA 可通过靶向 miRNA 及其靶基因（成骨因子）来调节 BMSCs 的成骨分化。例如，lncRNA 母系表达基因 3（MEG3）在多发性骨髓瘤患者中促进间充质干细胞（MSCs）的成骨分化，但在绝经后骨质疏松中，MEG3 通过与 miR - 133a - 3p 结合，上调 miR - 133a - 3p 表达，下调溶质载体家族 39 成员 1（SLC39A1）表达，抑制 BMSCs 的成骨分化；lncRNA SNHG5 通过海绵吸附 miR - 582 - 5p，调节 runt 相关转录因子 3（RUNX3）表达，促进成骨作用并减轻人 BMSCs（hBMSCs）的凋亡；生长停滞特异性转录本 5（GAS5）在骨质疏松患者的 hMSCs 中表达降低，过表达 GAS5 可通过调节 miR - 498 上调 RUNX2 表达，促进 hMSCs 的成骨分化，减缓骨质疏松的发展；转移相关肺腺癌转录本 1（MALAT1）通过海绵吸附 miR - 143 和 miR - 96，提高 osterix 表达，调节 BMSCs 的成骨分化。

此外，还有许多 lncRNA 可调节 BMSCs 的成骨分化，如 HOXA 转录本远端末端（HOTTIP）通过与 WD40 重复结构域蛋白 5（WDR5）相互作用，激活 Wnt/β - 连环蛋白信号通路，促进成骨分化；分化拮抗非编码 RNA（DANCR）和 SNHG1 则抑制 BMSCs 的成骨分化，促进骨质疏松的病理发展。

部分 lncRNA 通过特定信号通路调节成骨分化，如肌肉素反义 RNA 1（MSC - AS1）通过 miR - 140e - 5p/BMP2/Smad 信号通路促进 BMSCs 的成骨分化；LNC_000052 通过 miR - 96 - 5p/PI3K/AKT 信号通路抑制细胞凋亡，促进 BMSCs 的增殖和成骨分化；SNHG1 通过调节神经元表达的发育下调 4（Nedd4）介导的 p38 / 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，抑制 BMSCs 的成骨分化；DANCR 可使 p38/MAPK 通路失活，抑制 BMSCs 的增殖和成骨分化。

然而，一些 lncRNA 在调节 BMSCs 成骨分化中的作用存在争议，如 TUG1 和 MEG3。不同研究表明，TUG1 既可能通过靶向 miR23b/RUNX2 途径抑制 BMSCs 的分化，也可能通过靶向 miR - 34a/FGF 受体 1（FGFR1）途径促进 BMSCs 的分化；MEG3 在绝经后骨质疏松中抑制 BMSCs 向成骨细胞的转化，但在其他情况下可能有不同作用。这种差异主要是由于 lncRNA 通过不同信号通路发挥调节作用。

4.2 lncRNA 介导的血管生成对骨微环境中骨形成的调节

EPCs 可通过刺激血管新生和骨形成促进骨修复，成骨细胞分泌的促血管生成因子，如 VEGF，可在多种细胞中触发信号反应。EPC 来源的外泌体参与 EPCs 与 BMSCs 之间的通讯，促进成骨细胞分化。

研究发现，lncRNA MALAT1 从 EPCs 来源的外泌体中直接结合 miR - 124，负向调节 miR - 124 表达，而整合素 β1（ITGB1）是 miR124 的靶标，MALAT1 通过 lncRNA MALAT1/miR - 124 途径促进破骨细胞前体的招募和分化，进而促进骨修复；人脐静脉内皮细胞（HUVEC）来源的外泌体可通过 DEAD 盒螺旋酶 3X 连锁（DDX3X）/NOD 样受体蛋白 3（NLRP3）调节轴诱导巨噬细胞 M2 极化，传递核富集丰富转录本 1（NEAT1），减轻炎症，最终在藻酸盐 / 明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）互穿聚合物网络（IPN）水凝胶的帮助下促进体内成骨。这些研究表明，外泌体是 lncRNA 调节骨微环境中骨形成与血管生成串扰的一种方式。

4.3 lncRNA 在骨疾病中介导的血管生成与骨形成串扰

4.3.1 骨肉瘤

骨肉瘤是一种常见的恶性肿瘤，多发生于长骨干骺端生长板附近或膝关节周围。近年来，越来越多的研究关注血管生成在骨肉瘤进展中的作用，如抗血管生成和促血管生成作用的失衡与肿瘤细胞的增殖、迁移和转移有关。血管生成拟态是肿瘤组织中一种新的血管生成形式，可促进肿瘤血管生成，为肿瘤细胞转移提供基础。lncRNA 参与多种肿瘤的血管生成拟态形成，在骨肉瘤中也异常表达并参与血管生成拟态过程。

VEGF - A 被认为是肿瘤诱导血管生成的关键因子。研究发现，lncRNA MALAT1 在 MNNG/HOS 细胞中的高表达可上调包括 VEGF - A 在内的血管生成因子；LOC100129620/miR - 335 - 3p / 细胞周期蛋白依赖性激酶 6（CDK6）信号轴通过调节骨肉瘤细胞增殖、巨噬细胞极化和血管生成促进骨肉瘤转移；LINC00265 通过靶向 miR - 382 - 5p / 精胺 N1 - 乙酰转移酶 - 1（SAT1）和 miR - 382 - 5p/Vav 鸟嘌呤核苷酸交换因子 3（VAV3）促进骨肉瘤细胞的增殖、迁移、侵袭和血管生成；骨肉瘤患者血清来源的细胞外囊泡（EVs）携带的 lncRNA 心肌梗死相关转录本（MIAT）可进入骨肉瘤细胞，竞争结合 miR613，上调 GPR158，促进骨肉瘤细胞增殖和血管生成；BMSCs 来源的外泌体 lncRNA DNA 损伤激活的非编码 RNA（NORAD）通过 miR - 877 - 3p 调节 cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）结合蛋白（CREBBP），促进骨肉瘤细胞增殖、侵袭、迁移和血管生成；尤因肉瘤相关转录本 1（EWSAT1）通过 “双重叠加效应” 调节骨肉瘤诱导的血管生成，并通过 EWSAT1/miR - 326/ Kirsten 大鼠肉瘤病毒癌基因同源物（KRAS）ceRNA 途径调节 AKT 和 ERK 信号通路，促进骨肉瘤细胞增殖、迁移、集落形成和存活。这些研究为骨肉瘤血管生成的发病机制研究提供了新思路。

4.3.2 骨关节炎

血管生成几乎参与了骨关节炎的每一个过程，包括滑膜中新生血管导致的滑膜炎、骨软骨关节处新生血管引起的软骨破坏以及骨毛细血管的形成等。VEGF 是血管生成的关键因子，炎症因子（如白细胞介素 - 1β（IL - 1B）和肿瘤坏死因子 - α（INF - α））、缺氧和机械应力等均可通过多种信号通路增加血管生成关节中 VEGF 的表达。在骨关节炎患者的关节软骨中，VEGF 表达上调，而 MEG3 表达显著下调。

MEG3 可促进 p53 转录，p53 通过与 VEGF 启动子上的转录位点 Sp1 结合抑制 VEGF 表达，因此 MEG3 的下调可能间接促进 VEGF 产生和软骨内血管化。lncRNA H19 可调节软骨细胞和成骨细胞的生长以及细胞合成代谢过程，在骨关节炎患者外周血中高表达，有望成为骨关节炎诊断的新指标。外泌体 H19 可作为 “海绵” 吸附 miR - 106，上调血管生成素 1（Angpt1）表达，激活 H19/Tie2 - NO 信号通路；肥大软骨细胞血管生成相关 lncRNA（HCAR）通过竞争性结合 miR - 15b - 5p，增加基质金属肽酶 13（MMP13）和 VEGF - A 的表达，促进软骨内骨修复，敲低 HCAR 则会抑制软骨基质重塑，减少 CD31^hiEMCN^hi血管数量。

4.3.3 骨折

骨折不愈合是一种临床诊断，表现为骨折部位疼痛，影像学显示骨不愈合。新血管为再生的骨痂带来氧气和营养物质，为炎症细胞、软骨和骨前体细胞到达损伤部位提供途径，骨折痂中血管的正常发育是骨折康复的重要部分。

研究发现，骨折模型小鼠骨痂组织中剪接转录本内皮富集 lncRNA（STEEL）表达和血管密度显著低于对照组，STEEL 可通过与聚（ADP - 核糖）聚合酶 1（PARP - 1）相互作用上调 VEGF 表达，促进血管生成；在骨发育异常研究中，lncRNA ENST00000563492 在骨发育异常组织中表达下调，可通过上调钙粘蛋白 11（CDH11）促进 BMSCs 向成骨细胞分化，并在 BMSCs 成骨分化过程中增强 VEGF 表达，改善骨形成 - 血管生成耦合过程，有望成为骨发育异常的新靶点；正常来源的 BMSC 外泌体 lncRNA H19 竞争性结合 miR - 467，调节同源框<【蛋白 Hox - A10（HoxA10）表达，抑制高脂肪饮食导致的骨折愈合不良；在非创伤性股骨头坏死研究中，lncRNA 同源框反义转录本（HOTAIR）通过 BMPs / 转化生长因子 - β（TGF - β）途径调节 miR - 17 - 5p 及其靶基因 SMAD7 的表达，抑制成骨分化。

5. 总结与展望

血管生成贯穿于骨的整个生命周期，从生成到生长，骨微环境中的血管生成和骨形成相互作用，并非独立存在。lncRNA 通过多种 miRNA、mRNA 和信号通路调节血管生成与骨形成的串扰，主要参与成骨、破骨细胞生成和血管生成过程。然而，由于研究的不断深入，部分 lncRNA 在成骨和血管生成中的作用存在争议。

未来，该领域仍有许多问题需要进一步科学全面地研究，例如，目前的研究成果能否为骨质疏松的临床干预提供依据。建议更多研究者在体外模拟骨微环境，实现多细胞共培养，甚至将新型反应性生物材料用于包裹 lncRNA，并在骨形成或血管生成的不同阶段刺激其释放，以治疗各种骨相关疾病。因此，利用 lncRNA 调节骨相关疾病具有广阔的研究前景。