ω-3/ω-6脂肪酸调控mTORC1信号介导终板软骨细胞自噬的机制研究

Endplate chondrocyte play a key role in maitaining the homastasis of cartilage endplate. Loss of function and apoptosis of endplate cartilage chondrocyte are considered as the root of disc degeneration. Autophagy is a critical pathway that regulates cell metabolism, survival and apoptosis, which is particularly important maintaining of cartilage endplate homeostasis. Previous studies commonly suggested ω-3 and ω-6 faty acid involve in the regulation of inflammatory processes in vivo. Our team has found that ω-3 / ω-6 could involve in the regulation of autophagy. In our previous study, we found that: increasing ω-3 fatty acid content and reducing ω-6 fatty acid content, can promote cartilage autophagy to maintain its survival, and delay osteoarthritis in fat-1 transgenic mice model. Besides mTOR singaling pathway probably involving these activity, but the mechanism is unclear. Our preliminary experiments found: there were significantly increased ω-3 fatty acid and decreased ω-6 fatty acid in the intervertebral disc, which suggest ω-3 / ω-6 fatty acids in endplate cartilage may be involved in disc degeneration. This study intends to further study the role and mechanism of ω-3 and ω-6 fatty acids involving in endplate chondrocyte autophagy via mTORC1 singaling pathway, which could provide new perspective in the awareness and prevention of endplate cartilage degeneration.

软骨细胞是维持软骨终板稳态的关键成分，其功能衰退及凋亡是椎间盘退变的根源。自噬是调控细胞代谢、存活及凋亡的关键途径，对维持终板软骨细胞功能及稳态尤为重要。既往认为ω-3/6脂肪酸主要参与调节体内炎症过程.本课题组研究发现ω-3/ω-6还可参与调节细胞自噬，ω-3脂肪酸可促进细胞自噬，维持其存活，而ω-6脂肪酸则与之相反，且mTORC1信号通路可能在此过程中发挥重要调控作用，但其具体分子机制尚不明确。课题组预实验发现：fat-1转基因小鼠可将椎间盘终板软骨中omega-6转变成omega-3,为研究其作用及机制提供了重要基础。因此，本课题在前期研究工作基础上，旨在动物和分子水平，进一步深入研究omega-3/6脂肪酸调控终板软骨细胞mTORC1信号通路活性的机制，并探讨其直接和（或）间接调控终板软骨细胞自噬、存活及功能的分子机制。为明确椎间盘退变的发病机制及其防治策略提供新理论和新靶点。

椎间盘退变相关的下腰痛是骨科最常见疾病之一，也是导致劳动力丧失和残疾的重要原因，给患者及社会带来沉重的经济负担。研究表明，细胞衰老在椎间盘退变进程中发挥重要作用。研究结果显示，从第二个十年开始，椎间盘退变的发生率显著升高，且与年龄呈正相关。细胞衰老与饮食密切相关，多聚不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）与细胞衰老的关系是近来研究的热点[10]。PUFAs是重要的营养物质，主要被分为n-3及n-6两大类，前者包括DHA、EPA等，在体内主要发挥抗炎作用；后者包括LA、AA等，主要发挥促炎作用。饮食中多聚不饱和脂肪酸（PUFAs）含量构成与多种疾病的发展、转归密切相关，但其与椎间盘退变的关系尚不明确。因此，本研究旨在研究内源性n-3和n-6 PUFAs对椎间盘退变的作用并探讨其调控细胞衰老的分子机制。.本研究利用前期研究中引进的fat-1转基因（TG）小鼠（该TG能将内源性n-6脂肪酸转变为n-3脂肪酸）。随机选取18月龄TG小鼠与对照野生型（WT）小鼠。研究结果显示，与WT小鼠相比，TG小鼠椎间盘组织内n-3 PUFAs含量显著升高，n-6/n-3脂肪酸比例显著降低（p＜0.001）。椎间盘组织检测结果显示，TG组小鼠小鼠椎间盘退变程度较WT组显著减轻。表现为：椎间盘高度指数更高，软骨终板高度更高， 椎间盘退变评分显著降低（3.2±0.45 vs 5.8±1.09，p＜0.001），纤维环MMP-13（33.46%±2.94% vs 53.96%±4.53%，p＜0.001）、OCN（29.07%±1.82% vs 41.49%±9.02%，p=0.021）与P16IKN4A（45.61%±4.11% vs 73.10%±3.78%，p＜0.001）阳性细胞率显著降低。体外实验显示，DHA与EPA能够促进小鼠髓核与纤维环细胞增殖，并可下调Wnt/β-catenin信号通路活性，抑制细胞衰老标志物表达（P16IKN4A，P53，P21，p-RB）；而AA作用与之相反。Wnt通路激活剂（CAS 853220-52）能够有效拮抗n-3脂肪酸对椎间盘细胞的上述作用。本研究证实，增加内源性n-3脂肪酸的含量，优化n-6/n-3脂肪酸的构成比，可通过下调Wnt/β-catenin信号通路活性，有效延缓小鼠椎间盘细胞衰老与退变。