机械刺激通过初级纤毛调控软骨细胞凋亡与基质代谢延缓膝骨关节炎的机制

摘要

目的：膝骨关节炎（osteoarthritis,OA）是最常见的慢性退行性疾病之一，主要病理变化为软骨细胞凋亡和细胞外基质退化。机械刺激可以延缓软骨细胞凋亡并促进细胞外基质合成，但其分子机制不明确。本研究旨在探究初级纤毛（primary cilia,PC）在介导机械刺激影响OA进展中的作用。方法：体内实验：构建鞭毛内转运体88（intraflagellar transport 88,IFT88）条件性敲除的IFT88^flox/flox小鼠（即初级纤毛缺失小鼠），并以野生型小鼠为对照。通过外科手术（前交叉韧带横切术联合内侧半月板失稳术）建立OA模型，进行跑台运动干预，通过苏木精-伊红（hematoxylin-eosin,HE）染色、番红O-固绿染色和免疫组织化学评估OA进展，末端脱氧核苷酸转移酶介导的d UTP缺口末端标记法（terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL）染色评估凋亡水平，转棒测试评估下肢功能。体外实验：提取小鼠关节软骨原代细胞，使用慢病毒转染技术降低IFT88基因表达，构建初级纤毛缺失细胞模型；使用白细胞介素-1β诱导炎症环境，通过细胞拉力器施加循环拉伸应变（cyclic tensile strain,CTS）模拟机械负荷对关节软骨的影响；免疫荧光和蛋白质印迹法检测II型胶原α1链（type II collagen α1 chain,COL2A1）、初级纤毛、IFT88和半胱天冬酶12（cysteinyl aspartate specific proteinase 12,caspase-12）的蛋白质表达水平，反转录聚合酶链反应检测COL2A1 mRNA水平，流式细胞术检测细胞凋亡程度。结果：体内实验显示：野生型OA小鼠经跑台运动后国际骨关节炎研究学会（Osteoarthritis Research Society International,OARSI）评分和凋亡阳性细胞率显著降低，且平衡能力改善；而IFT88敲除的OA小鼠未表现出显著变化。体外实验发现：CTS可抑制白细胞介素-1β诱导的原代关节软骨细胞外基质降解和细胞凋亡；但在初级纤毛表达受抑制的细胞中，上述保护作用消失。结论：机械刺激通过初级纤毛介导信号转导，抑制关节软骨退变和细胞凋亡，延缓OA进展。

关键词

膝骨关节炎 / 软骨 / 初级纤毛 / 机械刺激 / 鞭毛内转运体88