成纤维样滑膜细胞外泌体促进软骨细胞铁死亡在骨关节炎中的作用及机制研究

Chondrocyte death plays a key role of cartilage injury in osteoarthritis (OA). Chondrocyte death mode and molecular mechanism are important scientific issues in OA research.Iron death, as a newly discovered cell death pattern associated with iron ion and lipid peroxide metabolism, has not been reported in the study of OA. Previous studies by our team have found that iron death exists in OA chondrocytes. At the same time, it was found that FLS-Exo could promote iron death of chondrocyte, and miR-19b-3p could also promote iron death of chondrocyte. miR-19b-3p was highly expressed in FLS-Exo. Bioinformatics predictions indicated that miR-19b-3p might negatively regulate SLC7A11, a key gene for iron death. The scientific hypothesis is that FLS-Exo carries miR-19b-3p into chondrocyte, negatively regulates SLC7A11, a key gene for iron death, and promotes iron death in chondrocyte. This project aims to systematically explore the molecular mechanism of fibroblast-like synovial cell- exosome promoting iron death of chondrocyte, verify the role and intervention value of iron death in the pathogenesis of OA, and elucidate the new mechanism of the interaction between OA synovium and cartilage,through CRISPR-Cas9 gene knockout, iron death and exosome-related technologies, from the level of clinical samples, cells and animal models. The results will provide a new molecular regulatory mechanisms and intervention targets for osteoarthritis treatment.

软骨细胞死亡在骨关节炎（OA）软骨损伤中发挥了关键作用，软骨细胞死亡方式及分子机制是OA研究中的重要科学问题。铁死亡作为一种新发现的与铁离子和脂质过氧化物代谢相关的细胞死亡模式，在OA研究中尚无报道。本项目前期生物信息学及预实验提示OA软骨细胞存在铁死亡，同时骨关节炎FLS-Exo和miR-19b-3p都能促进软骨细胞铁死亡，且miR-19b-3p在FLS-Exo中高表达，生物信息学显示miR-19b-3p负调铁死亡基因SLC7A11。由此提出科学假说：FLS-Exo携带miR-19b-3p进入软骨细胞，靶向铁死亡关键基因SLC7A11，促进软骨细胞铁死亡。本项目拟通过CRISPR-Cas9基因编辑、铁死亡及外泌体技术，从临床样本、细胞及动物进一步证实上述假说，阐明OA滑膜和软骨相互影响的新机制，验证铁死亡在OA发病中的作用及干预价值，为骨关节炎治疗提出新的分子机制和干预靶点。

项目背景：软骨细胞死亡在骨关节炎（OA）软骨损伤中发挥了关键作用，软骨细胞死亡方式及分子机制是OA研究中的重要科学问题。铁死亡作为一种新发现的与铁离子和脂质过氧化物代谢相关的细胞死亡模式，在OA研究中尚无报道。本项目前期生物信息学及预实验提示OA软骨细胞存在铁死亡，同时骨关节炎FLS-Exo和miR-19b-3p都能促进软骨细胞铁死亡，且miR-19b-3p在FLS-Exo中高表达，生物信息学显示miR-19b-3p负调铁死亡基因SLC7A11。由此提出科学假说：FLS-Exo 携带miR-19b-3p进入软骨细胞，靶向铁死亡关键基因SLC7A11，促进软骨细胞铁死亡。本项目拟通过铁死亡及外泌体技术，从临床样本、细胞及动物进一步证实上述假说，阐明OA滑膜和软骨相互影响的新机制，验证铁死亡在OA发病中的作用及干预价值，为骨关节炎治疗提出新的分子机制和干预靶点。主要研究内容：将具有miR-19b-3p修饰的OA-FLS外泌体添加到IL-1β刺激的软骨细胞和OA大鼠模型中；然后用SLC7A11过表达质粒直接转染miR-19b-3p模拟物/抑制剂，检测MiR-19b-3p、铁死亡相关标记物（MDA、GSH、Fe2+、GPX4、SLC7A11和ACSL4）、线粒体膜电位（MMP）和ROS水平。重要结果、关键数据：在OA大鼠模型和假手术模型中，OA-FLS外泌体促进了MDA、Fe2+、ACSL4和ROS，但降低了IL-1β刺激的软骨细胞中的细胞活力、GSH、GPX4、SLC7A11和MMP；其作用被miR-19b-3p模拟物增强，被miR-19b 3p抑制剂减弱。miR-19b-3p作用也是如此。MiR-19b-3p负性调节SLC7A11，并通过荧光素酶报告基因测定验证MiR-19b-3p直接与SLC7A111结合。此外，SLC7A11过表达削弱了miR-19b-3p模拟物对IL-1β刺激的软骨细胞中的铁死亡相关标记物、MMP或ROS的影响。OA-FLS外泌体还诱导了OA大鼠的软骨损伤和铁死亡，miR-19b-3p抑制剂减轻了这种影响。科学意义：OA-FLS外泌体源性miR-19b-3p通过靶向OA中的SLC7A11促进软骨铁死亡和损伤，从而揭示了滑膜和软骨之间的相互作用及其与OA过程中铁死亡的关系。