从PI3K/Akt信号通路探讨OPN-CD44配体受体反应调控骨关节炎软骨退变的作用机制

Cartilage degeneration is the core pathological process of osteoarthritis (OA). Both osteopontin (OPN) and CD44 are closely related to the pathological process. We found that high expression of OPN and CD44 in human OA cartilage are associated with the severity of cartilage degeneration, and there is an association between their expression. After the RNA interference of OPN or the interference of OPN-CD44 reaction through specific CD44 blocking antibody, the expression level of MMP-13 increased, and HA decreased. These findings demonstrate that OPN and CD44 have similar signal transmission mechanism in the pathologic process of OA cartilage degeneration, but the specific mechanism is still unclear. PI3K/Akt, an intracellular signal pathway, could be activated after OPN-CD44 ligand receptor reaction. It was found in several recent studies that PI3K/Akt pathway was involved in proliferation and degeneration process of OA chondrocytes. We hypothesized that in the process of OA pathogenesis, the ligand receptor response of OPN-CD44 could activate intracellular signaling pathway PI3K/Akt and regulate the cartilage degeneration process. Intervention in this process are likely to change process of OA. To confirm the hypothesis, intervention of blocking ligand receptor response and signaling pathways will be performed to explore the mechanism of signal transduction of OA cartilage degeneration, and the signal pathway will be verified through the animal experiments. The purpose of this study is to clarify some molecular mechanism of OA , and provide new molecular targets for OA treatment.

骨关节炎(OA)的核心病理过程是软骨退变。骨桥蛋白（OPN）、CD44与软骨退变病理过程密切相关。我们发现，OPN、CD44在人OA软骨中高表达，且与软骨退变程度相关；下调OPN或应用特异性CD44抗体阻断OPN-CD44作用过程后MMP-13的水平均上升，HA水平均下降。这些发现证实OPN和CD44在OA软骨退变的病理过程有相似的信号传导机制，但其具体作用机制仍不清楚。OPN-CD44配体受体反应可激活PI3K/Akt胞内信号通路。最新研究发现，PI3K/Akt参与了OA软骨细胞的增殖和退变过程。我们推测，OPN可与CD44结合激活PI3K/Akt通路调控OA软骨退变过程；干预此过程可能改变OA进程。为证实假说，本研究通过阻断OPN-CD44反应及信号通路的方法来探索OA软骨退变的信号机制，并通过动物造模进行验证，以阐明OA发病的部分分子机制，为OA治疗提供新的靶点。

骨关节炎（OA）严重威胁中老年患者的身体健康。但OA病理过程中的分子机制仍不明确。骨关节炎(OA)的核心病理过程是软骨退变。既往研究发现，骨桥蛋白（OPN）、CD44与软骨退变病理过程密切相关。但并没有明确的作用机制。在此基础上，我们进行了一系列的探索研究。从组织学和细胞学两个层面比较了正常软骨和OA患者软骨的基质成分、软骨代谢相关因子（OPN、CD44等）的表达差异。通过OPN siRNA降低OPN的表达水平后检测了透明质酸酶和透明质酸及PI3K/AKT表达情况。通过阻断OPN-CD44配体受体反应再加入人重组OPN（rhOPN）增强OPN的表达水平后，检测透明质酸酶、透明质酸及PI3K/AKT的表达情况。通过阻断OPN-整合素配体受体反应再加入人重组OPN（rhOPN）增强OPN的表达水平后，检测透明质酸酶、透明质酸及PI3K/AKT的表达情况。应用PI3K/Akt通路抑制剂阻断信号传递过程，再加入rhOPN增强OPN的表达水平后，CD44、软骨细胞外基质成分透明质酸酶、透明质酸及PI3K/AKT的的表达情况。然后在动物实验中验证了OPN、CD44以及PI3K/AKT通路阻断后对OA病理过程的影响。结果发现：和正常软骨组织和细胞相比，在OA软骨组织和细胞中，OPN和CD44表达均与有明显的差别，且二者有相关性，而软骨基质成分如透明质酸、II型胶原等也有明显的表达差异；干预OPN的表达水平对CD44、PI3K/AKT以及透明质酸均有明显的影响；阻断OPN-CD44配体受体反应以及阻断OPN-整合素配体受体反应后，软骨基质成分透明质酸以及PI3K/AKT表达均显著变化；但阻断PI3K/AKT信号传导通路后，透明质酸、II型胶原变化并不明显；在动物实验中验证了该结果。结果说明，OPN--CD44配体受体反应是OA发病过程的关键环节之一，可延缓OA软骨的退变；阻断此过程，可明显改变OA病理进程；这种效应部分是通过PI3K/Akt信号通路来完成的；但PI3K/Akt信号通路并不是主要信号传导途径。通过本实验，进一步OPN在人膝OA病理改变中的分子机制；尤其是明确了OPN-CD44配体受体反应以及OPN-整合素配体受体反应在OA软骨退变中的保护作用，有望成为OA药物治疗的靶点之一。