骨关节炎（OA）是最常见的关节炎，其特征是软骨退化、滑膜炎、骨赘形成和软骨下骨重塑。目前，已发现包括机械应力、代谢改变和炎症介质在内的多种因素在OA发病机制中发挥关键作用。这些驱动因素参与OA的发展和进展，并导致OA的几种表型，包括软骨细胞衰老、软骨破坏、软骨细胞代谢失调、软骨下骨变化和关节炎症。炎症性膝关节OA是一种常见的临床症状，伴有大量滑膜炎症、关节肿胀和膝关节疼痛。关节液中的一组分泌性促炎因子介导了导致OA病理生理学的过程。特别是，白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子（TNF）可介导核因子κB（NF-κB）信号通路的激活，并启动软骨细胞外基质（ECM）的降解。开发针对这些致病因素的有效治疗策略可能有助于炎症性OA表型的治疗。

长链非编码RNA（lncRNA）是一类超过200个核苷酸（nt）的RNA转录本，不具有蛋白质编码能力。越来越多的证据表明，lncRNAs具有广泛的生物学功能，其异常表达与多种病理状态有关，包括OA等肌肉骨骼疾病。据报道，MALAT1、HOTAIR、GAS5和H19等几种lncRNAs有助于OA的发病机制，但许多研究已经在滑膜细胞或小鼠细胞系中进行，关于lncRNAs在人类关节软骨细胞（HACs）中的功能研究较少。已在许多炎症性疾病中发现了炎症相关的lncRNAs。其中一些，如lncRNA-CIR（cartilage injury-related）和PACER（p50-associated cyclooxygenase 2-extragenic RNA），有助于ECM降解和OA进展。

蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）对精氨酸残基的甲基化是调节蛋白质功能的重要翻译后修饰（PTM）。催化靶蛋白中不对称二甲基精氨酸（ADMA）形成的I型PRMTs（包括PRMT1、PRMT2、PRMT3、CARM1、PRMT6和PRMT8）参与许多细胞过程，包括RNA剪接、信号转导和蛋白质-蛋白质相互作用。先前的研究表明PRMT1共激活NF-κB依赖性基因表达和在炎症反应中的功能。在破骨细胞分化过程中，PRMT1直接与NF-κB的p65亚基相互作用，促进NF-κB的转录活性。然而，也有研究报道PRMT1诱导的p65甲基化可以抑制p65与DNA的结合，从而抑制TNF-NF-κB信号传导。这些结果表明PRMT1在调节NF-κB信号传导中发挥重要作用，但PRMT1调节该通路的机制仍存在争议。

近日，Science Signaling期刊发表了一篇题为The lncRNA PILA promotes NF-κB signaling in osteoarthritis by stimulating the activity of the protein arginine methyltransferase PRMT1的研究论文。报道了一种功能性PRMT1相互作用的lncRNA PILA，其在体内外促进软骨细胞ECM分解代谢和细胞凋亡。并揭示了PILA通过刺激蛋白质精氨酸甲基转移酶PRMT1的活性促进OA中NF-κB信号通路活化的作用机制，为了解NF-κB信号通路在OA中的调控作用提供了新的见解，并为OA提供了一个潜在的新治疗靶点。
为了探索骨关节炎软骨细胞中炎症信号通路的激活状态，研究人员首先分析了GEO（GSE113825）中人膝关节骨关节炎软骨细胞的转录组测序数据。结果发现，与NF-κB信号通路、炎症反应和细胞凋亡（骨关节炎软骨细胞特异性特征）相关的基因集在骨关节炎软骨细胞中显著增加。为了鉴定可能参与这种炎症信号传导的lncRNAs，研究人员对炎症性细胞因子（TNF和IL-1β）刺激的原发性HACs与未刺激的HACs进行了RNA测序（RNA-seq）。结果显示，总共有1041个lncRNAs在发炎的软骨细胞中失调超过两倍，在前50个失调的lncRNAs中，研究人员发现了一个高度增加的lncRNA（超过15倍），称为PILA。随后的qRT-PCR检测结果与测序结果一致。为了探索其与OA的关系，研究人员进行了RNA原位杂交（ISH），以检测OA患者接受全膝关节置换术的软骨损伤和未损伤区域中的PILA，结果显示与未损伤组织相比，损伤软骨中的PILA增加。荧光ISH（FISH）及核质分离检测证实了PILA主要定位于HACs的细胞核。总之，结果表明PILA是一个OA相关的lncRNA，其在炎症软骨细胞和骨关节炎软骨中表达增加。
随后，为了确定PILA是否导致软骨细胞功能障碍，研究人员使用Ribo Smart Silencer（3条siRNAs和3条反义寡核苷酸）和过表达质粒进行了功能缺失性实验和获得性实验。结果显示，沉默TNF处理的HACs中的PILA降低了编码基质降解蛋白酶（如MMP3、MMP13和ADAMTS4）转录本的表达，相应地MMP3、MMP13、ADAMTS4蛋白表达减少。一致地，PILA沉默的软骨细胞中糖胺聚糖（GAG）增加。此外，PILA敲低可抑制TNF诱导的软骨细胞凋亡，并且沉默PILA降低了TNF诱导的p65磷酸化，显著消除了TNF诱导的p65核转位（炎症细胞因子诱导的p65磷酸化和随后p65复合物易位进入细胞核是NF-κB信号激活的标准标志物）。过表达PILA则得到相反的结果。表明高度丰富的PILA促进软骨细胞降解并积极激活NF-κB信号通路。
接下来，研究人员通过一系列实验探索了PILA诱导NF-κB信号通路激活的潜在机制。结果发现，PILA与PRMT1相互作用并促进PRMT1介导的DHX9（DExH-box helicase 9）的精氨酸甲基化，导致编码NF-κB信号上游激活因子TAK1[ 转化生长因子-β（TGF-β）-活化激酶1 ]的基因的转录增强，从而促进NF-κB通路的激活。
最后，为了探索PILA的生理功能，研究人员评估了过表达人类PILA对小鼠软骨退化和OA进展的影响。结果发现，在小鼠关节内注射编码PILA的腺病毒载体会引发自发性软骨损失并加剧创伤后OA。此外，PILA异位过表达增加TAK1丰度，激活NF-κB信号通路，促进关节软骨细胞中PRMT1和DHX9的相互作用。表明PILA在体内可促进NF-κB信号传导和软骨降解，并加重OA。
总之，本研究确定了一个参与OA进展的关键lncRNA PILA。体外和体内功能实验证明了PILA 在软骨细胞ECM降解和炎症凋亡反应中的调节作用。机制上，PILA与PRMT1相互作用并促进PRMT1介导的DHX9的ADMA修饰，导致编码TAK1的基因表达增加，从而促进NF-κB信号传导。本研究结果揭示了OA进展中的功能性炎症相关lncRNA，并将其确定为OA治疗的潜在治疗靶点。

原文链接：
https://www.science.org/doi/full/10.1126/scisignal.abm6265

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