循环应力对骨关节炎软骨细胞MAPKs、PI3K-Akt信号通路的影响及其与细胞凋亡相关性研究

骨关节炎的病理进程和软骨细胞凋亡相关，应力刺激可诱导软骨细胞凋亡。整合素在传递力学信号到关节软骨细胞内，进而引起相关信号通路改变的过程中至关重要。研究发现MAPKs和PI3K-Akt信号途径与关节软骨细胞接受力学刺激后的反应及细胞凋亡具有明确的相关性，但其与骨关节炎软骨细胞的病理转归的关系还不清楚。因此，本课题以恒河猴骨关节炎动物模型和人骨关节炎软骨细胞为研究对象，通过加载不同类型（张力、剪应力、流体静压力）、强度和频率的循环应力，以MAPKs信号通路和PI3K-Akt信号途径为主线，研究不同循环应力刺激下软骨细胞MAPKs、PI3K-Akt信号通路磷酸化及基因表达水平的变化及其与软骨细胞凋亡的相关性，为临床治疗骨关节炎筛选出干预的新靶点。

本研究围绕循环应力刺激对骨关节炎软骨细胞凋亡的影响及MAPKs信号通路在其中的作用展开研究，完成了研究内容。HIF-1α、HIF-2α在软骨细胞凋亡，软骨基质降解中发挥了重要作用。因此本研究以HIF-2α / HIF-1α为线索，研究力学刺激对骨关节炎软骨细胞凋亡的影响及MAPKs及PI3K-Akt信号通路在其中的作用。本研究发现HIF-1α在正常软骨表达高于HIF-2α，在OA早期阶段表达升高，然后迅速下降并低于HIF-2α；HIF-2α在正常软骨表达较低，在OA早中期表达升高，然后逐渐下降；HIF-2α/ HIF-1α比值随OA进展逐渐升高，在OA中晚期阶段达到最高。小鼠膝关节软骨HIF-1α、HIF-2α的表达水平及HIF-2α/ HIF-1α比值与OA不同病程阶段明确相关。若以HIF-1α和/或HIF-2α作为OA治疗靶点，HIF-2α的治疗时间窗可能为OARSI评分为0.5-3和K-L分级的1-2级，HIF-1α的治疗时间窗可能为OARSI评分为0.5-2和K-L分级的1-2级。MAPKs信号通路参与了力学介导的HIF-1α和/或HIF-2α表达变化，进而引起软骨细胞肥大凋亡，软骨基质降解。本研究发现PI3K-Akt信号通路在力学介导的骨关节炎软骨细胞凋亡改变中的作用不明显。而生理范围内的力学刺激10MPa,1Hz 可降低p38及ERK1/2信号通路磷酸化，从而降低HIF-2α表达，增加HIF-1α表达在，对骨关节炎软骨细胞起到保护性作用。而高能力学刺激30MPa,1Hz可促进p38及ERK1/2信号通路磷酸化，从而增加HIF-2α表达，减小HIF-1α表达在，对骨关节炎软骨细胞起损伤性作用。SB203580及PD98059可分别抑制p38及ERK1/2信号通路磷酸化，可缓解高能力学刺激的损伤性作用。