低强度脉冲聚焦超声通过PGAM5/FUNDC1信号通路促进软骨细胞线粒体自噬活化的作用和分子机制研究

Investigating the mitochondrial autophagy activation mechanism has important theoretical and practical significance for treatment of KOA. Ultrasound is an important physical factor for the treatment of KOA. Our previous study found that FLIPUS is a safe and effective treatment modality for relieving pain and improving the functions and quality of life of patients with KOA .FLIPUS up-regulate the expression of PGAM5 and activate mitochondrial autophagy through the nonclassical pathway. The papers were published in Sci Rep（IF4.3）and UMB（IF2.5）.However, the exact molecular pathway remains unclear. Based on the existing data and literature analysis, we hypothesized that FLIPUS upgrade PGAM5 protein expression and (or) enhanced PGAM5 phosphatase activity, promoting the FUNDC1 13th serine (Ser13) phosphorylation, strengthening interaction between LC3 and FUNDC1 LIR, transforming LC3-I to LC3-II, eventually activating mitochondrial autophagy . In this project, experiments both in vitro and in vivo will be carried out to deeply investigate that FLIPUS activates mitochondrial autophagy via non-classical pathway PGAM5 / FUNDC1. This study will provide new perspective and theoretical foundation for management of KOA therapy using FLIPUS.

深入研究线粒体自噬活化的分子机制，以期抗软骨细胞凋亡，对于膝骨性关节炎（KOA）的防治具有重要的理论与现实意义。超声是治疗KOA的重要物理因子。我们前期发现低强度脉冲聚焦超声（FLIPUS）治疗KOA临床疗效显著；FLIPUS上调PGAM5蛋白表达，通过非经典通路活化线粒体自噬。论文发表于Sci Rep（IF4.3）和UMB（IF2.5），但其具体分子调控机制仍不明确。结合前期数据和文献，我们提出学术假说：FLIPUS通过上调软骨细胞包浆内PGAM5蛋白表达和（或）增强PGAM5磷酸酶活性，促进自噬受体蛋白FUNDC1第13位丝氨酸（Ser13）去磷酸化，进而增强LC3与FUNDC1 LIR相互作用，促进自噬体形成，活化线粒体自噬。本项目拟通过体内外实验，从Ser13去磷酸化角度阐述FLIPUS活化线粒体自噬非经典调控通路PGAM5/FUNDC1，为KOA治疗提供新的理论依据和干预靶点。

背景：探讨低强度脉冲聚焦超声(FLIPUS)对软骨细胞线粒体自噬的作用及其分子机制。 .方法：我们首先检测了FLIPUS对体外IL-1β处理的软骨细胞和体内OA软骨细胞凋亡和分泌胞外基质的影响。然后研究了FLIPUS在OA软骨细胞线粒体自噬流中的作用。 FLIPUS干预后，我们检测IL-1β处理软骨细胞中PGAM5和FUNDC1蛋白含量。随后，我们分别验证了FLIPUS在FUNDC1或PGAM5敲除后对软骨细胞线粒体自噬的影响。 .结果：FLIPUS干预后OA软骨细胞Col2α1、Bcl2表达显著上调，MMP13、bax、cleaved-Caspase3表达显著下调。 FLIPUS干预后，IL-1β处理的软骨细胞LC3-Ⅱ和PGAM5蛋白表达明显升高，自噬体数量显著增加，反之， p-FUNDC1 (p-Ser13)、TOM20和TIM23蛋白表达显著降低。 FLIPUS不能激活FUNDC1敲低的软骨细胞线粒体自噬。在抑制PGAM5表达后，FLIPUS不能使FUNDC1在Ser13位点去磷酸化，进而不能激活软骨细胞线粒体自噬。 .结论：FLIPUS通过上调OA软骨细胞PGAM5蛋白表达，使FUNDC1的Ser13位点去磷酸化。 FLIPUS对FUNDC1的去磷酸化增强了其与LC3的相互作用，进而活化线粒体自噬，发挥抗软骨细胞凋亡的作用。