ERK信号通路对关节软骨和软骨下骨表达ADAMTs、MMPs的影响及调控机制研究

Some of the key pathophysiological features of osteoarthritis (OA) joints include abnormal subchondral bone metabolism and degeneration of the articular cartilage. It has been proposed that the changes in the underlying subchondral. bone have a profound effect on the initiation of cartilage degeneration. And correlation has been found with articular cartilage changes and abnormal subchondral bone remodeling in OA. These findings provide evidence that articular cartilage and subchondral bone influence each others metabolism, leading to altered bidirectional cell signaling that results in OA pathogenesis. The excessive cartilage degeneration and abnormal bone remodeling that characterize OA prompted us to investigate the potential involvement of aggrecanases, such as ADAMTS and MMP, in the interaction between articular cartilage and subchondral bone in the OA joint. The aim of our study was to examine whether the interactions between OA SBO and ACC are critical in regulating the abnormal production of ADAMTS and MMP by applying an in vitro coculture model; and to investigate the potential molecular mechanism involved during this crosstalk of cells. ERK1/2-specific inhibitor was used to delineate the pathway involvement during this interaction process.

软骨渐进性退变为主要特征的骨关节炎（OA）的发病率逐渐增加，但其机制不明，因此治疗策略难有大的突破。近年来研究表明软骨组织和软骨下骨在 OA 病变中均发挥 重要的作用，二者在某些信号通路的调控下介导蛋白水解酶的分泌，从而促进软骨组织的降解。但是在 OA 发病早期，起主要作用的是软骨组织抑或软骨下骨组织目前仍然有较大的争 议。本研究主要利用细胞共培养技术，通过培养正常和 OA 的软骨细胞以及软骨下骨成骨细胞，观察两种细胞分泌蛋白水解酶的差异，观察 ERK 信号通路在其中的作用，同时应用 FRET 技术在活细胞中观察 ERK1/2 磷酸化的时空效应，最后体内试验证实 ERK1/2 在软骨降解中的主要作用。通过以上研究明确 OA 病变中早期起主导地位的组织结构（软骨组织或软骨下骨 组织）和降解酶（MMPs 或 ADAMTS）和对降解酶起调控作用的信号通路，从而揭示 OA 早期病变过程中的病理机制

本项目通过研究OA病变中早期起主导地位的组织结构（软骨组织或软骨下骨组织）和降解酶（MMPs或ADAMTS），并对ERK信号通路调控降解酶的作用进行研究，进一步阐明OA病变的分子机制。. 课题组构建了SD大鼠OA模型，在4/8/12周后对OA模型软骨组织和软骨下骨组织组织学改变及MMP-3、ADAMTS-4表达进行了检测及分析，结果显示随着病程的延长，软骨组织和软骨下骨组织均出现明显的退变，与降解酶的表达呈现明显相关关系。. 随后课题组培养了正常软骨细胞、OA软骨细胞、正常软骨下骨细胞和OA软骨下骨细胞，通过两两组合进行共培养研究发现，OA软骨下骨细胞对软骨组织的退变起到明显的促进作用，导致pERK、ADAMTS4、ADAMTS5、MMP-3、MMP-9和MMP-13的表达显著增高。当应用PD98059后，则上述降解酶的表达显著降低。而通过体内试验检测发现，应用ERK抑制剂干预后，关节软骨组织中降解酶的表达显著降低，组织学改变与阴性对照组差异不明显。. 通过本次研究，我们明确软骨下骨退变在OA病变中起着重要的作用，其与软骨涂布相互作用加速OA发展。ERK信号通路在调控降解酶的表达方面起着重要的作用，抑制其表达可明显降低降解酶的表达及软骨的退变。因此今后开发出针对抑制软骨下骨ERK表达靶向药物，在OA的治疗中有着重要的临床价值。