絕經后骨質疏松癥是最常見的代謝性骨病，影響全球近2億女性。骨質疏松癥的特征是骨礦化改變和骨量減少，導致骨折的可能性增加。此外，由于患者行動能力和日常活動受限，以及與醫療、缺勤和長期住院相關的費用，骨質疏松性骨折造成了重大的社會和經濟負擔。雌激素下降是絕經后骨質疏松癥的主要原因，它通過促進破骨細胞骨吸收和抑制成骨細胞骨形成來阻礙骨穩態。目前，雙膦酸鹽是骨質疏松癥臨床治療的首選藥物。盡管如此，長期使用雙膦酸鹽可能會導致并發癥，如骨壞死。更全面地了解絕經后骨質疏松癥的分子發病機制可能會導致新的靶點和生物標志物的發現，以幫助預防和治療這種疾病。
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越來越多的證據表明，非編碼RNAs（ncRNAs）在骨質疏松性骨再生過程中起著關鍵的調節作用。因此，它們有望成為預防骨質疏松癥的潛在治療靶點。近年來，環狀RNAs（circRNAs）因其在調節疾病發生和發展過程中的重要作用而備受關注。這些分子比線性RNAs更穩定，因為它們的閉環結構保護它們免受RNA核酸外切酶的降解。CircRNAs最初被認為是剪接過程的副產物，沒有生物學功能。相比之下，最近的研究發現，circRNAs可以通過充當microRNAs（miRNAs）海綿來調節內源性競爭性mRNAs的翻譯。有趣的是，最近的證據表明，circRNAs可以通過與RNA結合蛋白（RBPs）相互作用，在調節疾病的發病機制中發揮重要作用。例如，最近的一項研究表明，circPDE4B通過與RIC8A和MID1相互作用來防止關節軟骨退化，這表明circRNA通過與RBPs相互作用在調節軟骨形成中發揮關鍵作用。
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此外，新出現的證據表明，一些circRNAs在骨質疏松癥患者的外周血中失調。其中一些circRNAs已被鑒定為通過充當miRNA海綿調節BMSC增殖或分化的調節因子。然而，這些先前的研究僅限于探索與骨質疏松癥相關的circRNAs在充當miRNAs海綿中的作用。目前尚不清楚circRNAs是否可以通過其他機制（例如通過與RBPs相互作用）調節骨代謝。
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近日，Nature子刊Bone Research（IF13.567）期刊發表了題為Circular RNA circStag1 promotes bone regeneration by interacting with HuR的研究論文。報道了一個與骨質疏松癥相關的關鍵circRNA circStag1，其在骨質疏松大鼠BMSCs和絕經后骨質疏松患者骨組織中表達下調，并通過HuR/Wnt信號促進骨質疏松性骨形成。結果表明，作為骨代謝的關鍵調節因子，circStag1可能作為預防絕經后骨質疏松癥的候選治療靶點。
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BMSCs，發現OVX大鼠的BMSCs的成骨能力顯著降低。成骨標志基因的表達在骨質疏松性BMSCs中顯著減少。為了鑒定潛在的骨質疏松癥相關的circRNAs，研究人員進行了RNA測序以尋找骨質疏松BMSCs中失調的circRNAs。結果顯示，與假手術組BMSCs相比，OVX組BMSCs中有54個circRNAs表達上調，65個表達下調。其中有15個circRNAs（10個上調，5個下調）在人和大鼠中高度同源，通過qPCR對這些circRNAs的表達水平進一步分析發現circFam13c、circCcbe1、circTc2n、circArhgap26和circPde4d在骨質疏松性BMSCs和臨床骨組織中的表達顯著升高，而circLcor1、circStag1和circArih1的表達顯著降低。進一步的研究發現circStag1是一種與骨質疏松相關的環狀circRNA，與骨量和骨形成呈正相關。
Fig1. 環狀RNA circStag1在BMSCs成骨分化過程中表達下調，并與成骨密切相關
隨后，研究人員對circStag1進行了表征，并構建了circStag1過表達質粒（ov-circStag1）和小干擾RNA（si-circStag1），以測試過表達或敲低circStag1對Stag1 mRNA表達的影響。結果顯示circStag1并不調節Stag1的表達。接下來，研究人員通過FISH和核質分離發現circStag1主要位于BMSCs細胞質。并通過茜素紅S（ARS）和ALP染色發現，過表達circStag1可以顯著增強BMSCs的成骨能力，并顯著增加了成骨標志物的表達，但通過敲低circStag1會顯著減弱這種作用。表明circStag1對調節骨生成具有積極作用。
Fig2. CircStag1促進BMSCs骨生成
機制上，研究人員發現circStag1與RNA結合蛋白HuR（人類抗原R）相互作用，并促進HuR易位進入細胞質。高水平的細胞質HuR通過穩定和增強低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6（Lrp5/6）和β-catenin的表達來激活Wnt信號通路，從而刺激BMSCs的成骨分化。
Fig3. CircStag1通過與HuR相互作用激活Wnt信號通路
鑒于circStag1是骨生成的促進因子，研究人員進一步在負載circStag1的AAV（circStag1-AAV）的大鼠體內探索了circStag1對骨再生的影響。結果顯示，負載circStag1的腺相關病毒（circStag1-AAV）在體內過表達circStag1可促進新骨形成，從而防止去卵巢大鼠的骨丟失。
Fig4. 過表達circStag1可促進OVX大鼠骨形成
總的來說，本研究結果表明circStag1通過HuR/Wnt信號在促進骨組織再生方面發揮了關鍵作用，這可能為預防絕經后骨質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測序服務、circRNA FISH探針&試劑盒、生物素標記RNA pulldown circRNA探針及其對照產品均由銳博生物提供！更多產品與服務信息，歡迎來電咨詢！
