本研究旨在评估血清miR-215-5p作为骨关节炎诊断生物标志物的价值,并探讨其在IL-1β诱导的软骨细胞中的调控机制。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
研究文章
* These authors contributed equally
本研究旨在评估血清miR-215-5p作为骨关节炎诊断生物标志物的价值,并探讨其在IL-1β诱导的软骨细胞中的调控机制。
骨关节炎(OA)是一种以关节软骨退化和滑膜炎性浸润为特征的退行性关节疾病。本研究旨在评估血清miR-215-5p作为OA诊断生物标志物的价值,并探讨其在IL-1β诱导的软骨细胞中的调控机制。共纳入110例OA患者和105名健康对照者。采用定量反转录聚合酶链反应(qRT-PCR)检测血清中miR-215-5p和EREG的表达水平。通过受试者工作特征曲线(ROC曲线)评估miR-215-5p对OA的诊断价值。使用IL-1β刺激C28/I2软骨细胞构建OA细胞模型。采用细胞计数试剂盒-8(CCK-8)、Transwell实验和酶联免疫吸附测定(ELISA)分别评估细胞活力、迁移能力及炎症因子水平。通过双荧光素酶报告基因实验和RNA免疫沉淀(RIP)实验验证miR-215-5p与EREG之间的相互作用关系。结果显示,在OA患者中,血清miR-215-5p表达上调,而EREG表达下调。miR-215-5p对OA具有良好的诊断效能(曲线下面积,AUC = 0.883)。在白细胞介素-1β(IL-1β)处理的C28/I2细胞中,抑制miR-215-5p可增强细胞活力和迁移能力,并降低IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的水平。EREG被证实是miR-215-5p的直接靶基因。EREG的敲低部分逆转了miR-215-5p下调对IL-1β处理的C28/I2细胞活力和迁移能力的促进作用,并减弱其对炎症因子的抑制效应。miR-215-5p通过调控EREG参与OA的发病过程,是一种有前景的OA诊断生物标志物和潜在治疗靶点。
骨关节炎(OA)是一种退行性关节疾病,其病理特征表现为软骨退变伴随滑膜炎症1,2。全球范围内,OA 的发病率居高不下,相关研究已报道其发病率呈逐年上升趋势3,4。研究表明,肥胖、衰老、遗传易感性和骨密度等因素均与 OA 的发生发展相关5。在临床症状方面,OA 患者常表现为关节疼痛、肿胀、活动受限和僵硬,严重影响患者的生活质量6,7。值得注意的是,OA 存在不同的表型,这些表型恰当地反映了该疾病发病机制的多样性8。目前,OA 的治疗仍以缓解症状为中心,常用的临床药物包括镇痛药和非甾体抗炎药,这些药物仅能缓解疼痛,无法有效逆转疾病的进展9。因此,探索新的 OA 生物标志物已成为当前研究的迫切需求。
microRNA(miRNA)是一类不参与蛋白质编码的短链RNA分子10。它们在多细胞生物中作为重要的基因调控分子,能够影响大量蛋白质编码基因的表达水平11。大量研究已证实,miRNA在骨关节炎(OA)的发生发展中发挥显著作用12。既往研究表明,miR-215-5p在子痫前期中呈高表达,并通过调控CDC6的表达来降低滋养层细胞的迁移和侵袭能力13。miR-215-5p的过表达可减轻脓毒症中H9c2细胞的炎症损伤14。在骨质疏松症的发病过程中,miR-215-5p可通过抑制XIAP的表达并促进hBMSCs的分化而发挥保护作用15。值得注意的是,在对OA患者滑膜组织miRNA表达谱进行分析时发现,miR-215-5p的表达水平上调16。然而,血清中miR-215-5p的表达水平及其作为OA诊断生物标志物的潜力尚未被研究。miR-215-5p在OA软骨细胞中的作用,特别是其对细胞活力、迁移能力及炎症反应的影响,仍不清楚。目前尚无研究报道miR-215-5p是否通过特定的下游靶基因在OA中发挥调控作用。填补这些空白将有助于深入理解OA的分子机制,并为发现新的潜在治疗靶点提供依据。
EREG 是表皮生长因子家族的一员,已被证实参与组织修复和炎症反应17,18。Chen 等人的研究报道,与对照组相比,骨关节炎(OA)患者软骨和滑膜组织中 EREG 的表达显著降低19。然而,EREG 是否在 OA 软骨细胞中作为 miR-215-5p 的下游靶点,以及该调控轴在 OA 发病机制中的作用,目前尚不明确。
基于上述背景,我们提出假设:骨关节炎(OA)患者血清中miR-215-5p表达上调,并通过直接靶向EREG驱动软骨细胞炎症性功能障碍,而抑制miR-215-5p可缓解白细胞介素-1β(IL-1β)诱导的软骨细胞损伤。本研究采用统一的可测量终点指标和判断标准进行临床与细胞层面的验证:在临床层面,共纳入110例OA患者和105名健康对照者;采用qRT-PCR定量检测血清miR-215-5p和EREG水平,应用ROC曲线评估诊断效能(AUC ≥ 0.7为有效,P < 0.05为具有统计学意义);在细胞层面,利用IL-1β诱导人软骨细胞系C28/I2建立体外OA模型,通过转染miR-215-5p模拟物、抑制剂及其阴性对照,结合或不结合EREG过表达质粒,探究miR-215-5p/EREG轴对细胞活力、增殖、凋亡、细胞周期及炎症因子释放的影响;采用双荧光素酶报告基因实验验证miR-215-5p与EREG的直接靶向关系;通过Western blot和免疫荧光染色检测EREG、MMP-13、ADAMTS-5、Bcl-2、Bax、cleaved caspase-3及NF-κB通路相关蛋白的表达水平。关键词:miR-215-5p,EREG,骨关节炎,软骨细胞,炎症,IL-1β,qRT-PCR,ROC曲线,双荧光素酶报告基因实验,NF-κB通路 < 0.05)。相关性分析采用卡方检验进行。 miR-215-5p 与骨关节炎临床特征之间的关联,以及多因素逻辑回归分析确定的骨关节炎独立危险因素(校正后 P < 0.05)。体外实验中,采用10 ng/mL IL-1β处理C28/I2软骨细胞24小时以建立骨关节炎(OA)模型,随后转染miR-215-5p抑制剂/模拟物及si-EREG。通过CCK-8、Transwell和ELISA实验检测细胞活力、迁移能力及炎症因子水平。挽救实验标准:miR-215-5p抑制剂可恢复软骨细胞的活力与迁移能力(P < 0.05),而EREG沉默则部分消除了这一保护作用(P < 0.05)。生物信息学TargetScan预测、双荧光素酶报告基因实验和RIP实验进一步验证了它们之间的直接结合:转染miR-215-5p模拟物后,WT-EREG荧光素酶活性显著降低;与IgG对照组相比,Ago2沉淀物中miR-215-5p/EREG的富集程度明显升高(均P < 0.05)。 < 0.05)被定义为靶向相互作用的判断标准。综上所述,本研究系统阐明了miR-215-5p在骨关节炎(OA)中的诊断价值及分子作用机制,从而鉴定了新的潜在治疗靶点。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本研究遵循赫尔辛基宣言的原则。研究开始前已获得仙游县总医院伦理委员会的批准(批准号:202514,2025年6月18日)。
方案的摘要见补充图1。
样本
共招募了在本院接受治疗的110名骨关节炎患者和105名健康对照者。骨关节炎组的纳入标准如下:根据美国风湿病学会制定的分类标准确诊为骨关节炎20. 所有患者均接受X射线检查并进行Kellgren-Lawrence(K-L)影像学分级;入院前3个月内未接受抗生素治疗;临床资料完整;且所有患者均签署书面知情同意书。骨关节炎(OA)组的排除标准包括:已接受相关治疗或处于疾病终末期的患者;患有其他类型关节疾病(如痛风、类风湿性关节炎等)的患者;合并肿瘤、严重肝肾功能不全、自身免疫性疾病、感染性疾病、神经系统疾病或严重心肺疾病者;以及存在身体残疾、无法自理者。在入组时,记录所有受试者的基线资料,包括年龄、性别、体重指数(BMI)、吸烟史、饮酒史、家族史、病程、K-L分级、视觉模拟评分(VAS)、西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(WOMAC)评分以及病变部位 位点。相关数据已进行分析和总结 表1所有受试者均在空腹状态下采集8 mL静脉血,于4 °C静置3小时,随后在4 °C以3000 × g离心15分钟以分离血清。轻柔收集血清,保存于−80 °C直至进一步检测。
人血/血清(B类感染性生物材料)含有可传播未知病原体的人体体液,可能通过飞溅、针刺或接触破损皮肤导致经皮或黏膜感染。必须佩戴一次性丁腈手套、一次性医用隔离衣、护目镜或面罩以及外科口罩。经高压灭菌处理后,由有资质的医疗废物处理机构集中收集并焚烧。
细胞培养与骨关节炎细胞模型构建
人C28/I2软骨细胞在含10%胎牛血清(FBS)的DMEM/F12培养基中,于37 °C、5% CO₂的湿化培养箱中培养。所有实验均使用第3至6代细胞,以保持稳定的细胞表型。当细胞汇合度达到80%时,进行后续实验处理。实验组细胞在37 °C下用10 ng/mL的IL-1β处理24小时,以建立体外骨关节炎(OA)模型21,而对照组细胞则不做处理。
细胞转染
阴性对照抑制剂(inhibitor-NC)、miR-215-5p 抑制剂、mimic-NC、miR-215-5p 模拟物(mimic)、阴性对照小干扰 RNA(si-NC)和 si-EREG 均为商业合成。转染实验在细胞对数生长期进行,使用转染试剂于6孔板中完成。具体操作如下:每孔将50 nM的抑制剂/模拟物或阴性对照溶于125 µL Opti-MEM培养基中,与溶于125 µL Opti-MEM中的5 µL转染试剂混合,室温孵育15分钟以形成复合物,随后将混合液加入细胞中。转染后48小时收集细胞,用于后续实验。
定量反转录聚合酶链式反应(qRT-PCR 检测)
使用TRIzol试剂按照制造商的方案提取总RNA,样本包括血清和细胞。逆转录反应中,每个反应使用1 µg总RNA,操作依照PrimeScript逆转录酶的制造商说明书进行。逆转录完成后,采用SYBR-Green Real Master mix作为反应试剂,在实时荧光定量PCR仪上进行扩增反应。扩增的热循环参数如下:95 °C预变性30 s,随后进行40个循环,每个循环为95 °C变性5 s和60 °C退火延伸30 s。所有样本均设置技术重复三次进行qRT-PCR。为定量检测miRNA和mRNA的表达水平,采用U6和β-actin作为内参对照对循环阈值(Ct)进行标准化处理,最终数据通过2-ΔΔCT法进行定量分析。qRT-PCR所用引物序列见补充表1。
TRIzol试剂是一种危险化学品,具有强腐蚀性;直接接触可导致皮肤和眼睛严重灼伤,其挥发性气雾可刺激呼吸道。操作时必须佩戴耐化学腐蚀的腈类手套、实验服以及防化学飞溅护目镜,并且只能在通风橱中使用。废液应储存于贴有标签的密封塑料化学废液容器中,并根据当地法规进行妥善处理。
细胞活力检测
通过细胞计数试剂盒-8(CCK-8)评估细胞活力。将细胞以每孔5 × 103个细胞的密度接种至96孔板中。在培养0、24、48和72小时后,向每孔加入10 µL CCK-8溶液。在37 °C孵育1小时后,于450 nm波长下测定各孔的光密度。
Transwell 实验
采用孔径为 8 µm 的 Transwell 小室评估细胞迁移能力。简言之,将 5 × 104 个细胞/孔接种于上室的插入膜中,上室内含无血清培养基,下室则加入完全培养基。将小室置于 37 °C 培养 24 小时。未迁移的细胞(位于膜上表面)用棉签轻轻擦去。迁移至膜下表面的细胞用 4% 多聚甲醛固定 10 分钟,并用 0.1% 结晶紫染色 20 分钟。最后,使用光学显微镜(×200)观察并计数穿过膜的细胞。每个模型随机选取五个无重叠的视野进行计数。计算并记录各实验组迁移细胞的平均数量。
甲醛(致癌物,对皮肤/呼吸道有刺激性,易挥发的有毒有机化合物)。 其挥发性气体可引起黏膜刺激、皮炎及过敏反应。所有操作必须在通风良好的通风橱中进行。应佩戴耐化学腐蚀手套、实验服、防雾护目镜和活性炭呼吸器。含PFA的废弃物应按照危险废物管理规定进行处理,并依据当地法规妥善处置。
结晶紫是一种生物染色剂。经皮肤吸收后具有毒性,对环境具有长期有害影响。应避免与皮肤直接接触以及随意排放。操作时需佩戴一次性丁腈手套和实验服。
酶联免疫吸附测定(ELISA)
根据产品说明书中的操作指南,使用人ELISA试剂盒检测IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的水平。
双荧光素酶报告基因检测
利用 TargetScan 数据库预测 miR-215-5p 的候选靶基因。通过双荧光素酶报告基因检测试剂盒分析 miR-215-5p 与靶基因 EREG 的相互作用:扩增并克隆 EREG 的野生型和突变型序列至 pGL3 载体中。随后,将构建的重组质粒分别与 mimic-NC 或 miR-215-5p mimic 共转染至 C28/I2 细胞。孵育 48 小时后检测荧光素酶活性。
RNA 免疫沉淀(RIP)
使用EZ-Magna RIP试剂盒验证了miR-215-5p与EREG之间的相互作用。实验步骤如下:首先使用RIP裂解液裂解细胞,随后将细胞裂解物与RIP缓冲液中偶联了抗argonaute 2(Ago2)或抗人免疫球蛋白G(IgG)抗体的磁珠共同孵育。然后,用蛋白酶K处理RNA并进行纯化。最后,通过qRT-PCR检测miR-215-5p和EREG的表达水平。
统计学
数据分析和图像绘制使用 SPSS 和 GraphPad Prism 软件完成。在进行统计分析前,采用 Shapiro-Wilk 检验评估数据分布的正态性。符合正态分布的测量数据以均值 ± 标准差(SD)表示。两组之间的比较采用 Student t 检验,多组间比较则采用方差分析(ANOVA)结合 Tukey 事后检验。非正态分布的连续性变量以中位数和四分位距(IQR)表示,并使用 Mann-Whitney U 检验进行比较。分类变量以百分比(n (%))表示,组间差异通过卡方检验进行分析。采用受试者工作特征(ROC)曲线评估 miR-215-5p 对骨关节炎(OA)的诊断效能。通过卡方检验评估 miR-215-5p 与 OA 患者临床特征之间的关联。采用多变量 logistic 回归分析探索 OA 发生的风险因素。通过 Spearman 相关性分析评估 miR-215-5p 与 EREG 之间的关联。P < 0.05 被认为具有统计学显著性。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
基线特征
对照组纳入105例患者,包括58例(55.24%)男性和47例(44.76%)女性,平均年龄为52.81 ± 12.57岁,BMI为24.25 ± 2.71 kg/m2。骨关节炎(OA)组包含110例患者,其中男性69例(62.73%),女性41例(37.27%),平均年龄为54.42 ± 12.33岁,BMI为24.88 ± 3.51 kg/m2。OA组的其他基线信息见表1。
OA 患者血清中 miR-215-5p 的表达特征及其诊断价值
OA 患者血清中 miR-215-5p 的表达水平上调(P < 0.001,图 1A)。通过 ROC 曲线分析进一步评估其诊断效能,结果显示曲线下面积(AUC)为 0.883(95% 可信区间(CI)= 0.840–...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
骨关节炎(OA)是临床常见的关节疾病,已成为继糖尿病和痴呆之后导致器质性残疾的第三大重要原因22,23。然而,OA的发病机制复杂,其诊断常需结合临床症状、影像学检查等多种手段,漫长的诊断周期严重影响了患者的及时治疗24。因此,临床上探索可用于OA诊断的生物标志物具有重要意义。
在本研究中,miR-215-5p 表现出高表达。该结果与熊等人的研究发现一致,他们在心肌细胞损伤模型中观察到 miR-215-5p 的表达升高,进一步佐证了本研究结果的可靠性25。目前,关于 miR-215-5p 在骨关节炎(OA)中的临床研究相对较少。此外,本研究的分析显示,miR-215-5p 在该队列中具有良好的诊断效能。进一步地,miR-215-5p 与疾病持续时间及 K-L 分级密切相关,且是 OA 的独立危险因素。类似地,蔡等人的研究为此结论提供了有力支持。他们的研究表明,miR-141...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者对本文讨论的任何材料均无财务或所有权利益。
作者未获得此项工作的特定资助。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 96孔板 | Corning/USA | 3903 | |
| 抗Ago2抗体 | Abcam/USA | AB_867543 RRID: ab186733 | |
| 抗IgG抗体 | Abcam/USA | AB_10673832 RRID: ab133470 | |
| C28/I2软骨细胞 | Merck Millipore/USA | SCC043 | |
| CCK-8试剂盒 | 碧云天/中国 | C0038 | 细胞活力检测试剂盒 |
| 结晶紫 | Sigma-Aldrich/USA | V5265 | |
| DMEM/F12培养基 | Gibco/USA | 11320033 | |
| 双荧光素酶报告基因检测试剂盒 | Promega/USA | E1910 | |
| EZ-Magna RIP试剂盒 | Merck Millipore/USA | 17701 | |
| FBS | Thermo Fisher Scientific/USA | 26010074 | |
| 甲醛 | Sigma-Aldrich/USA | F8775 | |
| GraphPad Prism 9.0 | GraphPad Software Inc. /USA | https://www.graphpad.com/features | |
| IL-1β | Sigma-Aldrich/USA | SRP3083 | |
| IL-1β ELISA试剂盒 | 南京建成/中国 | H002-1-2 | |
| IL-6 ELISA试剂盒 | 南京建成/中国 | H007-1-2 | |
| 培养箱 | Thermo Fisher Scientific/USA | BB150-2TCS-L | |
| 抑制剂-阴性对照 | 吉玛基因(定制合成)/中国 | https://www.genepharma.com/ | |
| Light Cycler 480 | Roche/瑞士 | https://lifescience.roche.com/global/en/article-listing/article/lightcycler-480-system-technology.html | 实时荧光定量PCR仪 |
| Lipofectamine 3000 | Invitrogen/USA | L3000015 | 用于细胞转染的转染试剂 |
| 酶标仪 | Thermo Fisher Scientific/USA | VA000010C | |
| 显微镜 | Nikon/日本 | https://www.nikon.com.cn/sc_CN/ | |
| 模拟物-阴性对照 | 吉玛基因(定制合成)/中国 | https://www.genepharma.com/ | |
| miR-215-5p抑制剂 | 吉玛基因(定制合成)/中国 | https://www.genepharma.com/ | |
| miR-215-5p模拟物 | 吉玛基因(定制合成)/中国 | https://www.genepharma.com/ | |
| Opti-MEM | Gibco/USA | 31985070 | |
| pGL3载体 | Promega/USA | E1751 | |
| PrimeScript逆转录酶 | Takara/日本 | 2680 | 逆转录试剂盒 |
| Si-EREG | 吉玛基因(定制合成)/中国 | https://www.genepharma.com/ | |
| Si-NC | 吉玛基因(定制合成)/中国 | https://www.genepharma.com/ | |
| SPSS 24.0 | IBM Corp/USA | https://spssau.com/index.html | |
| SYBR Green Supermix | Bio-Rad/USA | 1725121 | |
| TNF-α ELISA试剂盒 | 南京建成/中国 | H052-1-2 | |
| Transwell小室 | Corning/USA | 3422 | |
| TRIzol试剂 | Thermo Fisher Scientific/USA | 15596026 | RNA提取试剂 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。