Somayeh Aslani | Ashkan Kalantary-Charvadeh | Roghayeh Abbasalipourkabir | Nasrin Ziamajidi
摘要：
成骨细胞是专门负责形成骨骼的细胞，它们由间充质干细胞（MSCs）分化而来。近年来，源自干细胞的成骨细胞已成为治疗骨骼相关疾病的潜在选择。一个由信号通路、转录因子和非编码RNA（ncRNAs）组成的复杂调控网络调控着MSCs的分化过程。在成骨细胞分化的关键调控因子中，Runt相关转录因子2（Runx2）起着至关重要的作用，它是决定成骨方向的关键转录因子。阐明调控Runx2表达和功能的分子机制对于治疗成骨细胞相关疾病至关重要。Runx2通过信号通路以及一个复杂的转录后内源性RNA（ceRNA）网络进行调控。在这个网络中，环状RNA（circRNAs）和长非编码RNA（lncRNAs）能够结合microRNA（miRNAs），从而精细调节Runx2的表达。信号通路也可以通过诱导成骨调节性miRNAs的表达间接调控Runx2。本文综述了Runx2在成骨细胞分化过程中的调控作用，并探讨了信号通路、lncRNAs、circRNAs及其他因素与参与此过程的Runx2调控miRNAs之间的相互作用。
引言
骨骼作为身体的机械基础，是一种动态组织，其形成过程分为三个阶段：成骨作用、骨形态塑造和骨重塑。在成骨过程中，成骨细胞合成骨的细胞外基质；在重塑阶段，破骨细胞参与调整骨骼以适应物理环境；最终，骨骼根据身体需求进行重塑[1] [2]。成骨细胞具有立方体形态，属于有丝分裂后的细胞。它们被骨基质包围，并最终分化为称为骨细胞的星形细胞，负责调控骨物质的更新。成骨细胞分泌骨基质蛋白，如碱性磷酸酶（ALP）、I型胶原α1（Col1a1）和骨钙素[3]。新形成的骨骼表面的成骨细胞可能分化为不活跃的骨衬里细胞或发生凋亡[3]。当成熟成骨细胞数量减少（无论是由于再生还是生理原因）时，新的成骨细胞会从间充质前体细胞中分化而来。与源自造血干细胞的破骨细胞不同，成骨细胞来源于间充质干细胞（MSCs）。这些MSCs具有多能性，可分化为多种类型的细胞，包括脂肪细胞、心肌细胞、肝细胞、胰岛素生成细胞、成骨细胞、神经元和血管内皮细胞。根据最新研究，MSCs的来源包括脂肪组织、羊水、羊膜、骨髓、胎盘和骨骼肌[4] [5]。
骨骼形成的调控非常重要，必须维持成骨细胞介导的成骨作用与破骨细胞驱动的骨吸收之间的平衡。在某些病理情况下，这种平衡会被打破，导致骨吸收增强，例如在骨质疏松症中。移植自体MSCs作为成骨细胞的来源是治疗骨缺陷的一种有前景的方法[6]。然而，如果这种平衡偏向成骨作用，可能会导致病理性异位骨形成，这是动脉粥样硬化和心脏瓣膜疾病的主要挑战之一[7]。尽管大部分基因组在转录时不会产生蛋白质产物，但仍有相当一部分基因组编码非编码RNA（ncRNAs）。ncRNAs是具有多种功能的RNA，包括microRNA（miRNAs）。miRNAs是长度为18-25个核苷酸的高度保守的RNA，在真核细胞中普遍存在[8]。多项研究表明，miRNAs在细胞增殖和分化等多种现象中具有调控作用。miRNAs可以在转录后水平上调控目标mRNA的表达[9]。Runt相关转录因子2（Runx2）主要在胎儿时期表达，在成体中表达水平较低。Runx2因其保守的DNA结合结构（runt结构域）而受到广泛关注。Runx2的异二聚体形式能够与其靶基因中的共识序列TGPyGGPyPy结合，其核心结合因子为beta/polyoma enhancer binding protein 2 beta[10]。每个成骨细胞分化阶段都与不同基因的表达相关，而Runx2负责对这些基因的调控[11]。研究表明，多种miRNAs可以通过靶向Runx2来调控成骨细胞的分化。
深入理解成骨细胞的分化过程及其调控因素将有助于控制病理状态并为未来提供新的治疗方法。在本研究中，我们首先概述了成骨细胞的分化过程，然后讨论了Runx2在其中的调控作用，接着探讨了miRNAs作为Runx2上游调控因子的重要性，以及miRNAs与信号通路、长非编码RNA（lncRNAs）、环状RNA（circRNAs）等因子之间的相互作用。本文综述了在人类、小鼠和大鼠细胞系上进行的研究，包括人骨髓来源的MSCs（BMSCs）、小鼠前成骨细胞系（MC3T3-E1）、小鼠肌细胞系（C2C12）等。在将动物研究结果应用于人类时，需要考虑物种间分化机制的差异。此外，本文还包括使用荧光素酶报告基因技术验证非编码RNA与Runx2 mRNA关联的研究。
成骨细胞分化阶段
成骨细胞通过两条途径从间充质前体细胞分化而来：一是通过膜内骨化（颅骨、锁骨），直接从MSCs分化为成骨细胞；二是通过软骨内骨化（轴向骨骼、四肢），经过软骨前体细胞中间阶段。这两种途径最终在成骨前体细胞阶段汇合[12]。成骨细胞谱系的定向由主转录因子Runx2调控[13]。在软骨内骨化过程中，Runx2的表达起着关键作用
Runx2：成骨细胞分化的主转录因子
Runx2功能的紊乱与多种病理状态相关。例如，锁骨颅骨发育不良是一种由Runx2突变引起的骨骼畸形疾病。小鼠中Runx2的缺失会导致骨骼形成异常[10]。Runx2-/-纯合子小鼠因完全缺乏矿化作用而在出生时死亡；它们的骨骼完全由软骨构成，肋骨过于脆弱而无法支撑呼吸。Runx2+/-杂合子小鼠的颅骨矿化缺陷类似于人类的锁骨颅骨发育不良
TGF-β和BMP信号通路
转化生长因子-β（TGF-β）超家族包括TGF-β和骨形态发生蛋白（BMPs），它们通过I/II型受体异源复合物在两条通路中传递信号：经典通路通过Smad，非经典通路通过MAPK[22]。在经典通路中，活化的II型受体磷酸化I型受体，进而磷酸化受体激活的Smads（R-Smads）。在TGF-β通路中，特定的R-Smads包括Smad2
骨质疏松症中的Runx2调控
世界卫生组织1993年对骨质疏松症的定义是：“一种进行性的系统性疾病，其特征是骨量减少和骨组织微结构退化，从而导致骨脆性增加和骨折易感性增加”[62]。据估计，全球骨质疏松症的患病率为19.7%（95%置信区间，18.0%–21.4%）。发展中国家的患病率（22.1%，95%置信区间，20.1%–24.1%）高于发达国家
miRNAs的结构和生物发生
miRNAs的形成是一个多步骤的过程，从细胞核开始最终到达细胞质。它们主要由RNA聚合酶II转录，尽管部分由RNA聚合酶III转录。初级miRNA（pri-miRNA）分子在其序列的非翻译区（UTR）具有5′帽和3′多聚(A)尾。随后，pri-miRNAs在DGCR8（一种RNA结合蛋白）的协助下被Drosha酶切割为前体miRNA（pre-miRNAs）
miRNAs通过靶向Runx2调节成骨细胞分化的作用
为了研究Runx2在成骨细胞分化中的作用，首先需要阐明Runx2与miRNAs之间的关系。研究表明，miR-204和miR-211是Runx2的直接靶标，它们通过下调Runx2来调控BMSCs的成骨细胞分化。此外，抑制miR-204/211可以促进ALP活性和骨基质矿化[75]。另一项研究探讨了miR-204对BMP2诱导的人类成骨细胞分化的影响
未来展望
本文指出miRNAs是重要的调控介质，许多因素通过它们影响Runx2的表达来调控成骨细胞分化。miRNAs对成骨细胞分化的调控效果取决于病理状态：例如，促进分化可能有助于缓解骨质疏松症，而抑制成骨作用可能有助于防治钙化性主动脉瓣狭窄。
miRNAs可以通过信号通路、化学化合物等多种途径在多个水平上进行调控
结论
本文重点介绍了Runx2表达的调控机制，它是成骨细胞分化的主要转录因子。miRNAs通过与其它lncRNAs、circRNAs、信号通路、药物化合物及机械负荷条件等的相互作用来调节Runx2的活性。基于miRNAs的干预措施（如敲除或过表达策略）为骨发育疾病的治疗提供了新的途径。然而，仍需要更多多中心的研究来验证这些方法的有效性
CRediT作者贡献声明
Roghayeh Abbasalipourkabir：撰写——审稿与编辑。
Nasrin Ziamajidi：监督与项目管理。
Somayeh Aslani：撰写——初稿撰写、数据可视化、实验设计、概念构思。
Ashkan Kalantary-Charvadeh：撰写——审稿与编辑、实验设计
数据可用性
本文研究未使用任何数据。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
