人类基因组93%的序列不表达蛋白质，普遍转录非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA),根据其长度可以分为两大类[1]:短链非编码RNA和长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)。转录本长度>200个核苷酸的内源性RNA即lncRNA,广泛参与到染色体沉默、染色质修饰、转录激活、转录干扰等多种重要的调控过程[2,3]。

研究报道大量lncRNA在健康牙周组织和牙周炎组织中表达有差异，lncRNA的差异性表达与PDLSCs的异常生物学行为紧密相关[4,5]。生理状态下，牙周膜受到刺激时，牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cells, PDLSCs)开始增殖分裂，向损伤位点迁移，分化为成纤维细胞、成牙骨质细胞及成骨细胞等[6]。但在炎症的长期刺激下，PDLSCs细胞增殖率异常增高[7],免疫炎症调节能力明显降低，多向分化能力受到抑制，导致牙周组织自我修复重建失败[8]。本文就lncRNA调控牙周炎组织中PDLSCs的生物学行为机制作一综述，为lncRNA应用于牙周炎的靶向治疗提供思路。

1、lncRNA的调控机制

lncRNA可以在表观遗传、转录、转录后水平这三个层面参与基因表达的调控[9]。在表观遗传水平，lncRNA可以与DNA直接相互作用，改变DNA或RNA甲基化状态、染色体结构和修饰状态；在转录水平，lncRNA可以作为转录因子或与转录因子结合来调控mRNA的转录、定位和稳定性；在转录后水平，lncRNA可以调控mRNA剪切过程，形成不同的mRNA成熟体，或与microRNA(miRNA)形成调控网络，从而调节靶基因的蛋白质表达[10]。目前的研究主要集中在如何通过lncRNA与miRNA之间的相互作用参与调控PDLSCs的生物学行为。竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)是近几年来备受关注的一种RNA间相互作用的机制，lncRNA可以通过miRNA反应元件与miRNA竞争性结合，作为ceRNA阻止miRNA同其靶mRNA结合，从而减弱miRNA对mRNA表达的下调，并间接调节mRNA表达[11]。除了ceRNA机制，lncRNA-miRNA-mRNA网络的构建可还有其他几种模式：lncRNA作为miRNA前体产生特定的miRNA;miRNA通过不完全的碱基配对降解lncRNA;lncRNA与miRNA竞争性识别同一段mRNA[1]。目前的研究主要集中在lncRNA与miRNA之间的相互作用来调控PDLSCs的生物学行为。

2、lncRNA调控PDLSCs生物学行为

近年来，多项研究揭示了牙周炎的发生发展中，PDLSCs生物学行为的改变伴随着大量lncRNA的差异表达，lncRNA参与调控牙周炎组织PDLSCs的增殖分裂、免疫炎症反应、多向分化，有可能成为牙周炎的治疗靶点、促进牙周组织再生[10,11,12]。

2.1调控增殖分裂

牙周炎的特征是PDLSCs异常加速增殖，多种lncRNA在其中发挥着重要作用[7]。Lee等[13]检测了成纤维细胞生长因子-2(fibroblast growth factor-2,FGF-2)在体外和体内对PDLSCs的影响，将骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells, BMSCs)作为阳性对照，在体外细胞培养中发现FGF-2增强了PDLSCs的增殖，FGF-2是牙周炎组织中PDLSCs增殖的关键促进剂。Wu等[14]通过进一步研究发现牙周炎组织来源的PDLSCs中FGF-2上调后，是通过抑制lncRNA肌肉生成激活剂(activator of myogenesis, RAM)的表达，从而增强PDLSCs的增殖，而上调lncRNA RAM会抑制PDLSCs的增殖，不会影响FGF-2的表达。后来Chen等[15]发现牙周炎环境中的PDLSCs过表达lncRNA人类肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1),lncRNA MALAT1就是通过上述的通路在转录水平引起FGF-2上调，抑制lncRNA RAM表达，进而促进PDLSCs增殖。

再者，Wang等[16]检测牙周炎患者PDLSCs中lncRNA专性致死RNA转录本(mortal obligate RNA transcript, MORT)的表达，通过CCK-8试验检测PDLSCs的增殖情况。从牙周炎组织中分离出的PDLSCs增殖率明显高于从健康牙周组织中分离出的PDLSCs。转染后24 h通过CCK-8检测出，lncRNA MORT过表达同时显著抑制了牙周炎组织和健康组织来源的PDLSCs的增殖行为。对这些患者进行牙周治疗后进行了两年随访，结果显示与低表达组相比，lncRNA MORT高表达组患者的牙周炎复发率相对较低，这表明lncRNA MORT可能是牙周炎的预后生物标志物。Wangzhou等[17]也发现牙周炎组PDLSCs中lncRNA MAF BZIP转录因子G反义RNA1(MAF BZIP transcription factor G antisense RNA 1,MAFG-AS1)的表达水平明显降低，提高牙周炎组织中lncRNA MAFG-AS1的表达可以降低PDLSCs的增殖率。因此lncRNA MORT、lncRNA MAFG-AS1可作为牙周炎患者的治疗靶点，但是其潜在作用机制仍然未知，也是未来研究的一个方向。

2.2调控免疫炎症

研究表明病原微生物刺激的免疫炎症反应与牙周炎的发生发展紧密相关，lncRNA作为促炎介质的调节剂，以lncRNA-miRNA-炎性相关效应分子或炎症信号通路的模式，加重了PDLSCs的免疫炎症反应。例如lncRNA MALAT1、lncRNA MAFG-AS1、lncRNA OPA相互作用蛋白5反义转录本1(opa-interacting protein 5 antisense transcript 1,OIP5-AS1)均通过ceRNA机制竞争性结合miRNA,调控PDLSCs的免疫炎症反应；lncRNA MALAT1可以竞争性结合miR-20a,减弱miR-20a对Toll样受体4(toll-like receptor 4,TLR4)的结合作用，从而提高了TLR4表达水平，促进白细胞介素(interleukin, IL)-6、IL-8等炎性细胞因子的分泌[18]。lncRNA MAFG-AS1同样通过ceRNA机制结合miR-146a,降低miR-146a对TLR4的结合作用，加重PDLSCs的炎症反应[17]。研究表明慢性牙周炎组织中lncRNA OIP5-AS1的表达显著降低，而lncRNA OIP5-AS1是RNA结合蛋白人类抗原R(human antigen R,HuR)的内源性竞争者(即ceRNA),避免HuR与mRNA靶标的相互作用，由于HuR蛋白可以稳定环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)、IL-6、TLR4等重要的炎症介质，因此lncRNA OIP5-AS1表达的降低可能促进炎症发展[19]。

lncRNA可以通过调控炎性效应分子或炎症信号通路抑制免疫炎症反应，但其中机制尚不清楚。Liu等[20]通过线性回归分析发现lncRNA甲状腺乳头状癌易感性候选基因3(papillary thyroid carcinoma susceptibility candidate 3,PTCSC3)和TLR4的表达水平在牙周炎患牙的PDLSCs中呈显著负相关，lncRNA PTCSC3过表达导致TLR4表达下调，而TLR4过表达对PTCSC3无明显影响。但是在健康组织来源的PDLSCs中lncRNA PTCSC3和TLR4的表达水平则无明显相关性。因此lncRNA PTCSC3可能是牙周炎影响的PDLSCs中TLR4的上游抑制剂，两者之间可能存在某些病理性介质，lncRNA PTCSC3通过下调TLR4来间接调节牙周炎致病菌的免疫识别。然而ceRNA机制通常会上调其最终靶点，这项研究中lncRNA PTCSC3过度表达导致TLR4下调，可能是通过其他机制来调节。Yang等[21]发现牙周炎患者的牙龈组织和小鼠结扎诱导的牙周炎模型的PDLSCs中lncRNA生长停滞特异性转录本5(growth arrest-specific transcript 5,GAS5)表达均下调。在TNF-α激活NF-κB的信号通路中，敲除lncRNA GAS5后增加了TNF-α诱导的促炎细胞因子产生(IL-1β、TNF-α、IL-6等),过表达lncRNA GAS5则会导致相反的结果，可缓解促炎细胞因子产生。

2.3调控多向分化

PDLSCs具有多向分化的潜能，在特定的诱导条件下可以分化成各种类型的间充质谱系细胞，如成骨细胞样细胞、软骨细胞样细胞、脂肪细胞样细胞等[22]。牙周炎患者组织来源的PDLSCs中存在大量差异表达的lncRNA,参与调控间充质干细胞的发育和分化。

目前的研究主要报道了通过ceRNA机制参与调控PDLSCs成骨分化的lncRNA。Xu等[23]检测了lncRNA扭曲家族基本螺旋-环-螺旋转录因子1(twist family basic helix-loop-helix transcription factor 1,Twist1)在牙周炎患者和健康微环境PDLSCs中表达上调和下调后Twist1 mRNA和成骨相关基因的表达水平，lncRNA Twist1在牙周炎患者的PDLSCs中降低Twist1的mRNA表达水平，导致成骨相关基因例如Runt相关转录因子2(runt-related transcription factor 2,RUNX2)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)、骨钙素(osteocalcin, OCN)等水平升高。lncRNA细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子4基因座中反义非编码RNA(antisense non-coding RNA in the inhibitor of CDK4 locus, ANRIL)竞争性结合miR-125a,并进一步促进miR-125a与结肠腺瘤样息肉基因(adenomatous polyposis coli, APC)的竞争结合，抑制Wnt/β-catenin信号通路，阻碍新骨形成[24]。lncRNA抗分化非编码RNA(anti-differentiation non-coding RNA,ANCR)竞争性结合miR-758,阻碍其靶向NOTCH2,抑制NOTCH2-Wnt/β-catenin信号通路，从而抑制成骨分化[25]。ALP和茜素红染色结果表明牙周炎患者样本的PDLSCs中lncRNA母系表达基因3(maternally expressed gene 3,MEG3)与miRNA-27a-3p竞争性结合，导致胰岛素样生长因子(insulin like growth factor, IGF)表达升高，促进成骨分化[26]。lncRNA牙周间充质干细胞成骨相关(periodontal mesenchymal stem cell osteogenesis related, poir)通过竞争性结合miRNA-182增强了转录因子叉头框O1(forkhead box O1,FOXO1)的表达，FOXO1又与转录因子4(transcription factor-4,TCF-4)竞争β-catenin来抑制Wnt通路，从而促进成骨细胞的增殖和分化，对PDLSCs的成骨分化产生正向调控，形成lncRNA poir-miRNA-182-FOXO1的调控网络[27]。lncRNA前列腺癌相关转录本1(prostate cancer associated transcript 1,PCAT1)通过ceRNA机制结合miR-106a-5p,引起miR-106a-5p的靶点骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein 2,BMP2)上调，该基因是成骨分化的关键基因。miR-106a-5p的另一个靶点E2F转录因子5(E2F transcription factor 5,E2F5)可以与lncPCAT1的启动子结合，形成针对BMP2的前馈调控网络[28]。

还有研究表明lncRNA参与调控牙周炎环境下PDLSCs的成牙骨质分化潜能。Li等[29]发现炎症导致的PDLSCs牙骨质形成潜能受损与其线粒体功能密切相关，通过lncRNA微阵列分析证实lncRNA胃癌相关转录本2(gastric cancer associated transcript 2,GACAT2)参与其中，lncRNA GACAT2在牙周炎伴牙骨质受损的牙周组织中的表达低于健康牙组，lncRNA GACAT2可以直接与PKM1/2结合，PKM1/2与线粒体中线粒体氧化磷酸化(oxidative phosphorylation, OXPHOS)系统和活性氧物种(reactive oxygen species, ROS)表达水平密切相关。脂肪样细胞和成骨细胞样细胞都是由PDLSCs分化而来的，PDLSCs向成脂和成骨的分化不是孤立的，两者之间存在着相互制约的平衡关系[30]。但是尚未有研究表明lncRNA参与调控PDLSCs的成脂分化，未来可以探索通过抑制PDLSCs成脂分化促进其成骨分化的可行性，为治疗牙槽骨吸收等骨骼性疾病提供参考。

3、总结与展望

近年来许多研究报道lncRNA参与调控牙周炎组织中PDLSCs的生物学行为，为深入探索牙周炎的病理生理机制提供了新的视角[31,32,33]。已有研究证实lncRNA的差异表达影响了牙周炎组织PDLSCs的增殖分裂、免疫炎症反应、多向分化，但lncRNA参与调控PDLSCs死亡的机制尚不明确，如lncRNA是否影响PDLSCs的焦亡、铜死亡、双硫死亡等。针对lncRNA和肿瘤的研究表明，lncRNA通过增加癌细胞的侵袭和迁移速度来促进癌症的发展[34],而牙周组织的修复是通过牙周膜中不同细胞亚群的定向迁移和分化实现的[35],因此利用lncRNA调控牙周炎组织中PDLSCs的迁移具有广阔的研究前景。目前的研究主要集中在lncRNA与miRNA之间的相互作用来调控PDLSCs的生物学行为，lncRNA-miRNA-mRNA网络如何调控牙周炎组织中PDLSCs生物学行为，以及lncRNA在表观遗传水平和转录水平的作用机制还有待于进一步的探索。

参考文献:

[2]李彧婷,张儒雅,林莉.牙周相关长链非编码RNA研究进展[J].中国实用口腔科杂志,2019,12(7):439-443.

基金资助:湖北省自然科学基金(2021CFB147);

文章来源:徐珺怡,王敏,陈靓雯.lncRNA调控牙周炎组织中牙周膜干细胞生物学行为的研究进展[J].口腔生物医学,2024,15(02):118-122.