研究背景

在慢性腰痛与椎间盘退行性病变的治疗中，炎症调控始终是核心挑战。TLR-2作为先天免疫的关键传感器，其激活可触发NF-κB等信号通路，促进基质降解酶和促炎因子的表达，从而加速椎间盘退变。然而，TLR-2信号如何影响基因表达的精细调控网络，尤其是通过非编码RNA实现表观遗传层面的调控，至今尚未清晰。

miRNA作为一类重要的转录后调节因子，在细胞炎症、凋亡、衰老等过程中扮演关键角色，且已在骨关节炎等退行性疾病中被广泛研究。然而，在椎间盘退变中，TLR-2信号与miRNA表达之间的相互作用机制仍属未知。此前研究多集中于TLR-2对蛋白质编码基因的影响，或仅关注单一miRNA在退变中的表达变化，缺乏系统性与机制层面的探索。

本研究以人类退变与非退变椎间盘细胞为模型，首次系统阐明TLR-2信号如何通过调控miRNA表达网络影响椎间盘炎症微环境与退变进程，尤其聚焦于其在髓核与纤维环细胞中的差异调控机制，为理解椎间盘退变的表观遗传调控提供了新视角。

文章概述

腰痛是困扰全球数亿人的常见健康问题，其重要成因之一是椎间盘退行性病变。长期以来，炎症反应被认为是推动椎间盘退变的关键机制，但其背后的精确调控网络仍不清晰。近期，一项发表于Advanced Biology的国际合作研究，首次系统阐明了天然免疫受体TLR-2如何通过调控一类名为microRNA的小分子RNA，影响椎间盘细胞的炎症状态与退化进程。

该研究团队发现，Toll样受体2（TLR-2）信号激活可显著改变椎间盘细胞内10种miRNA的表达水平，其中miR-155-5p的上调最为显著，并在退变与非退变组织中表现一致。进一步分析表明，该miRNA能靶向调控包括c-FOS在内的多个炎症与细胞命运相关基因，从而在不动用外源杀菌成分的前提下，从表观遗传层面调控椎间盘微环境的炎症反应。这一机制不仅揭示了天然免疫信号与基因调控网络在椎间盘退变中的新型对话方式，也为未来开发针对特定miRNA的生物学疗法、干预椎间盘退变与慢性腰痛提供了崭新的理论依据与潜在靶点。

主要结果

1. 关键miRNA的鉴定与TLR-2通路验证

为系统鉴定TLR-2信号通路调控的miRNA，研究采用Illumina小RNA测序技术对经TLR-2特异性激动剂（PAM2CSK4）处理后的退变椎间盘细胞进行分析。结果显示，TLR-2激活后，共有10种miRNA的表达发生显著改变，其中miR-155-5p的上调最为显著。同时，细胞因子IL-6与IL-8的分泌量显著增加（图1），证实了TLR-2信号通路的成功激活。该结果表明，TLR-2信号是椎间盘细胞miRNA表达谱的关键调控者。

图1. 通过下一代测序技术鉴定TLR-2相关的miRNA

2. miR-155-5p的细胞特异性与退变依赖性调控

为验证miR-155-5p在不同细胞类型及退变状态下的调控特异性，研究分别对退变与非退变的纤维环（AF）细胞和髓核（NP）细胞进行TLR-2激活处理，并通过RT-qPCR进行验证。发现miR-155-5p在退变及非退变的AF与NP细胞中均被TLR-2特异性上调，且在非退变细胞中上调幅度更为显著（图2）。相比之下，其他miRNA（如miR-100-3p、miR-320b）的表达变化则呈现出明显的退变依赖性。这表明TLR-2对miR-155-5p的调控是椎间盘细胞中的一个普遍事件，而其调控网络在退变过程中发生了重构。

图2. 非退变AF与NP细胞经PAM2CSK4处理后TLR-2相关miRNA的表达

3. DAMP诱导的独特miRNA响应

为探究在病理环境下更相关的内源性损伤相关分子模式（DAMP）对TLR-2/miRNA轴的影响，研究使用碎片化纤连蛋白（fFN）激活TLR-2。RT-qPCR分析显示，fFN诱导了miR-484和miR-487在AF细胞中的特异性上调，这与PAMP（PAM2CSK4）激活模式不同。该结果提示，TLR-2信号下游的miRNA调控网络具有激动剂依赖性，DAMP可能通过独特途径影响椎间盘微环境。

图3. TLR-2相关miRNA在退变AF与NP细胞经碎片化纤连蛋白（fFN）处理后的表达

4. miR-155-5p的功能验证与靶向通路

为阐明miR-155-5p上调的功能性后果，研究通过生物信息学预测其靶向通路，并利用RT-qPCR验证关键靶基因。预测分析发现，miR-155-5p广泛靶向炎症（如NF-κB、TNF）和细胞命运（如PI3K-Akt、mTOR）相关通路。实验验证表明，在miR-155-5p高表达的退变NP细胞中，其预测靶基因c-FOS的表达被显著抑制。这从机制上揭示了TLR-2可能通过上调miR-155-5p来抑制下游靶基因，从而参与调控椎间盘炎症与细胞稳态。

图4. miR-155-5p的靶基因与通路预测

研究结论

本研究通过小RNA测序、细胞模型验证及生物信息学分析等多维度实验设计，系统探究了TLR-2信号通路在椎间盘退变过程中对miRNA表达谱的调控作用及其功能机制。研究人员以人类退变与非退变的椎间盘细胞为研究对象，通过PAM2CSK4及内源性损伤相关分子模式（如碎片化纤连蛋白）进行激活，系统筛选并验证了受其调控的关键miRNA。研究发现，TLR-2信号可显著诱导miR-155-5p在纤维环与髓核细胞中普遍上调，且该效应在非退变细胞中更为显著；同时，不同激动剂（PAMP vs. DAMP）可诱导不同的miRNA表达模式，表明其调控具有激动剂依赖性；进一步机制研究表明，miR-155-5p可靶向调控包括c-FOS在内的多个炎症与细胞命运相关基因。这些结果表明，TLR-2信号通过重塑miRNA表达网络，在椎间盘炎症微环境调控与退变进程中发挥关键作用。TLR-2/miRNA轴这一新机制的阐明，不仅为理解椎间盘退变的表观遗传调控提供了全新视角，也为开发基于miRNA靶向的生物学疗法、干预慢性腰痛及椎间盘退行性病变开辟了新的理论依据与潜在治疗路径。

论文信息

Exploring the Impact of TLR-2 Signaling on miRNA Dysregulation in Intervertebral Disc Degeneration

Petra Cazzanelli, Mikkael Lamoca, Oliver Nic Hausmann, Addisu Mesfin, Varun Puvanesarajah, Wolfgang Hitzl, Lisbet Haglund, Karin Wuertz-Kozak

Advanced Biology

DOI:10.1002/adbi.202300581

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adbi.202300581

期刊介绍

Advanced Biology是Wiley出版社旗下Advanced 系列期刊之一。Advanced系列是Wiley倾力打造的自主旗舰品牌，涵盖了各学科领域的优秀期刊。作为Advanced系列的第一本生命科学类期刊，Advanced Biology （IF:2.6）创刊于2017年，旨在成为生命科学领域具有国际影响力的原创成果发表平台，涵盖从分子到整个生命体以及更高尺度的生命科学研究。期刊致力于报道重要新颖具有广泛生物学意义的基础及应用研究，包括但不限于以下领域：细胞与分子生物学、系统生物学、合成生物学、组织工程与再生医药、生物技术与生物工程、免疫学、微生物学、结构生物学、神经生物学、癌症研究、发育生物学、遗传学与表观遗传学、生态系统与进化生物学等。作为Hybrid期刊，Advanced Biology为作者提供Gold Open Access发表选项。

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