高糖环境调节半月板细胞自噬机制研究

The diabetes patients have a high risk of getting osteoarthritis and meniscus injury. However the mechanism is unclear. Our previous studies showed that the high glucose level had a toxic effect on normal cells. We also proved the protective role of autophagy in the degenerative process of meniscus. But the interacting between high glucose level and autophagy has never been investigated. Our results showed that high glucose suppressed autophagy activity in rat meniscal cells, but the mechanism was unknown. The aim of the current study is to investigate the effects of AMPK, mTOR as well as JNK signal pathway on high glucose-suppressed autophagy. The changes of the phenotypes of the meniscal cells cultured in high glucose medium were recorded. The animal model of knee osteoarthritis was also used to determine the effect of autophagy on the meniscal tissue of diabetic rats. Furthermore, the effects of advanced glycation end products (AGEs) on the metabolism and the changes of autophagy were also investigated. The role of IP3R1 on AGEs-induced autophagy was also measured via RNA interference technique. We expect the conclusion of the current study could provide new thoughts for the treatment of osteoarthritis in diabetes patients.

糖尿病人群中骨关节炎发病率和半月板损伤率高于正常人群，但其原因不明。我们分别证实了高糖刺激对于细胞的毒性作用以及自噬在半月板修复和退变中的保护作用，但这两者之间的相互作用未见文献报道。在前期工作中，我们发现高糖环境可以抑制大鼠半月板细胞的自噬水平,但其调节机制以及与半月板退变的关系尚不明确。本课题首先在细胞水平分别从AMPK、mTOR和JNK途径角度探究高糖环境对于半月板细胞自噬的调节机理，并观察其对于半月板细胞表型的影响;进一步采取膝关节退变动物模型在细胞和器官水平探讨高糖环境对于正常或退变半月板自噬的作用，并观察改变细胞基础自噬水平后半月板在高糖环境的代谢变化。此外，我们还对糖终末产物AGEs对于半月板细胞自噬和代谢的影响加以研究，并使用RNA干扰技术观察IP3R1在AGEs诱导半月板细胞自噬以及退变过程中的作用。拟为临床治疗糖尿病患者骨关节炎提供理论依据和实验基础。

通过本项研究的数据，为糖尿病患者骨关节炎高发率提供了相应的理论依据。高血糖所致关节液糖浓度相应增高，使得半月板组织处于高糖环境中。在此环境中，半月板细胞的表型以及细胞外分解代谢水平发生明显变化，细胞外钙化指标也明显增高。同时高糖环境对于半月板细胞的基础自噬水平有明显的抑制作用，其抑制细胞自噬的机理很可能通过抑制AMPK信号通路以及JNK信号通路密切相关。鉴于退变的半月板细胞自噬水平明显低于正常半月板细胞，高糖环境对于退变半月板细胞的作用更为明显，细胞外基质分解代谢明显增强。通过预处理提高半月板细胞的基础自噬水平可以明显拮抗高糖环境对于半月板细胞的促分解代谢作用，降低细胞外基质的分解代谢水平并维持细胞的原有表型。而通过慢病毒关节内注射的动物模型提示提高自噬水平可以明显延缓糖尿病大鼠半月板组织的退变过程。此外，我们的实验结果还提示半月板细胞可以通过自噬降低AGEs的促分解代谢作用。但在高糖环境下，这一作用机理被明显抑制。此外我们还发现，半月板细胞钙离子通道控制关键蛋白IP3R对于细胞自噬有明确的调节作用，抑制IP3R可明显增强半月板细胞的基础自噬水平，但在高糖环境下，IP3R的表达和活性明显增强，从而抑制了半月板细胞的基础自噬水平。通过SiRNA抑制IP3R可以明显提高半月板细胞的自噬水平，以拮抗高糖环境对于半月板细胞的促退变作用。此外，我们还发现在高糖环境下半月板细胞和软骨细胞NOX4的表达明显增强，通过抑制NOX4可以明显降低半月板和软骨细胞内ROS水平和分解代谢，从而延缓骨关节炎的病程。鉴于NOX4在骨关节炎中的作用渐渐为学界所重视，我们认为NOX4很可能是糖尿病患者骨关节炎治疗的新靶点。