Wnt-β-catenin信号在关节软骨细胞中的作用及其与骨关节炎之间的关系

骨关节炎（OA）是一种退行性关节疾病，其病理机制尚不清楚。关节软骨细胞负责维持关节软骨的正常功能，并受一系列的生长因子调控。人类基因研究提示β-catenin的表达水平在OA发病过程中可能起着重要作用。为了探讨β-catenin的表达变化对关节软骨细胞功能的影响以及与OA发病之间的关系，本课题组制备了Col2a1-Cre-ERT2 转基因小鼠模型。利用该模型，我们使用他莫西芬(Tamoxifen, TM)诱导在不同月龄小鼠的关节软骨细胞中增加β-catenin的表达，发现膝关节软骨破坏非常明显，甚至完全消失，并伴有异位骨形成，与临床上OA病人的表现非常类似。本研究拟在课题组的研究基础上，使用遗传和分子生物学技术，进一步探讨β-catenin的表达水平对关节软骨细胞功能的影响以及在OA发病机理中的作用。这些新的认识无疑会对OA致病机理的研究具有相当的推动作用，并且将有助于更好地确定治疗方向。

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种中老年人常见的退行性骨关节疾病，以关节软骨破坏和骨赘形成为主要特征。OA是一种多因素疾病，传统观点认为OA的发病与IL-6、TNF-α等促炎症因子及MMP-13等蛋白酶类产生过多有关。我们将Col2a1-CreERT2转基因小鼠与β-cateninfx(Ex3)/fx(Ex3) 小鼠交配产生Col2a1-CreERT2；β-cateninfx(Ex3)/wt 转基因动物模型(β-catenin cAct)。3月和6月龄的β-catenin cAct小鼠以及没有Cre的阴性对照小鼠均被腹腔内注射他莫西芬(Tamoxifen, TM)，注射2个月后处死。我们发现5月龄和8月龄的β-catenin cAct小鼠膝关节软骨的面积明显减少。由β-catenin cAct小鼠分离并培养关节软骨细胞，采用RT-PCR的方法分析软骨细胞特征性基因的表达水平，结果显示软骨细胞分化的标志性基因BMP-2、COL-Ⅹ等的表达水平显著增加。这些结果说明上调的Wnt/β-catenin信号通路与OA的发生有关。我们收集了行人工膝关节置换术OA患者的关节软骨组织，结果发现OA患者的关节软骨细胞中β-catenin和MMP-13蛋白的表达水平明显增加；关节软骨组织中细胞分化的标志性基因BMP-2、COL-Ⅹ和MMP-13的表达水平显著增加。说明上调的Wnt/β-catenin信号通路与人类OA的发生密切相关。1-月龄的Col2a1-CreERT2；β-catenin fx(Ex3)/+和Col2a1-CreERT2；β-catenin fx/fx小鼠腹腔内注射他莫西芬，两个月后收集组织标本进行病理分析。β-catenin cKO小鼠中，胫骨近端生长板下部的小梁骨和软骨下骨明显丢失，而β-catenin cAct小鼠中相同部位骨量增加。破骨细胞数量在β-catenin cKO小鼠中明显增加，而在β-catenin cAct小鼠中明显减少。β-catenin cKO小鼠的软骨细胞中RANKL的表达明显升高，而OPG的表达明显降低。软骨细胞与脾细胞共培养的结果显示β-catenin cKO小鼠的软骨细胞明显刺激破骨细胞的生成。我们的研究为软骨细胞中Wnt/β-catenin信号可以调节破骨细胞的生成提供了直接的证据。