骨關(guān)節(jié)炎治療新靶標(biāo)｜祝文濤教授團(tuán)隊(duì)闡明mtDNA-IRF1-ZBP1-RIPK1是參與軟骨細(xì)胞損傷的病理軸
骨關(guān)節(jié)炎（OA）是最常見的退行性疾病之一，影響全球5億多人。關(guān)節(jié)軟骨的破壞是OA最基本的病理特征，而軟骨細(xì)胞是關(guān)節(jié)軟骨中的主要細(xì)胞類型，控制著軟骨的完整性和穩(wěn)態(tài)。目前，OA軟骨細(xì)胞損傷和OA發(fā)病的分子機(jī)制在很大程度上仍有待闡明。Z-DNA結(jié)合蛋白1（ZBP1）是一種參與多種炎癥性疾病的核酸傳感器，但它是否以及如何導(dǎo)致OA尚不清楚。
2024年7月18日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院祝文濤教授團(tuán)隊(duì)在Cell Communication and Signaling (IF 8.2) 上發(fā)文“IRF1 regulation of ZBP1 links mitochondrial DNA and chondrocyte damage in osteoarthritis”，研究發(fā)現(xiàn)ZBP1表達(dá)與OA進(jìn)展呈正相關(guān)，mtDNA-IRF1-ZBP1-RIPK1是參與軟骨細(xì)胞損傷的病理軸，抑制該軸可能是治療OA的可行方法。
IHC染色顯示AAV9-shZBP1有效減少了ZBP1陽性細(xì)胞數(shù)量
研究結(jié)果
1、AAV9-shZBP1敲低保護(hù)小鼠免受DMM誘導(dǎo)的軟骨退化和骨贅形成
OA樣本和創(chuàng)傷后OA小鼠模型中ZBP1的表達(dá)水平上調(diào)，表明ZBP1表達(dá)與OA進(jìn)展密切相關(guān)。為驗(yàn)證軟骨細(xì)胞中ZBP1的缺失是否能保護(hù)小鼠免受OA的侵害，研究團(tuán)隊(duì)將AAV9-shZBP1注射到小鼠膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)，IHC結(jié)果證實(shí)，與AAV9-shGFP組相比，AAV9-shZBP1有效地減少了ZBP1軟骨細(xì)胞的數(shù)量。在首次注射AAV9兩周后，進(jìn)行DMM手術(shù)或假手術(shù)，并在術(shù)后第56天處死小鼠。與DMM組相比，AAV9-shZBP1組小鼠關(guān)節(jié)軟骨退化較少，OARSI評分較低。通過評估軟骨下骨和骨贅的變化，發(fā)現(xiàn)接受DMM手術(shù)的AAV9-shZBP1注射小鼠骨贅形成減少，骨贅評分降低。上述結(jié)果表明，軟骨中ZBP1的下調(diào)保護(hù)了小鼠免受DMM誘導(dǎo)的軟骨退化和骨贅形成的影響。
ZBP1對DMM小鼠的OA進(jìn)展至關(guān)重要
2、ZBP1與RIPK1相互作用，通過NF-κB信號通路促進(jìn)軟骨細(xì)胞損傷
由于ZBP1含有RIP同型相互作用基序（RHIM），ZBP1與其他含RHIM的蛋白質(zhì)的相互作用是ZBP1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基礎(chǔ)，之前的研究表明了RIPK1-NF-κB信號通路在炎性軟骨細(xì)胞中的病理作用，因此研究團(tuán)隊(duì)分析了ZBP1和RIPK1在軟骨細(xì)胞中的相互作用。IF共定位結(jié)果顯示，在TNF-α處理的軟骨細(xì)胞中，ZBP1與P-RIPK1的共定位增加，與TNF-α組相比，ZBP1敲低降低了TAK1、P65和RIPK1的磷酸化；IHC結(jié)果顯示，與DMM組相比，AAV9-shZBP1還降低了關(guān)節(jié)軟骨中P-P65和P-RIPK1的表達(dá)水平，表明ZBP1可以與RIPK1相互作用以激活RIPK1-TAK1-NF-κB信號通路，介導(dǎo)軟骨細(xì)胞炎癥和ECM降解。進(jìn)一步研究證明ZBP1的表達(dá)受IRF1的調(diào)節(jié)，過表達(dá)ZBP1逆轉(zhuǎn)了IRF1敲低對軟骨細(xì)胞的保護(hù)作用。
ZBP1與RIPK1相互作用，激活TAK1-NF-κB通路
3、CsA治療抑制ZBP1，減輕軟骨細(xì)胞損傷
由于在細(xì)胞應(yīng)激和線粒體功能障礙的條件下，mtDNA可以釋放到細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞外空間，與包括ZBP1在內(nèi)的模式識別受體結(jié)合，因此研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了OA軟骨細(xì)胞釋放的mtDNA是否調(diào)節(jié)ZBP1。研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α導(dǎo)致線粒體釋放更多的dsDNA，增加ZBP1和dsDNA的共定位，而CsA（線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔抑制劑）治療不僅降低了細(xì)胞質(zhì)中的mtDNA水平以及ZBP1和dsDNA的結(jié)合，還降低了ZBP1、p-RIPK1的表達(dá)水平，表明CsA可以抑制mtDNA-ZBP1-RIPK1軸。先前的研究證實(shí)IRFs可能受到mtDNA的調(diào)控，檢測發(fā)現(xiàn)CsA降低了TNF-α處理的軟骨細(xì)胞中核IRF1的比例，顯著減輕了軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和ECM降解，表明mtDNA可能在ZBP1的活性和表達(dá)中發(fā)揮雙重作用，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞損傷，CsA抑制mtDNA的釋放可以防止TNF-α誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞損傷。
mtDNA對IRF1和軟骨細(xì)胞損傷的影響
結(jié)論
本研究揭示了ZBP1表達(dá)與OA之間的正相關(guān)關(guān)系，mtDNA-IRF1-ZBP1-RIPK1是參與軟骨細(xì)胞損傷的病理軸。此外，CsA抑制mtDNA-IRF1-ZBP1軸可保護(hù)小鼠免受DMM誘導(dǎo)的OA進(jìn)展。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了ZBP1在連接mtDNA和軟骨細(xì)胞損傷中的重要作用，并揭示了一個(gè)可能用作OA治療靶點(diǎn)的新軸。
