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Science Advances | 南京大学史冬泉团队发现通过微管稳定进行关节纤维软骨靶向治疗

iMedicines 2023-02-23

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关节表面出现纤维软骨是由软骨损伤或退变引起的。目前尚无有效的治疗纤维软骨的方法。

2022年11月18日,南京大学史冬泉团队在Science Advances(IF=15)在线发表题为“Articular fibrocartilage-targeted therapy by microtubule stabilization”的研究论文,该研究表明通过微管稳定可以进行关节纤维软骨靶向治疗。研究人员假设纤维软骨可以被视为透明软骨再生的原料,并提出了一种此前未被确认的软骨再生策略,即“纤维软骨透明化”。细胞骨架重塑在改变细胞表型中起着至关重要的作用。

该研究发现多西他赛通过微管稳定抑制软骨纤维化和增加透明软骨细胞外基质。该研究进一步设计了一种针对纤维软骨的负电荷热敏水凝胶,用于持续给药多西他赛,促进软骨缺损模型中的纤维软骨透明化。此外,微管稳定纤维软骨透明化的机制被证实为抑制Sparc(富含半胱氨酸型酸性蛋白)。总之,该研究表明关节纤维软骨靶向原位治疗是一种有前途的透明软骨修复策略。

透明软骨是位于关节表面的特定软骨类型。透明软骨的细胞外基质(ECM)主要由胶原纤维[主要是II型胶原蛋白(Col II)]、糖胺聚糖(GAGs)和水组成,使透明软骨具有压缩和摩擦特性。软骨损伤的治疗仍然是一个挑战,因为其再生能力差,并不可避免地发展为创伤后骨关节炎(OA)。在软骨修复过程中,异常的胶原蛋白表达可导致纤维软骨的形成。在许多情况下,初步修复的纤维软骨表现出较差的力学性能。
生成性纤维软骨自然存在于椎间盘、半月板、耻骨联合。然而,在OA或软骨损伤时,关节内出现的纤维软骨是软骨纤维化的结果。滑膜关节内的纤维软骨缺乏其原有的功能,甚至加重了OA的症状。然而,对于软骨损伤中的关节纤维软骨,目前仍缺乏有效的解决方法。
当疾病发生时,病变中的透明软骨软骨细胞开始积极增殖,以响应微环境中的刺激。增生的软骨细胞在细胞功能、代谢和细胞骨架上发生剧烈变化,最终导致Col I的表达增加。纤维软骨的致密和纤维状ECM不表现出这种结构-功能关系。然而,作为软骨损伤的自我修复产物,作者认为纤维软骨具有以下优点:(i)它的ECM可以被视为软骨修复的自体支架,(ii)含有透明软骨再生的天然细胞源,(iii)与周围软骨或软骨下骨融合良好。因此,作者假设纤维软骨可以被视为透明软骨再生的原料。应着眼于减少纤维化标志物和改善纤维软骨中纤维化软骨细胞(FCs)和ECM的透明软骨表型。
关节纤维软骨靶向微管稳定治疗示意图(图源自Science Advances 
细胞骨架重塑影响蛋白质的合成和分泌,进而决定分化的方向。微管作为细胞骨架的重要组成部分,在调节蛋白质的组装和细胞内运输方面起着至关重要的作用。微管总是通过生长和收缩的交替进行不断的重塑。然而,当细胞受到快速刺激或机械应力改变时,微管发生“巨灾”事件。微管的稳定性可以提供微管的长寿命和延伸性,以保证其基本功能。有报道显示,微管稳定剂多西他赛或紫杉醇在大鼠或患者中可防止类风湿关节炎的进展。
微管稳定可以改善软骨形成,并抑制滑膜间充质干细胞(MSCs)中Col I的表达。然而,它在软骨损伤或纤维软骨中的作用在很大程度上仍不清楚。在本研究中,作者验证了微管稳定对抑制纤维化和促进纤维软骨透明质化是有效的。总之,这项研究强调了原位纤维软骨修饰的可行性,并将微管稳定作为纤维软骨透明化的一种有前途的方法。

原文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn8420

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