科學(xué)家發(fā)現(xiàn)軟骨再生機(jī)制——有望治療骨關(guān)節(jié)炎
骨關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis, OA）是一種常見且嚴(yán)重?fù)p害患者身體機(jī)能的關(guān)節(jié)疾病，其特征是軟骨變性和丟失，并且由于其復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制而缺乏積極有效的手段。近年來隨著細(xì)胞和組織工程技術(shù)的發(fā)展,利用干細(xì)胞治療骨關(guān)節(jié)炎受到廣泛的關(guān)注。自身的關(guān)節(jié)固有干細(xì)胞治療（native joint-resident stem cell-based therapy）似乎是一種有希望的替代療法，并且新的激活內(nèi)源性干細(xì)胞的化合物和因子也在不斷被發(fā)現(xiàn)。小分子Kartogenin（KGN）通過激活干細(xì)胞分化促進(jìn)OA軟骨再生，但其藥理作用機(jī)制仍不清楚。
2019年9月21日，深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)院周光前團(tuán)隊(duì)在Theranostics雜志上在線發(fā)表了題為“Kartogenin hydrolysis product 4-aminobiphenyl distributes to cartilage and mediates cartilage regeneration”的研究論文，證明了KGN通過其裂解產(chǎn)物4-氨基聯(lián)苯（4-aminobiphenyl,4-ABP）促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal Stem Cells,MSC）向軟骨分化。4-ABP進(jìn)入軟骨，可通過激活PI3K-Akt通路，促進(jìn)MSC和軟骨干/祖細(xì)胞（CSPC）的增殖。
KGN是一種小分子化學(xué)物質(zhì)，可誘導(dǎo)軟骨內(nèi)源性MSC的分化，在體外和多種OA動(dòng)物模型中保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞。多項(xiàng)研究表明KGN可能是用作OA內(nèi)源性干細(xì)胞療法的潛在化學(xué)物質(zhì)，然而，KGN本身是否能在關(guān)節(jié)內(nèi)注射或全身給藥后進(jìn)入軟骨尚不明確。
KGN結(jié)構(gòu)中含有4-氨基聯(lián)苯(4-ABP)和鄰苯二甲酸(PA)，通過酰胺鍵連接。雖然酰胺鍵一般是穩(wěn)定的，但它的水解是一個(gè)由各種酶催化的普遍存在的過程。對(duì)其他分子的研究，如新型的有機(jī)硝酸鹽RS-7897，表明酰胺鍵的水解比母體分子能釋放更多的活性分子。因此，研究人員在CSPC、MSC或體內(nèi)小鼠模型施用KGN后，研究KGN是否在酰胺鍵水解成4-ABP和PA，并探討了KGN、4-ABP和PA在細(xì)胞和OA動(dòng)物模型中調(diào)節(jié)作用的分子機(jī)制，4-ABP或PA是否與KGN具有相同的作用。
圖1. KGN的分子結(jié)構(gòu)
首先，口服、靜脈內(nèi)注射或關(guān)節(jié)內(nèi)施用KGN后，通過液相色譜-質(zhì)譜法分析小鼠軟骨中的KGN、4-ABP和PA。結(jié)果顯示盡管口服或關(guān)節(jié)內(nèi)施用KGN可有效地改善小鼠的OA表型，但在軟骨中僅能檢測(cè)到4-ABP。軟骨內(nèi)存在4-ABP必然對(duì)軟骨再生發(fā)揮著一定的作用。
圖2. 4-ABP促進(jìn)半月板(DMM)手術(shù)誘導(dǎo)的骨關(guān)節(jié)炎小鼠模型的軟骨修復(fù)
然后通過體外評(píng)估KGN、4-ABP和PA對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)增殖和分化為軟骨的影響。此外，還在內(nèi)側(cè)半月板失穩(wěn)術(shù)誘導(dǎo)的OA小鼠模型中檢測(cè)了它們對(duì)軟骨保存的影響。用OARSI組織學(xué)評(píng)分對(duì)OA嚴(yán)重程度進(jìn)行量化。結(jié)果表明4-ABP可以體外誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖、向軟骨細(xì)胞分化，通過增加CD44+/CD105+干細(xì)胞的數(shù)量、防止基質(zhì)損失，在OA小鼠模型中促進(jìn)軟骨修復(fù)。而且4-ABP在增強(qiáng)軟骨分化和MSC增殖方面強(qiáng)于KGN。最后通過轉(zhuǎn)錄分析找到了4-ABP的靶點(diǎn)：RPS6KA2（編碼RSK-3）和PI3K-Akt通路，并通過體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證：4-ABP不能促進(jìn)RPS6KA2敲低的MSC增殖，也不能改善RPS6KA2基因敲除小鼠（賽業(yè)生物構(gòu)建）的MSC增殖和OA損傷修復(fù)，這證實(shí)了RSK-3是4-ABP關(guān)鍵靶點(diǎn)。
圖3. 4-氨基聯(lián)苯（4-ABP）激活臍血間充質(zhì)干細(xì)胞PI3K-Akt通路
總之，該研究證明4-ABP在軟骨中的生物分布，可以促進(jìn)MSC增殖、向軟骨分化，并通過激活PI3K-Akt通路來治療骨關(guān)節(jié)炎病變。但是文章也討論了4-ABP的毒性，必須平衡其有效性和安全性來確定最佳的4-ABP劑量和給藥方案。這項(xiàng)研究對(duì)軟骨再生的幾個(gè)方面提供了新的見解，包括使用KGN進(jìn)行軟骨再生的有效組分和安全性問題，未來需要修改KGN或4-ABP化學(xué)結(jié)構(gòu)，以避免其潛在毒性并提高其療效。調(diào)節(jié)RSK-3功能可能是促進(jìn)骨關(guān)節(jié)炎(OA)和其他關(guān)節(jié)疾病的軟骨再生的有效策略。
