CaR在TMJ骨关节炎关节软骨细胞异常增殖与分化中的作用研究

Our previous data indicated that the abnormal dental occlusion induces osteoarthritis (OA)-like lesions in murine temporomandibular joint (TMJ) characterized by accelerated terminal differentiation, chondrocytes apoptosis, degradation of extracellular matrix, and aberrant cell proliferation. In the injured cartilage, CaR overexpression, which is known to promote chondroyte differentiation, is followed by up-regulation of IGF-1 and PTHrP, indicating that CaR might play an important role in chondrocytes differentiation and proliferation through IGF-1 and PTHrP signaling respectively. This project will induce abnormal dental occlusion in Tamoxifen inducible cartilage-specific Casr-KO (Tam-Casr-KO) mice and observe the changes of cartilage phenotype, activation of PTHrP and IGF-1 compared with that in wildtype mice. Chondrocytes isolated from SD rats will be treated with calcium ion and mechanical loading to conform the molecular mechanism in activation of CaR-IGF and CaR-PTHrP signaling. In addition, local injection of CaR inhibitor will be absorbed to demonstrate its inhibitive effect on cartilage degradation. The project aims to clarify the regulative role of CaR in abnormal chondrocytes differentiation and proliferation and its significance of targeted therapy in OA.

颞颌关节（TMJ）骨关节炎（OA）是临常见的颌面疾病，我课题组前期报道：异常咬合可致大鼠、小鼠TMJ出现OA样变，表现为软骨细胞终末分化、细胞凋亡、基质降解和细胞异常增殖。钙离子敏感受体CaR可促软骨细胞分化，在实验组TMJ软骨中，CaR先于胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和甲状旁腺素相关蛋白（PTHrP）高表达，提示：CaR可能通过IGF-1信号和PTHrP信号，分别发挥促软骨细胞分化和增殖的作用。本项目拟对托马昔芬诱导的软骨特异性Car基因敲除鼠施以异常咬合，比较其TMJ 病变与野生鼠间，在软骨表型、PTHrP及IGF-1信号等方面的差别；离体培养髁突软骨细胞，分别施以钙刺激和力刺激，探讨CaR-IGF通路及CaR-PTHrP通路的活化特点；对咬合紊乱大鼠颞颌关节腔注射CaR抑制剂，观察对软骨退变的抑制效果。从而阐述CaR在促OA软骨细胞异常分化和异常增殖中的作用和靶向治疗意义。

针对异常咬合导致可颞下颌关节骨关节炎（TMJ OA）、OA退变软骨中存在钙离子敏感受体（CaR）表达增高等问题，本项目主要进行了以下4方面的研究：（1）构建了单侧前牙反合（UAC）导致TMJ OA的动物模型，发现退变软骨中基质主要蛋白明显减少、基质降解酶含量显著增加，软骨下骨中破骨细胞数目显著增多、骨吸收明显，同时炎性因子表达增强，撤除UAC异常生物力刺激后，上述组织学改变和分子表达变化均得到有效逆转。同时UAC退变软骨内CaR高表达、软骨细胞分化加速，而PTHrP信号相关分子表达降低且伴随有细胞增殖能力的减弱。（2）透射电镜下观察发现在UAC刺激早期髁突软骨内的软骨细胞就可以出现结构上的微损伤和TUNEL阳性细胞增多，之后才出现以TNF-alfa为主得炎性因子表达增强，说明死亡受体途径介导的软骨细胞凋亡在UAC髁突软骨中是继发于线粒体途径介导的软骨细胞凋亡，抑制TNF-alfa仅可部分抑制UAC大鼠髁突软骨的退变进程。（3）对大鼠TMJ软骨细胞、Carflox/flox小鼠膝关节软骨细胞和ATDC5细胞施加流体剪切力刺激，发现软骨细胞异常受力后细胞外Ca2+迅速流入细胞内并被转移到内质网钙库中，钙库内Ca2+浓度升高后活化并增加膜上的CaR表达，CaR介导下游信号促进分化标志分子表达、抑制表型标志分子表达。抑制、干扰或敲除CaR后可以显著逆转力学加载所导致的上述变化，提示CaR在调节异常力刺激诱导的软骨细胞异常分化中的核心分子作用。（4）对UAC大鼠进行TMJ局部注射CaR抑制剂NPS2143，发现软骨退变程度减轻、软骨厚度和基质成分都显著增加，分化分子表达减少，PTHrP信号增强且伴随有增殖分子表达升高。对UAC小鼠特异性敲除CaR后也出现类似OA病变程度减轻的表现。而局部注射CaR激动剂Cinacalcet则可以在UAC刺激基础上进一步加重软骨退变。提示CaR在TMJ OA软骨退变发展过程中的重要致病作用。