B[a]P和FICZ通过AhR_Cyp1a1信号轴在软骨下骨代谢和实验性颞下颌关节骨性关节炎中的作用
作者：宋洋 北京积水潭医院

有吸烟史的个体的骨骼愈合和骨量被发现受到不利影响，与性别无关。特别是，尼古丁被发现可以抑制兔子的牵张成骨、脊柱融合和骨折愈合。传统上，吸烟引起的骨折或骨质疏松被认为是由于成骨细胞骨骼和矿物质形成受损。然而，关于烟草烟雾致癌物对骨吸收的作用的相互矛盾的报告已经发表。二恶英是烟草烟雾的一种成分，具有抑制成骨细胞形成和分化的能力。此外，据报道，低剂量的AhR激动剂浓度如2,3,7,8-四氯二苯并对二恶英（TCDD）或B[a]p可加速破骨细胞生成和骨矿物质吸收，而在AhR中观察到破骨细胞发生率低−/− 在我们最近的研究中，我们证明破骨细胞中的AhR-c-Fos信号轴有助于调节骨折愈合。这些发现与吸烟者中观察到的高吸收相一致 ~ 小鼠过度表达组成性激活的AhR33导致骨吸收增加60%。在暴露于烟雾的小鼠中，软骨形成延迟与胫骨骨折有关。因此，我们假设香烟烟雾的主要成分之一B[a]P通过AhR配体损害下颌髁突的骨代谢。据报道，AhR配体对各种类型的组织，包括硬腭组织和牙齿介导毒性作用。然而，Ah R途径对下颌髁突组织的影响尚不清楚。尤其是，尚未研究B[a]P和FICZ对下颌骨骨代谢或TMJ-OA的影响。因此，据我们所知，我们目前的研究是首次报道B[a]P对下颌软骨下骨的介导作用，下颌骨软骨下骨是与肺不同的组织愈合部位。为了评估香烟烟雾对培养细胞的生物学效应，通常使用香烟烟雾中含有的B[a]P。然而，使用B[a]P或烟雾提取物可能无法完全模拟体内吸烟情况。总的来说，我们观察到AhR靶向基因Cyp1a1在暴露于B[a]P后的小鼠下颌骨中上调，这意味着可能与AhR信号的激活有关。
此前，研究表明α-萘黄酮抑制Cyp1a1活性并显著降低B[a]P诱导的凋亡。相比之下，Cyp1b1的特异抑制剂2,3′，4,5′-四甲氧基苯乙烯和芘不抑制B[a]P诱导的细胞凋亡。Kim等人还报道，Cyp1a1而非Cyp1b1参与了介导B[a]P诱导的人RL95-2子宫内膜癌细胞和Hepa1c7细胞中裂解caspase-3的激活。在我们目前的研究中，在B[a]P给药的WT小鼠的下颌髁突中检测到Cyp1a mRNA的显著增加。简言之，这些数据表明B[a]P-配体AhR可能通过涉及下颌软骨细胞Cyp1a1 mRNA快速转录调控的基因组途径激活caspase-3级联。B[a]P诱导的DNA损伤的另一种途径涉及AhR轴和其他调节破骨细胞和软骨细胞分化的信号通路之间的信号串扰。越来越多的证据支持缺氧诱导因子（HIF）信号转导在破骨细胞生成和软骨形成中发挥重要作用。此外，HIF-1和AhR的转录活性是ARNT依赖性的。相应地，一些研究表明，抑制性串扰发生在这两条信号通路之间。因此，同样的串扰可能也会影响破骨细胞和软骨细胞的分化。尼古丁是胆碱能系统的外源性刺激物，也是香烟烟雾的重要成分。一些研究报告了胆碱能系统在骨质疏松和骨关节炎背景下的骨内稳态中的作用。乙酰胆碱或通过尼古丁或毒蕈碱的外源性激活，刺激成骨细胞增殖和破骨细胞凋亡.乙酰胆碱酯酶（AChE），一种催化乙酰胆碱降解的酶，通过终止乙酰胆碱的作用，在胆碱能调节中起重要作用。
最近有报道称，AChE也可在免疫系统和骨组织等非神经组织中表达。使用RANKL诱导小鼠骨丢失后，AChE-抑制剂多奈哌齐可导致RANKL诱导的骨丢失。在骨髓巨噬细胞破骨细胞形成过程中，已观察到AChE表达上调。此外，通过siRNA基因敲除AChE可抑制RANKL诱导的破骨细胞分化。这些结果表明，AhR和AChE之间的信号相互作用可能是骨质疏松症和TMJ-OA等骨病的潜在治疗靶点。
本研究中建立的TMJ-OA实验模型将机械应力施加到下颌骨髁突上，与其他研究中使用的模型一致。该模型的特点是下颌骨髁形软骨层中软骨细胞排列不规则，蛋白多糖明显缺失，软骨下骨破坏，和OA样变性病变。人们已经认识到，OA不仅是软骨损伤的问题，也是整个关节紊乱的问题。特别是，关节软骨和软骨下骨作为一个单元发挥作用，以保持关节的结构和功能完整性。为了更好地了解软骨-骨单位在TMJ-OA发病机制中的作用，需要建立动物模型来再现软骨下骨的紊乱和软骨变性。本研究使用该模型获得的结果也与手术关节操作局部给药或应用化学药物、基因缺失或修饰诱发的早期TMJ-OA模型的结果相一致。TMJ-OAs的起源主要是非炎症性的，与滑膜炎和类风湿性关节炎不同。颞下颌关节骨性关节炎的病理学包括下颌关节软骨的磨损和退化，以及潜在骨重塑的局部翻转和增厚。此外，这些变化往往涉及继发性炎症反应。在颞下颌关节，过度的机械应力是导致髁突软骨降解的关键因素之一。因此，使用强迫张口法成功地建立了一个实验性TMJ-OA模型小鼠，以评估TMJ OA的初始化和进展。