絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥是最常見(jiàn)的代謝性骨病，影響全球近2億女性。骨質(zhì)疏松癥的特征是骨礦化改變和骨量減少，導(dǎo)致骨折的可能性增加。此外，由于患者行動(dòng)能力和日常活動(dòng)受限，以及與醫(yī)療、缺勤和長(zhǎng)期住院相關(guān)的費(fèi)用，骨質(zhì)疏松性骨折造成了重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。雌激素下降是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的主要原因，它通過(guò)促進(jìn)破骨細(xì)胞骨吸收和抑制成骨細(xì)胞骨形成來(lái)阻礙骨穩(wěn)態(tài)。目前，雙膦酸鹽是骨質(zhì)疏松癥臨床治療的首選藥物。盡管如此，長(zhǎng)期使用雙膦酸鹽可能會(huì)導(dǎo)致并發(fā)癥，如骨壞死。更全面地了解絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的分子發(fā)病機(jī)制可能會(huì)導(dǎo)致新的靶點(diǎn)和生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，以幫助預(yù)防和治療這種疾病。

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越來(lái)越多的證據(jù)表明，非編碼RNAs（ncRNAs）在骨質(zhì)疏松性骨再生過(guò)程中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。因此，它們有望成為預(yù)防骨質(zhì)疏松癥的潛在治療靶點(diǎn)。近年來(lái)，環(huán)狀RNAs（circRNAs）因其在調(diào)節(jié)疾病發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中的重要作用而備受關(guān)注。這些分子比線性RNAs更穩(wěn)定，因?yàn)樗鼈兊拈]環(huán)結(jié)構(gòu)保護(hù)它們免受RNA核酸外切酶的降解。CircRNAs最初被認(rèn)為是剪接過(guò)程的副產(chǎn)物，沒(méi)有生物學(xué)功能。相比之下，最近的研究發(fā)現(xiàn)，circRNAs可以通過(guò)充當(dāng)microRNAs（miRNAs）海綿來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)源性競(jìng)爭(zhēng)性mRNAs的翻譯。有趣的是，最近的證據(jù)表明，circRNAs可以通過(guò)與RNA結(jié)合蛋白（RBPs）相互作用，在調(diào)節(jié)疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。例如，最近的一項(xiàng)研究表明，circPDE4B通過(guò)與RIC8A和MID1相互作用來(lái)防止關(guān)節(jié)軟骨退化，這表明circRNA通過(guò)與RBPs相互作用在調(diào)節(jié)軟骨形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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此外，新出現(xiàn)的證據(jù)表明，一些circRNAs在骨質(zhì)疏松癥患者的外周血中失調(diào)。其中一些circRNAs已被鑒定為通過(guò)充當(dāng)miRNA海綿調(diào)節(jié)BMSC增殖或分化的調(diào)節(jié)因子。然而，這些先前的研究?jī)H限于探索與骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的circRNAs在充當(dāng)miRNAs海綿中的作用。目前尚不清楚circRNAs是否可以通過(guò)其他機(jī)制（例如通過(guò)與RBPs相互作用）調(diào)節(jié)骨代謝。

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近日，Nature子刊Bone Research（IF13.567）期刊發(fā)表了題為Circular RNA circStag1 promotes bone regeneration by interacting with HuR的研究論文。報(bào)道了一個(gè)與骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的關(guān)鍵circRNA circStag1，其在骨質(zhì)疏松大鼠BMSCs和絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者骨組織中表達(dá)下調(diào)，并通過(guò)HuR/Wnt信號(hào)促進(jìn)骨質(zhì)疏松性骨形成。結(jié)果表明，作為骨代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，circStag1可能作為預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的候選治療靶點(diǎn)。

首先，研究人員從去卵巢（OVX）和sham處理大鼠的骨髓中分離和培養(yǎng)BMSCs，發(fā)現(xiàn)OVX大鼠的BMSCs的成骨能力顯著降低。成骨標(biāo)志基因的表達(dá)在骨質(zhì)疏松性BMSCs中顯著減少。為了鑒定潛在的骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的circRNAs，研究人員進(jìn)行了RNA測(cè)序以尋找骨質(zhì)疏松BMSCs中失調(diào)的circRNAs。結(jié)果顯示，與假手術(shù)組BMSCs相比，OVX組BMSCs中有54個(gè)circRNAs表達(dá)上調(diào)，65個(gè)表達(dá)下調(diào)。其中有15個(gè)circRNAs（10個(gè)上調(diào)，5個(gè)下調(diào)）在人和大鼠中高度同源，通過(guò)qPCR對(duì)這些circRNAs的表達(dá)水平進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)circFam13c、circCcbe1、circTc2n、circArhgap26和circPde4d在骨質(zhì)疏松性BMSCs和臨床骨組織中的表達(dá)顯著升高，而circLcor1、circStag1和circArih1的表達(dá)顯著降低。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)circStag1是一種與骨質(zhì)疏松相關(guān)的環(huán)狀circRNA，與骨量和骨形成呈正相關(guān)。

Fig1. 環(huán)狀RNA circStag1在BMSCs成骨分化過(guò)程中表達(dá)下調(diào)，并與成骨密切相關(guān)

隨后，研究人員對(duì)circStag1進(jìn)行了表征，并構(gòu)建了circStag1過(guò)表達(dá)質(zhì)粒（ov-circStag1）和小干擾RNA（si-circStag1），以測(cè)試過(guò)表達(dá)或敲低circStag1對(duì)Stag1 mRNA表達(dá)的影響。結(jié)果顯示circStag1并不調(diào)節(jié)Stag1的表達(dá)。接下來(lái)，研究人員通過(guò)FISH和核質(zhì)分離發(fā)現(xiàn)circStag1主要位于BMSCs細(xì)胞質(zhì)。并通過(guò)茜素紅S（ARS）和ALP染色發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)circStag1可以顯著增強(qiáng)BMSCs的成骨能力，并顯著增加了成骨標(biāo)志物的表達(dá)，但通過(guò)敲低circStag1會(huì)顯著減弱這種作用。表明circStag1對(duì)調(diào)節(jié)骨生成具有積極作用。

Fig2. CircStag1促進(jìn)BMSCs骨生成

機(jī)制上，研究人員發(fā)現(xiàn)circStag1與RNA結(jié)合蛋白HuR（人類(lèi)抗原R）相互作用，并促進(jìn)HuR易位進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。高水平的細(xì)胞質(zhì)HuR通過(guò)穩(wěn)定和增強(qiáng)低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6（Lrp5/6）和β-catenin的表達(dá)來(lái)激活Wnt信號(hào)通路，從而刺激BMSCs的成骨分化。

Fig3. CircStag1通過(guò)與HuR相互作用激活Wnt信號(hào)通路

鑒于circStag1是骨生成的促進(jìn)因子，研究人員進(jìn)一步在負(fù)載circStag1的AAV（circStag1-AAV）的大鼠體內(nèi)探索了circStag1對(duì)骨再生的影響。結(jié)果顯示，負(fù)載circStag1的腺相關(guān)病毒（circStag1-AAV）在體內(nèi)過(guò)表達(dá)circStag1可促進(jìn)新骨形成，從而防止去卵巢大鼠的骨丟失。

Fig4. 過(guò)表達(dá)circStag1可促進(jìn)OVX大鼠骨形成

總的來(lái)說(shuō)，本研究結(jié)果表明circStag1通過(guò)HuR/Wnt信號(hào)在促進(jìn)骨組織再生方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，這可能為預(yù)防絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥等骨代謝紊亂提供新的策略。

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原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41413-022-00208-x

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本研究中使用到的circRNA測(cè)序服務(wù)、circRNA FISH探針&試劑盒、生物素標(biāo)記RNA pulldown circRNA探針及其對(duì)照產(chǎn)品均由銳博生物提供！更多產(chǎn)品與服務(wù)信息，歡迎來(lái)電咨詢！