作者：唐浩 北京积水潭医院

转谷氨酰胺酶2（TG2），也称为组织转谷氨酸酶，是一种钙依赖性酶，具有多种细胞内和细胞外底物。TG2不仅在骨关节炎（OA）组织中增加，而且影响OA的进展。然而，TG2在分子水平上如何影响OA中的软骨降解仍不清楚。手术诱导的OA导致关节软骨和生长板中TG2的增加，并依赖于原代软骨细胞中的TGFβ。通过关节内注射基于肽的特异性TG2抑制剂ZDON抑制TG2酶活性，改善了手术诱导OA的严重程度以及MMP-3和MMP-13的表达。ZDON以Runx2非依赖性方式减弱了TGFβ-和钙离子载体处理的软骨细胞中MMP-2和MMP.13的表达。ZDON抑制TG2通过β-连环蛋白的减少来抑制典型的Wnt信号，这是由泛素化依赖性蛋白酶体降解介导的。此外，钙离子载体激活TG2增强了AMPK和FoxO3a的磷酸化以及FoxO3a的核移位，这是导致MMP-13增加的原因。总之，TG2在OA的发病机制中起着重要作用，是影响β-连环蛋白和FoxO3a介导的MMP-3产生稳定性的主要分解代谢介质。
骨关节炎（OA）是最常见的关节炎形式，其特征是软骨细胞外基质受损，导致透明关节软骨1丢失。这种变化伴随着软骨下骨重塑和关节边缘的骨赘形成。在此过程中，软骨细胞产生的蛋白酶，尤其是基质金属蛋白酶（MMP）-13和去整合素和具有血小板反应蛋白基序的金属蛋白酶（ADAMTS）-5，在基质降解中起主要作用，基质片段的蛋白水解生成被认为是软骨细胞增生的驱动因素。然而，MMP和AMDAT产生的调节机制，以及稳定或激活这些蛋白酶的转录后修饰尚未完全阐明。
转谷氨酰胺酶2（TG2）是蛋白质谷氨酰胺γ-谷氨酰转移酶家族的一种78 kDa钙依赖性酶。在钙存在下，TG2作为一种催化酶，修饰蛋白质结合的谷氨酰胺侧链，通过转酰胺或脱酰胺作用导致蛋白质交联。当该蛋白质在细胞内结合GTP时，TG2在构象上变得封闭，并充当G蛋白相关的信号分子。通过其酶和信号功能，TG2具有多种生物学作用，如炎症、凋亡调节、细胞分化和细胞外基质相互作用的增强子。在软骨细胞生物学中，TG2不仅是肥大软骨细胞的标志物，而且是软骨细胞成熟的诱导剂。在手术诱导的OA模型中，与对照野生型小鼠相比，TG2基因敲除小鼠的软骨降解和骨赘形成较轻。
最近，我们报道了早期OA软骨下骨重建的增强可增加关节软骨中的钙水平，这种变化与MMP-3和MMP-13的产生有关。早期OA关节软骨中钙水平的增加可影响TG2的酶活性，这可能影响MMP的产生和稳定性，从而加速软骨降解。然而，TG2在OA进展中的分解代谢作用的分子机制仍不清楚。在本研究中，我们研究了TG2酶活性抑制对手术诱导OA严重程度的影响。在分子水平上，TG2稳定β-连环蛋白以增加Wnt信号并增强FoxO3a的核易位，FoxO3a负责MMP-3和MMP-13的产生。
在本研究中，我们发现TGFβ在关节软骨中诱导的TG2加重了手术诱导OA的严重程度，并增加了MMP-3和MMP-13的产生。TG2不仅通过β-连环蛋白稳定增强了典型的Wnt信号，而且还增强了AMPKa/FoxO3a信号。
本研究显示在OA早期关节软骨细胞特异性表达TG2。此外，TGFβ以剂量依赖性方式特异性诱导TG2。OA早期破骨细胞的激活可诱导软骨下骨的主动重塑。这一过程可释放基质衍生的偶联因子，如胰岛素样生长因子1（IGF-1）和TGFβ，软骨下骨中TGFβ的抑制可减弱手术诱导OA的进展。然而，TGFβ信号的关键成分的基因缺失，包括TGFβ受体II型或Smad3，会加重OA的严重性。这些相互矛盾的结果可以通过化学物质或阻断抗体的部分抑制与遗传模型的完全抑制之间TGFβ信号传导阻断程度的差异来解释。这种差异也可能是由于TGFβ根据软骨细胞的分化状态（即静止、增殖和肥大软骨细胞）所起的不同作用造成的。 TGFβ可能自然具有合成代谢和分解代谢功能，其总体效果可能因软骨细胞的分异状态而不同。我们的研究为TGFβ通过TG2在软骨下骨中的分解代谢功能提供了可能的解释。早期OA期间活跃的软骨下骨重塑可增加软骨下环境中的TGFβ和钙水平。TGFβ可增加相邻软骨下骨中肥大软骨细胞中TG2的表达，软骨下骨的这种富含钙的环境可增强TG2的钙依赖性酶活性。