甲羟戊酸途径通过RANKL非依赖性信号通路调控破骨细胞生成和介导RA骨侵蚀的机制研究

Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic, autoimmune disease. which ultimately results in the destruction of articular cartilage and bone, causing substantial physical disability. Osteoclasts (OCs) play a key role in the pathogenesis of RA bone destruction. Geranylgeranyl transferase Iβ subunit (Pggt1b) deficient OC precursors failed to develop into osteoclasts in vitro. The reason is that RANKL signaling are defect in the absence of protein geranylgeranylation, yet the deeper molecular mechanisms need to be elucidated. Interestingly, mice with conditional deficiency of Pggt1b in myeloid cells showed no defect of osteoclastogenesis. Even more perplexing, these mice develop inflammatory arthritis that progresses to focal bone erosions. Our studying firstly in the world has elucidated that through the protein geranylgeranylation, the mevalonate pathway can regulate the activation of macrophage, and mainly the TLR induced inflammatory cytokine production, involved in the occurrence of arthritis. These cytokines may 'rescue' the osteoclastogenesis through a non-canonical pathway independent of RANKL. Based on the previous study,our aim is to find out how protein geranylgeranylation regulates osteoclastogenesis, and how does it regulate the signaling pathway. Therefore the proposed study presents a unique opportunity to study the mechanisms of bone destruction in RA, as well as dissecting the complexity of mevalonate pathway in the regulation of both inflammation and osteoclastogenesis and function, a detailed understanding of the underlying mechanisms will be important for pharmaceuticals to treat RA and its related skeletal complications.

类风湿性关节炎（RA）是一种慢性自身免疫性疾病,关节软骨及骨的破坏是患者致残的主要原因,破骨细胞(OC)在RA骨破坏的病理过程中起关键作用。敲除香叶酰香叶酰化转移酶Iβ亚单位（Pggt1b）后，RANKL介导的下游信号通路受损致使OC在体外生成障碍，因此蛋白质香叶酰香叶酰化可能在介导OC生成和RA骨质破坏中发挥重要作用，但机制尚未阐明。然而在体内Pggt1b髓系细胞特异性敲除鼠并无OC生成障碍，甚至发生了侵蚀性关节炎。我们的研究在国际上首先证实了通过蛋白质香叶酰香叶酰化，甲羟戊酸途径调控TLR介导的巨噬细胞产生大量促炎细胞因子，参与关节炎的发生。这些细胞因子可能通过不依赖RANKL的非典型途径挽救OC生成。本课题拟在前期工作基础上，初步阐明香叶酰香叶酰化修饰在OC生成中的作用。既为RA骨质破坏机制提出新的解释，又为甲羟戊酸途径在RA发病中的多方面作用拓展新的认识，还可发现新的药物靶位。

类风湿性关节炎（RA）主要表现为滑膜炎和不可逆的软骨和骨质破坏，关节骨质破坏及由此产生的功能障碍是患者致残的主要原因。其中，破骨细胞(OC)在RA骨质破坏的病理过程中发挥关键的作用。因此，深入研究RA关节骨质破坏相关的信号转导过程和关键信号转导分子，具有重要的意义。我们的研究证实在OC前体细胞中，敲除香叶酰香叶酰化转移酶Iβ亚单位（pggt1b）后，RANKL介导的下游PI3K-Akt-GSK3β通路活性受损致使OC在体外生成障碍，OC的标志分子TRAP，CTSK在Pggt1b 缺失组较对照组显著降低。然而在体内当Pggt1b缺失时并无OC生成障碍。表明蛋白质香叶酰香叶酰化修饰缺失的情况下对OC的影响与体外条件下不同。LPS刺激可过度活化Pggt1b缺失的OC前体细胞，产生大量促炎细胞因子，如IL-1β，TNFα等，模拟了在体内局部炎症环境下大量促炎因子作用于OC前体细胞而挽救pggt1b缺失造成的OC生成障碍。这一机制为通过PI3K-Akt-GSK3β通路而发挥作用。在关节炎的病理背景下，关节局部炎性环境中，巨噬细胞以及OC前体细胞都能够分泌大量促炎细胞因子。LPS刺激造成的促炎因子cocktail式分泌，以及部分促炎因子如TNF-α可通过不依赖RANKL的非典型通路“补救”Pggt1b缺失导致的OC生成障碍。因此蛋白质香叶酰香叶酰化在介导OC生成和RA骨质破坏中发挥重要作用。此外，本研究还完成了利用转录组测序探寻OC分化过程中的差异表达基因及其相关数据分析，佐证了我们之前的实验结论和科学推论，即甲羟戊酸途径以及我们关注的关键分子Pggt1b通过蛋白质香叶酰香叶酰化调节小G蛋白的膜定位和活化，进一步激活下游信号通路如PI3K通路，从而影响OC分化的进程。本研究系统证实了甲羟戊酸途径在RA发病中的多方面作用 ，既为深入全面理解RA发病机理增加新的认识，又可以发现新的药物作用靶位。