交感信号激活软骨细胞线粒体自噬促进TMJ-OA软骨退变的机制研究

The role of sympathetic tone in the cartilage degeneration of osteoarthritis (OA) remains unclear. We for the first time confirmed that sympathetic tone promote the OA-like changes in the condylar cartilage of temporomandibular joint (TMJ) by activating α2 adrenergic receptors (Adra2) in chondrocytes. Our pilot studies showed that: ①Adra2 activation can activate chondrocyte mitophage, promote MMPs secretion and apoptosis, while blocking mitophage significantly reversed above changes; ②the condyle cartilage of TMJ-OA mice exhibited increased expression of mitophage, MMPs and apoptosis comparing to the control mice, while blocking Adra2 signal or mitophage rescued above changes. Thses results suggest that mitophage plays a key role in Adra2-mediated cartilage degeneration in OA, but the molecular mechanism is unknown. Pink1 and USP30, obtained by our microarray screening experiment, are ubiquitin-related molecules that differentially expressed in TMJ-OA condylar cartilage. The balance of Pink1 and USP30 has been proved to play a central role in mitophage regulation. Using Adra2 knockout mice, Pink1 and USP30 tageted-regulation mice, and gene overexpression and knockdown method, this project is aimed to explore the novel molecular mechanism of Adra2-Pink1/USP30- mitophage cascade on TMJ-OA cartilage degeneration. This project will provides new targets for the treatment of TMJ-OA.

交感信号在骨关节炎（OA）软骨退变中的作用仍不清楚。我们前期首次证实交感信号可通过活化软骨细胞α2肾上腺素受体促进颞下颌关节（TMJ）髁突软骨OA样变。预实验结果显示：①α2受体活化可激活软骨细胞线粒体自噬，促进其凋亡及MMPs分泌，抑制线粒体自噬则可逆转上述效应；②TMJ-OA鼠髁突软骨细胞线粒体自噬、凋亡及MMPs表达均增强，阻断α2受体或线粒体自噬均可逆转上述改变，提示线粒体自噬在α2受体介导的OA软骨退变中发挥关键作用，但机制仍未阐明。Pink1与USP30是我们筛选获得的在TMJ-OA与对照鼠髁突软骨中差异表达的泛素化相关分子，其平衡在线粒体自噬调控中发挥核心作用。本课题拟以α2受体敲除鼠及Pink1、USP30靶向调控鼠等为模型，结合基因过表达及敲除手段，探索α2受体-Pink1/USP30平衡-线粒体自噬级联促进TMJ-OA软骨退变的分子机制，为TMT-OA的治疗提供新靶点。

骨关节炎（OA）是颞颌关节病的重症表现，其中软骨的病理性钙化是OA发生、发展的重要始动因素，但其形成机制仍不清楚。本项目以交感神经信号-线粒体自噬-自噬型钙化囊泡分泌级联为突破口，从分子、细胞、组织和整体等多种水平系统探讨交感神经信号-线粒体自噬-自噬型钙化囊泡分泌级联在小鼠TMJOA髁突软骨病理性钙化和退变中发挥的致病作用。本项目结果显示：①OA髁突软骨发病早期即可出现病理性钙化，同时钙化区可见大量的钙化囊泡。②分泌型自噬体是钙化囊泡的来源，而且这类自噬源性的钙化囊泡能够运载钙磷介导基质矿化。③交感神经可激活线粒体分裂融合，同时线粒体来源的自噬体内负载钙化前体，形成自噬型钙化囊泡。④OA软骨细胞微管解聚伴随微管蛋白乙酰化水平显著低于对照组，而且组蛋白去甲基化酶（HDAC6）及泛素水解酶（USP7）均显著上调，并且Adra2信号活化可导致HDAC6及USP7基因及蛋白表达增加，并可显著促进FoxO3的转录活性。综上所述，本项目结果显示：异常机械应力刺激可激活软骨下骨交感神经信号，促进局部交感递质去甲肾上腺素NE的分泌，NE进而激活软骨细胞的Adra2受体，从而通过Pink1/USP30平衡激活软骨细胞线粒体自噬。同时OA软骨细胞交感信号Adra2-FoxO3活化后，可升高USP7及HDAC6的转录表达，USP7通过抑制HDAC6泛素化降解进一步升高HDAC6水平，HDAC6蓄积导致α-微管蛋白去乙酰化及微管失稳态，从而促进自噬体的分泌并导致TMJ-OA软骨钙化及退变的发生。因此，通过干预线粒体自噬和自噬型钙化囊泡的释放均可显著逆转上述TMJ-OA病变。该研究既为TMJ-OA早期病变机制提出了新认识，又发现了新的药物靶位，为临床阻断TMJ-OA进展提供了新策略。. 基于本项目，申请人作为第一或通讯作者发表科研论文34篇（均标注本基金号），其中SCI论文16篇，IF>10的12篇，获批国家发明专利7项，实用新型专利6项。荣获国家“万人计划”青年拔尖人才、军队创新人才工程青年英才、陕西省杰出青年科学基金、陕西省科技工作者创新创业一等奖、空军高层次人才、陕西省自然科学优秀学术论文二等奖等荣誉。