近日，南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授肖國芝、副教授曹惠玲團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在國際學(xué)術(shù)期刊《自然×衰老》（Nature Aging）在線發(fā)表了題為“Kindlin-2 preserves integrity of the articular cartilage to protect against osteoarthritis”的研究論文，首次證實(shí)了粘著斑蛋白Kindlin-2在維持關(guān)節(jié)軟骨穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵作用。

圖1.關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射Kindlin-2表達(dá)AAV5可通過調(diào)節(jié)Stat3-Runx2通路減緩骨性關(guān)節(jié)炎的疾病進(jìn)程

?骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis, OA）是一種慢性退行性關(guān)節(jié)疾病，在老齡人群中最為常見，具有高發(fā)性和高致殘性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，膝關(guān)節(jié)OA在60-70歲人口中的發(fā)病率為33%，而在80歲以上人口中則高達(dá)43.7%。OA可造成持續(xù)性的關(guān)節(jié)疼痛和活動(dòng)受限，晚期甚至能造成患者喪失行為能力。目前，由于OA疾病發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制仍不完全清楚，臨床上尚無有效治療OA的藥物，晚期患者只能依靠關(guān)節(jié)置換手術(shù)恢復(fù)關(guān)節(jié)功能，因此造成了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

關(guān)節(jié)軟骨退變是OA發(fā)病過程中最主要的病理特征，然而其分子機(jī)制仍不完全清楚。關(guān)節(jié)軟骨富含膠原、蛋白聚糖等基質(zhì)成分，能為關(guān)節(jié)日?；顒?dòng)提供緩沖力。軟骨細(xì)胞是關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)唯一的細(xì)胞類型。在骨骼發(fā)育階段，軟骨細(xì)胞持續(xù)增殖、分泌基質(zhì)蛋白、肥大分化和凋亡，為后續(xù)的骨骼形成提供框架。成年后，關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞則處于相對靜息的狀態(tài)。近期研究發(fā)現(xiàn)，在病理因素刺激下，關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞發(fā)生異常肥大分化并分泌基質(zhì)降解酶，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨穩(wěn)態(tài)失衡，加速OA的發(fā)生發(fā)展。其中，Runx2和Stat3等關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子在促進(jìn)軟骨細(xì)胞異常分化和分解代謝中扮演了重要角色。然而，生理狀態(tài)下關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞如何抑制自身肥大分化并維持基質(zhì)合成代謝，以及病理狀態(tài)下這些過程的異常是否會(huì)導(dǎo)致OA的發(fā)生發(fā)展及其機(jī)制仍不明確。

肖國芝團(tuán)隊(duì)曾于2015年首次報(bào)道了Kindlin-2在骨骼發(fā)育過程中的關(guān)鍵作用和機(jī)制。在小鼠發(fā)育過程中，間充質(zhì)干細(xì)胞或軟骨細(xì)胞缺失Kindlin-2會(huì)造成嚴(yán)重的骨骼發(fā)育異常。然而，Kindlin-2是否在成年期關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞內(nèi)表達(dá)和發(fā)揮功能尚不清楚。研究人員發(fā)現(xiàn)Kindlin-2高表達(dá)于健康成年小鼠的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中，并在衰老小鼠的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中顯著降低。為探索Kindlin-2在成年期關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控中的潛在作用，研究人員構(gòu)建了他莫昔芬可誘導(dǎo)性的軟骨細(xì)胞Kindlin-2敲除小鼠模型。利用該小鼠模型，研究人員發(fā)現(xiàn)在成年期小鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中特異性敲除Kindlin-2會(huì)造成嚴(yán)重的自發(fā)性O(shè)A表型，其病理特征包括關(guān)節(jié)軟骨損傷、軟骨下骨硬化、滑膜炎癥、疼痛和骨贅形成，與人類OA的病理特征高度相似。同時(shí)，在內(nèi)側(cè)半月板失穩(wěn)術(shù)（destabilization of medial meniscus, DMM）模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞缺失Kindlin-2會(huì)加速DMM誘導(dǎo)OA的發(fā)生和發(fā)展。

在分子機(jī)制方面，研究人員發(fā)現(xiàn)敲除Kindlin-2可激活軟骨細(xì)胞Stat3-Runx2通路，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的異常肥大分化和細(xì)胞外基質(zhì)分解代謝及OA的發(fā)生發(fā)展。通過對衰老小鼠和OA患者軟骨樣本進(jìn)行檢查，研究人員發(fā)現(xiàn)Kindlin-2表達(dá)水平的下調(diào)與Stat3-Runx2表達(dá)水平的異常上調(diào)高度相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Kindlin-2可存在于軟骨細(xì)胞的線粒體中，敲除Kindlin-2會(huì)導(dǎo)致軟骨細(xì)胞線粒體釋放大量活性氧蔟（reactive oxygen species , ROS），并促進(jìn)了Stat3的磷酸化修飾和核轉(zhuǎn)移。在細(xì)胞質(zhì)中，Kindlin-2蛋白可與Stat3蛋白直接結(jié)合，抑制ROS對Stat3的磷酸化激活作用。研究人員分別構(gòu)建了兩種雙敲小鼠模型（Stat3fl/fl; Kindlin-2fl/fl; AggrecanCreERT2小鼠模型和Runx2fl/fl; Kindlin-2fl/fl; AggrecanCreERT2小鼠模型），證實(shí)了軟骨細(xì)胞內(nèi)敲除Stat3或Runx2基因均可有效緩解由于Kindlin-2丟失造成的軟骨退變和OA樣損傷。通過以上實(shí)驗(yàn)，研究人員證實(shí)了軟骨細(xì)胞內(nèi)Kindlin-2可通過抑制Stat3-Runx2通路維持軟骨細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)并對抗OA的發(fā)生。

在闡明Kindlin-2在生理病理狀態(tài)下的作用與分子機(jī)制后，研究人員進(jìn)一步探索了通過靶向關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞內(nèi)Kindlin-2表達(dá)量來治療OA的潛在可能性。研究人員應(yīng)用前期建立的關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射腺相關(guān)病毒（adeno-associated virusesserotype 5, AAV5）方法實(shí)現(xiàn)了在關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中表達(dá)外源性Kindlin-2蛋白，發(fā)現(xiàn)在小鼠關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射表達(dá)Kindlin-2的AAV可顯著提高軟骨細(xì)胞內(nèi)Kindlin-2蛋白的表達(dá)水平，并能減緩由于DMM造成的軟骨損傷和延緩衰老OA的發(fā)生發(fā)展，為臨床治療OA提供了新的潛在靶點(diǎn)。

綜上所述，該研究闡明了Kindlin-2通過調(diào)控Stat3-Runx2通路維持軟骨穩(wěn)態(tài)的重要作用和分子機(jī)制，為臨床治療OA提供了新的思路和潛在靶點(diǎn)。

南科大是論文第一單位。肖國芝、曹惠玲及南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授白曉春為論文共同通訊作者。南科大醫(yī)學(xué)院博士研究生吳曉昊、美國拉什大學(xué)醫(yī)學(xué)中心骨科系助理研究員賴玉梅、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院博士研究生陳勝為論文共同第一作者。吳曉昊同時(shí)獲得2021年度美國骨礦鹽學(xué)會(huì)（ASBMR）頒發(fā)的FelixBronnerYoungInvestigatorAward和華人骨研學(xué)會(huì)頒發(fā)的WebsterJeeYoungInvestigatorAward。

該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目、深圳市科創(chuàng)委自由探索項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)支持。