作者：唐浩 北京积水潭医院

骨关节炎（OA）的发病机制导致关节软骨变性和破坏，导致关节功能严重受损和日常活动受限，从而影响社会活动。OA分为两种类型：原发性OA，随年龄增长而逐渐发生，但无特定原因；继发性OA由某些疾病引起，如关节损伤、自身免疫性炎性关节炎和先天性关节畸形。在创伤后骨关节炎（PTOA）中，最常见和典型的继发性OA，软骨或韧带损伤是一个众所周知的原因。尽管过去几十年来在骨合成和韧带重建的外科手术方面取得了进展，但PTOA的发病率没有下降，这表明单靠手术治疗是不够的，需要额外的新策略来预防PTOA。在创伤事件后关节软骨受到物理损伤后，急性阶段反应导致软骨细胞死亡，随后是基质损伤和促炎性细胞因子的诱导，并导致严重和不可逆的软骨退变。因此，一种新的治疗剂将有助于靶向软骨细胞损伤的早期阶段，即软骨细胞死亡，以抑制向PTOA的进展。
京都大学物质（KUS）121是一种小的化合物，选择性地抑制含valosin的蛋白质（VCP）的ATP酶活性。VCP属于AAA（与多种细胞活性相关的ATP酶）家族，是一种普遍存在于基本上所有细胞中的蛋白质；已知其发挥多种作用，例如通过细胞中的蛋白酶体系统进行蛋白水解、内质网相关蛋白降解和膜融合。KUS121不干扰这些细胞VCP功能，但仅抑制其ATP消耗。尽管精确的分子机制尚未完全阐明，KUS121通过抑制VCP的ATP酶活性来抑制细胞内ATP的减少，并降低内质网（ER）应激，从而抑制细胞死亡。KUS121已被证明在包括视网膜色素变性、黄斑变性和青光眼在内的眼部疾病动物模型中保护细胞死亡，包括心肌梗死，此外，I/II期临床试验表明其对非动脉炎性视网膜中央动脉阻塞患者的安全性和潜在有效性。内质网应激也被证明有助于关节软骨软骨细胞的变性；过度内质网应激导致软骨细胞死亡，与OA的严重程度平行。这一知识促使我们测试KUS121对软骨损伤的疗效，这被称为导致PTOA的初始事件。
在目前的研究中，我们假设KUS121在体外减少软骨细胞死亡和炎症反应，并通过减少软骨细胞内质网应激来保护体内软骨变性。本研究的目的是证明KUS121（1）抑制软骨损伤后的软骨细胞死亡，从而减少软骨损伤啮齿动物模型中随后的软骨变性，以及（2）通过抑制过度内质网应激和随后人类软骨细胞中促炎性细胞因子的上调来抑制软骨细胞死亡。
虽然原发性OA随着年龄的增长而逐渐发生，没有任何明显的原因，但继发性OA也有原因，其中关节内损伤是最常见和典型的（称为PTOA）。目前没有任何类型的OA可用的疾病调节药物。因此，损伤后的早期可能是干预以减少可能导致PTOA的软骨损伤的唯一机会。然而，也没有可用的药物来预防这种早期损伤。因此，我们检查了我们的新化合物KUS121是否能够预防它。在本研究中，我们报告了KUS121能够通过降低内质网应激来保护TM处理的培养软骨细胞免于死亡。在软骨损伤的急性期，软骨细胞死亡后，关节内组织发生分解代谢效应，这是由于炎症介质，如促炎细胞因子、趋化因子和损伤相关分子模式。因此，对此类介体的抑制可能会降低PTOA的发病率。
在本研究中，发现直接膝关节注射KUS121可有效减少软骨损伤体积，抑制软骨退行性改变，减少损伤中的细胞死亡，以及抑制ECM降解蛋白酶的表达，所有这些都在OA的早期阶段出现。作为机制，我们证明，KUS121显著减少促炎细胞因子（如TNF-α和IL-1β）的产生，并显著抑制软骨细胞蛋白酶（如MMP和ADAMS5）的表达，这些蛋白酶负责软骨细胞中ECM的分解。值得注意的是，在4周时软骨和滑膜中这些蛋白酶表达没有持续升高。如果韧带撕裂或半月板不稳定导致关节持续应力，这些蛋白酶表达将持续，但可能是由于我们的模型中关节缺乏持续应力导致这些表达下降，类似于没有韧带撕裂的人类软骨损伤。促炎细胞因子是OA发病以及PTOA进展过程中的重要疾病调节因子。然而，我们无法获得显示IL-1β单独诱导软骨细胞死亡的数据（数据未显示）。相反，衣霉素能够重复性地诱导内质网应激、细胞死亡和炎症细胞因子升高。因此，我们使用衣霉素作为疾病相关表型的诱导剂。
KUS121是一种选择性抑制VCP15的ATP酶活性的小化合物。即，KUS121不干扰VCP的基本功能，如通过细胞内蛋白酶体系统的蛋白质水解、内质网相关降解和膜融合13、14，并且仅抑制ATP消耗。迄今为止，ATP减少、内质网应激和细胞死亡的深刻关系已在多种细胞类型的细胞死亡诱导细胞培养条件中反复显示，而KUS121给药缓解了这三种现象。与本研究一致，在几种动物模型中，如视网膜色素变性15、心肌梗死16、缺血性中风20和帕金森病22中，施用KUS121通过减少内质网应激和细胞死亡来减轻病理。此外，KUS121已经在急性视网膜中央动脉阻塞的I/II期临床试验中进行了测试，并证明是安全有效的，从而表明其在临床治疗中具有很好的候选资格，可以抑制软骨损伤和之前讨论过的其他疾病后的上睑下垂。
总之，我们证明了一种VCP调节剂KUS121通过降低内质网应激和蛋白酶的表达来保护关节软骨细胞免受细胞死亡的影响，这些蛋白酶加重了培养软骨细胞的OA。在PTOA大鼠模型中，KUS121通过抑制软骨细胞死亡、内质网应激和蛋白酶表达降低软骨损伤。这些结果表明，KUS121作为一种新型治疗剂有可能治疗导致继发性OA的软骨损伤。