作者：句朝晖 北京积水潭医院

关节软骨细胞通过表型调节、分解代谢激活和肥厚分化对OA疾病中异常的关节环境作出反应。这一系列事件导致基质结构蛋白的异常生成和赋予关节软骨功能特性的细胞外基质的不可逆破坏，因此，关节软骨细胞表型稳定性的丧失被认为是早期事件，在OA4软骨破坏的开始和进展中起着中心作用。我们之前的研究表明，IKKα有助于体外软骨细胞肥大和基质重塑表明它有助于OA疾病中表型稳定性的丧失和异常软骨重塑。在这里，我们显示IKKα在创伤后OA模型中有助于关节软骨破坏。我们的数据还表明，IKKα影响关节软骨细胞肥大，并在体内显示关节和出生后生长板软骨细胞的细胞内在作用。
我们使用成年聚集蛋白聚糖表达组织中具有诱导敲除功能的小鼠在体内评估了IKKα对OA软骨重塑和软骨细胞肥大的作用，这使我们能够绕过发育过程中敲除IKKβ所导致的潜在混杂缺陷。我们最初测试了WT和cKO雄性AcanCreERT2/+；给药后2周，IKKαf/f小鼠转为DMM模型。虽然在DMM术后8周，WT和cKO的软骨降解得分相同，但术后12周，cKO显示软骨降解明显减少。在8至12周之间，DMM手术cKO软骨的整体软骨降解没有进展（p = 0.5985），而在WT组中显著增加（p = 0.0321). 这些结果表明，IKKα可能是疾病进展阶段的促因。为了测试如果在OA手术诱导后诱导IKKα基因敲除，是否观察到类似的结构保护，我们还对AcanCreERT2/+进行了检测；IKKαf/f小鼠接受DMM手术，并在手术后3周诱导IKKβ基因敲除。与我们在DMM前敲除IKKα的结果一致，这些cKO小鼠在手术后12周显示软骨降解得分降低。因此，综合我们的研究结果，我们认为IKKα影响DMM诱导的OA疾病的进展阶段。此外，软骨降解的减少与骨赘的形成、大小和成熟度无关，这在WT和cKO小鼠中是相同的。
除了结构保护外，我们的数据表明，cKO小鼠在DMM后表现出肥大样特征减少，如手术膝关节X型胶原mRNA和蛋白质水平降低所示。X型胶原蛋白的变化伴随着胶原酶活性的降低，类似于其他小鼠模型中的发现，这些小鼠模型对与肥厚分化相关的因子进行了药理学或遗传修饰。软骨细胞肥大是软骨内骨化所需的发育过程，生长板软骨细胞经历一系列同步事件，包括表型分化、基质沉积、钙化、胶原酶活性增加和凋亡41。MMP-13是生长板发育所需的，由肥大的软骨细胞合成，它是OA软骨中的主要胶原酶，由OA关节软骨细胞产生，有助于软骨降解。因此，OA模型中软骨细胞肥大受损伴随MMP-13水平降低，随后胶原酶活性降低。然而，虽然DMM后IKKαcKO小鼠的X型胶原蛋白和胶原酶活性降低，但Mmp mRNA和编码蛋白水平没有显著变化。手术后WT和cKO软骨中其他软骨降解MMPs的表达水平同样没有变化，这表明体内MMP-13的活性而不是蛋白水平受到IKKα或其下游效应器的调节。MMP-10是一种基质溶素，可以作为胶原酶前激活剂，在关节软骨重塑中具有功能性意义，我们之前曾报道过体外IKKα缺陷软骨细胞中Mmp10 mRNA和蛋白水平降低，与IKKβ23的激酶活性无关。同样，我们对DMM后WT和cKO软骨的体内评估显示，事实上，IKKαcKO小鼠MMP-10蛋白水平降低。MMP-10蛋白的减少有助于解释胶原酶活性的降低，至少部分原因与所分析的MMPs的相关基因和蛋白表达无关。值得注意的是，使用我们的条件，我们并没有可靠地检测到DMM手术后微创关节软骨RNA提取物中的Mmp10 mRNA。因此，本研究无法确定IKKα活性的变化是否直接驱动体内Mmp10的表达，或者MMP-10蛋白水平的变化是否由间接机制驱动。
软骨细胞凋亡与OA疾病有关，在人类OA软骨和OA小鼠模型中观察到了内源性和外源性凋亡机制。因此，考虑到DMM后cKO小鼠的结构保护，我们探讨了IKKα活性是否也有助于创伤后OA模型中关节软骨细胞的存活。虽然在手术后12周，我们没有发现TUNEL+细胞与WT和cKO关节软骨相比存在显著差异，但我们发现相同小鼠的IKKαcKO生长板中软骨细胞凋亡显著增加。此外，这些cKO小鼠的生长板显示出异常的结构和组成，细胞排列紊乱，蛋白多糖含量降低。鉴于在组织学检查中未在相同动物的关节软骨中观察到这些结构异常，可以想象，IKKα在成人生长板软骨细胞稳态中的这些作用与生长板软骨相对于静止的关节软骨细胞更具动态性有关，以及他们对更快速、更同步的矩阵周转的要求。先前使用全球IKKα缺陷小鼠的报告表明，IKKβ对生长板软骨细胞和异常肢体形态发生的作用是由角质形成细胞中蛋白质的作用所驱动的。然而，这些研究并没有明确说明IKKγ是否具有软骨细胞的内在作用，而独立于其对角质形成的影响。我们对DMM手术后成人关节软骨和出生后生长板的研究结果表明，IKKα显示软骨细胞的内在作用，可能影响体内的生存能力和基质重塑。因此，IKKα在生长板发育和维持中的具体作用和作用方式值得进一步研究。
总之，我们的体内研究结果表明，IKKα是体内软骨重塑和软骨细胞肥大的关键调节因子。虽然小样本和缺乏假对照是本研究的局限性，但本文的结果与我们的体外观察结果相一致，并强调了IKKα对体内软骨稳态的重要性。然而，仍需要更好地了解IKKα在软骨中的作用和机制。