ATG4、LC3在成人大骨节病软骨细胞内稳态失衡中的作用及干预研究

The autophagic defects of articular chondrocytes of Kashin-Beck disease (KBD) differ from that of osteoarthritis. The molecular mechanism of autophagic defects of KBD remain unclear now, resulting in the lack of effective intervention approaches. The pre-experiments of our research group observed abnormal expression and function of autophagy-related protein ATG4C in KBD articular cartilage. Using epidemiologic investigation, determination of genes and proteins, cell culture, cell transfection, RNA intervenion and animal experiment technologies, this project will investigate the roles and regulatory mechanism of autophagy-related proteins ATG4,LC3 in the autophagic defects of adult KBD, and explore novel autophagic intervention–based approaches for preventing and treating KBD. The main study contents include:(1) the roles and mechanism of ATG4,LC3 in the autophagic defects and excessive apoptosis of KBD chondrocytes; (2) the roles and mechanism of ATG4,LC3 in T-2 toxin induced articular cartilage damages; (3) the intervention effects of rapamycin and glucosamine for autophagic defects of adult KBD and T-2 toxin induced articular cartilage damages. This project aims to verify the novel KBD pathogenic pathway hypothesis, that is "dysfunction of ATG4,LC3 mediated autophagosome mature - autophagic defects and homeostasis imbalance of chondrocytes - degeneration of articular cartilage". The study results will promote deeply understanding the molecular mechanism of articular cartilage damages of KBD, and provide scientific basis for the studies of preventing and treating KBD using autophagic intervention approaches,which have important scientific significance and application value.

大骨节病关节软骨细胞自噬缺陷不同于骨关节炎，分子机制不明，缺乏有效干预方法。课题组预实验发现大骨节病关节软骨自噬蛋白ATG4C的表达及功能异常。本项目采用流行病学调查、基因蛋白检测、细胞培养、转染、RNA干扰和动物实验技术，研究自噬蛋白ATG4、LC3在成人大骨节病软骨细胞自噬缺陷中的作用及调控机制，探索自噬干预防治大骨节病新方法。内容包括：①ATG4、LC3在成人大骨节病软骨细胞自噬缺陷和过度凋亡中的作用及机制；②ATG4、LC3在T-2毒素损伤关节软骨中的作用及机制；③雷帕霉素、氨基葡萄糖对成人大骨节病自噬缺陷及T-2毒素损伤关节软骨的干预效果。本项目验证“ATG4、LC3介导的自噬体成熟机制异常—软骨细胞自噬缺陷，内稳态失衡—关节软骨退行性变”的大骨节病致病途径新假说，可推进深入认识大骨节病关节软骨损伤的分子机制，为自噬干预防治大骨节病研究提供科学依据，具有重要的科学意义和应用价值。

大骨节病是一种地方性骨关节病，发病年龄早、致残率高。大骨节病导致的关节软骨破坏难以治愈。随着年龄的不断增长，多数患者的关节软骨会继发退行性变，出现关节功能障碍和活动受限，严重者丧失劳动能力，这是目前成人大骨节病治疗面临的主要难题之一。阐明大骨节病软骨损伤的分子机制将显著推进大骨节病的防治研究进展。近期研究表明自噬在维持软骨细胞内环境稳态，促进软骨细胞生存中发挥关键作用。大骨节病软骨细胞自噬缺陷不同于骨关节炎，分子机制不明，缺乏有效干预方法。基于国际最新研究进展和课题组前期研究结果，本项目提出成人大骨节病关节软骨细胞ATG4、LC3、WISP1等自噬相关基因的表达及功能异常，引起软骨细胞自噬缺陷，导致软骨细胞内稳态失衡和凋亡增加，促进关节软骨退行性变。. 本项目采用流行病学调查、基因蛋白表达检测、细胞培养、T-2毒素干预、细胞转染等技术，研究ATG4、LC3、WISP1等自噬相关基因在成人大骨节病软骨细胞自噬缺陷中的作用及干预靶点，探索自噬干预防治大骨节病新方法。研究发现ATG4C、WISP1、LC3、ULK1、MMP13、COL2A1等基因在大骨节病软骨损伤及T-2毒素诱导的软骨损伤中发挥重要作用；筛选出mTOR signaling、glycosaminoglycan biosynthesis-chondroitin sulfate/dermatan sulfate和PI3K-Akt signaling等与大骨节病关节软骨损伤密切相关的基因通路；发现雷帕霉素干预可升高BECN1和LC3蛋白的表达，降低MMP13的表达，减轻T-2毒素诱导的关节软骨损伤。研究结果为阐明T-2毒素等环境危险因素诱导大骨节病软骨细胞损伤的分子机制，开发有效干预措施提供了新的重要科学依据。. 本项目发表标注本项目资助的SCI论文15篇，发表在Bone、Osteoarthritis and Cartilage等本领域权威期刊；发表中文论文1篇，发表在《中华地方病学杂志》。培养并毕业博士研究生2名，硕士研究生4名；项目负责人参加国际会议1次，参加国内会议9次，做大会报告2次。.