HIF-1α在缺氧诱导类风湿关节炎滑膜炎症及骨破坏中的机制研究

Synovial tissue hypoxia is one of the most pathological characteristics of rheumatoid arthritis (RA). Chronic synovitis and bone destruction of RA are both associated with low partial oxygen pressure. When tissue encountered with hypoxic microenvironment, the classic master regulator is hypoxia-inducible factor 1α(HIF-1α). However, little is known regarding the mechanism how this molecule also involves in hypoxia induced synovitis and bone destruction in RA. In this study, we will investigate the role of HIF-1α in hypoxia induced proliferation of fibroblast-like synoviocyte (FLS) and the process of osteoclast differentiation via isolating the FLS and pre-osteoclastic cells in mouse with collagen induced arthritis (CIA) and RA patients. Further, we will detect how this molecule is involved in the process of osteoclastogenesis through construction of down-regulation or over-expression cell lines. Lastly, we will test the therapeutic efficacy of hyperoxia therapy for the treatment of CIA, and investigate the possibly involved molecular mechanism. Our study will provide more theoretical and experimental data for the fundamental research and hyperoxia therapy of RA through deep investigation of the molecular mechanism involved in hypoxia induced synovitis and bone erosion in RA.

滑膜组织缺氧是类风湿关节炎（RA）的主要病理特征之一，其与RA慢性滑膜炎症及骨质破坏密切相关。缺氧诱导因子1α（HIF-1α）是组织细胞应对缺氧微环境的经典调控分子，而有关此信号分子具体通过何种机制参与缺氧诱导的RA滑膜炎症及骨破坏过程值得深入探讨。本研究通过分离培养RA患者及胶原诱导关节炎（CIA）小鼠成纤维样滑膜细胞（FLS）和破骨细胞前体细胞，研究HIF-1α在缺氧诱导FLS增殖以及破骨细胞分化过程中的作用；通过建立HIF-1α高表达及低表达细胞系，从分子和细胞水平探讨此信号分子参与破骨细胞成熟的机制；并通过建立CIA模型鼠，探讨高浓度氧疗对于缓解关节炎症及骨质破坏的疗效，同时探讨可能参与的分子机制。通过以上研究深入探讨缺氧在RA滑膜炎症和骨破坏调控中的分子机制，为RA的基础研究和高浓度氧疗治疗RA提供新的理论和实验依据。

类风湿关节炎（RA）是一种以滑膜炎症和骨侵蚀破坏为主要病理特征的自身免疫性疾病，免疫学特征是产生抗瓜氨酸化蛋白抗体（ACPA）和类风湿因子等自身抗体。低氧是RA关节内重要的局部微环境特征，在RA发病中起重要作用。而有关低氧在RA瓜氨酸化蛋白产生过程以及骨破坏发生机制中是否发挥调控作用尚不清楚。本研究着重探讨：（1）低氧在人成纤维样滑膜细胞（HFLS）产生肽酰基精氨酸脱亚氨酶（PAD）和瓜氨酸化蛋白中的作用及机制；（2）低氧对破骨细胞分化的影响及蛋白瓜氨酸化在其中的作用。我们的研究发现：（1）①与健康对照者和OA患者相比，RA患者滑膜组织HIF-1α的表达水平明显增加。②与OA滑膜组织相比，RA滑膜组织表达PAD2、PAD4和瓜氨酸化蛋白显著增加。③低氧显著促进HFLS的增殖、迁移和侵袭功能及IL-6和IL-8炎性细胞因子的分泌。④低氧显著促进HFLS表达PAD2和瓜氨酸化蛋白⑤应用HIF-1α siRNA敲减HIF-1α后，PAD2和瓜氨酸化蛋白的表达明显受到抑制。（2）①低氧促进RAW264.7细胞表达PAD2和瓜氨酸化蛋白。PAD抑制剂Cl-Amidine呈剂量依赖性地抑制RAW264.7细胞向破骨细胞分化。②低氧显著抑制RAW264.7细胞、小鼠骨髓来源单核细胞、人外周血单核细胞向破骨细胞分化；低氧抑制破骨细胞标志物RANK、CSK、TRAP的表达。③低氧抑制破骨细胞的骨吸收活性。④细胞增殖实验和细胞凋亡实验结果均提示低氧对细胞活性没有影响。⑤低氧显著下调RANKL诱导的JNK的磷酸化水平。⑥低氧显著下调Src和NFATc1的表达。本研究结果初步揭示了低氧对FLS产生瓜氨酸化蛋白的调控作用，对进一步了解RA的发病机制有重要意义。同时，本研究结论为靶向HIF-1α治疗RA提供了新的证据支持。