过氧化物酶体增殖物激活受体γ在膝骨关节炎中的作用研究进展

农金丽,杨培培,陈梓瑜,谭钦文,谭旭荣,张 也,崔洪运,王开龙

(1.广西中医药大学,广西 南宁 530200;2.广西中医药大学第一附属医院,广西 南宁 530022)

膝骨关节炎(Knee osteoarthritis,KOA)是我国中老年人的常见病和高发病,是以关节疼痛、肿胀、麻木、活动受限为主要临床特征的一类骨关节炎(OA)疾病。研究[1]表明,KOA好发于50～60岁人群,年龄越大,发病率越高,同时致残率高,经济负担大,所以KOA的防治方面必须高度重视,早期预防,及时治疗,降低致残率。

过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)是核激素受体家族中的配体诱导核受体,在细胞代谢、凋亡、自噬发挥了重要的作用,目前已知的3种亚型为PPARα、PPAR β/δ和PPARγ。PPARγ是一种 NR1C3类型的核受体,主要存在于脂肪组织、血管平滑肌组织、心肌组织等,在脂肪细胞分化和糖代谢、脂质代谢、蛋白质代谢中发挥重要作用。PPARγ有两种主要的剪接异构体,即PPARγ1和PPARγ2。与 PPARγ1相比,PPARγ2在其 N 端结构域中含有额外的30个氨基酸,其三维结构主要由四部分组成,即A/B区或激活因子-1(AF-1)、C区或DNA结合域(DBD)、D区或铰链区和EF区或配体结合域(LBD),由额外的配体结合二聚化反式激活因子(AF-2)组成[2-3]。PPAR-γ激活后与核受体-9-顺式-视黄酸(RXR)形成异二聚体复合物。该复合物迁移、与DNA结合,还与包括类固醇受体共激活剂1(SRC1)、CREB结合蛋白(CBP)/p300和PPARγ共激活因子-1α(PGC1-α)在内的辅助因子结合。这会导致参与代谢转录激活、线粒体功能障碍、炎症反应和氧化应激的各种基因表达[4]。PPARγ在KOA的发病过程中起到重要的作用,参与调节炎症因子、生理代谢并维持其组织结构及功能的正常。关节软骨中PPARγ缺乏可能是通过增加分解代谢活性和抑制软骨保护来加速KOA病情的原因。PPARγ激动剂可通过抑制炎症因子、调控脂质代谢、抑制软骨细胞凋亡、抑制细胞自噬、抑制血管生成等发挥抗KOA的作用。

1 抑制炎症因子

KOA患者最显著的临床症状是膝关节疼痛,是由伤害性感觉神经元介导引起的疼痛,可激活细胞因子、趋化因子、神经肽和前列腺素(PG)等促炎介质,从而导致外周敏化,引起膝关节机械性疼痛[5]。

PPARγ在关节细胞和浸润性炎症细胞中表达,并激活促炎症细胞因子[白细胞介素(IL)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-α])、炎症原细胞因子[诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、环氧合酶-2(COX-2)、膜结合型前列腺素E2 合酶 1(mPGES-1)]和基质金属蛋白酶(MMP)-1/13的表达。PPARγ配体对细胞培养中的巨噬细胞、树突状细胞和T细胞等多种免疫细胞产生的促炎细胞因子(如TNF-α、IL-1β、IL-2、IFNγ和C-X-C基序趋化因子10(CXCL10)产生负调控。相反,Th2细胞因子IL-4似乎通过上调PPARγ的表达来介导其抗炎活性,而全面炎症需要下调PPARγ。因此,PPARγ是治疗炎症的一个重要的靶点[6]。脂肪酸结合蛋白4(FABP4)主要存在于脂肪组织和巨噬细胞中,是调节细胞内代谢和炎症通路的关键因子,其过表达会加速KOA炎症发生、氧化应激和细胞凋亡。FABP4敲低通过激活PPARγ来调节核因子(NF)-κB信号通路,从而抑制IL-1β诱导的软骨细胞炎症、凋亡和细胞外基质(ECM)降解代谢[7]。在KOA软骨细胞中,细胞外细胞因子诱导的活性氧(ROS)可触发KOA软骨细胞中炎症介质(IL-1β)的表达,从而导致ROS产生和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)激活,而PPARγ 通过抑制软骨细胞中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2/活性氧自由基/p38分裂原激活的蛋白激酶(NOX2/ROS/p38MAPK)活化来减弱IL-1β诱导的细胞凋亡,发挥了抗炎的作用[8]。

据有关数据显示，中国矮小症发病率约为3%，现有矮小人口约3900万人。然而，每年真正接受治疗的患者不到3万人。70%以上的家长对矮小症缺乏足够的了解，不认为矮小是一种病，以致错过了孩子的最佳治疗期，严重影响了孩子的生长发育。

细胞自噬是细胞更新、代谢的一个过程,是维持细胞稳态的一种重要机制,可以吞噬自身细胞质蛋白或细胞器使其进入囊泡,与溶酶体相结合成自噬溶酶体并形成降解和细胞更新,在细胞生长、增殖、凋亡过程及维持稳态方面起着重要的作用。由于转运途径的不同,自噬可分为大自噬/巨自噬、小自噬/微自噬、分子伴侣介导的自噬。在骨生长与骨重建过程中,破骨细胞的溶酶体能释放到细胞外,解除陈旧性或损伤的骨基质,实现骨质的更新[30]。自噬是软骨细胞的一种自我保护机制,哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)作为自噬的主要负调控因子,在关节软骨细胞中上调并介导对自噬信号转导的抑制,如AKT和MAPK信号通路,抑制自噬,而mTOR负调控途径,如AMPK和p53信号通路,促进自噬,已成为提高软骨细胞活力和功能的新的靶点[31]。

2 调控脂质代谢

人体中有四种主要的脂质类别,包括甘油三酯(TG)、脂肪酸(FA)、胆固醇(CHO)和磷脂(PL)。软骨细胞中的异位脂质沉积直接影响关节稳态[12]。脂肪酸可以被细胞吸收,成为细胞膜的重要成分。作为细胞间的第二信使,脂质及其代谢成分可在信号转导中发挥重要作用,而脂质在软骨中也很重要[13]。脂质转运有两种模式,即滑液扩散和软骨下骨交换。滑液被认为是关节软骨代谢中分子的主要来源。在KOA中,滑液中的大多数磷脂会增加,磷脂水平的任何变化都可能影响关节的炎症状态。此外,KOA滑液中软骨来源的磷脂酶A2含量较高。KOA关节中存在的细胞因子(如IL-1)激活了软骨细胞中的磷脂酶A2,表明这种酶可能在KOA的发展中发挥作用[14]。

我姨妈是从她的嗓音里辨认出她的。姨妈挤在法庭外面的人群里，从悬在电线杆上的高音喇叭里听见了她的证词，尽管她用的是另一个名字。

同样,AGEs不仅能抑制软骨细胞凋亡,也能调控细胞自噬,在OA发病机制中起重要作用。AGEs可以下调PPARγ,而PPARγ通过激活AKT/MTOR信号通路以及诱导软骨细胞自噬来维持细胞活力。吡格列酮是一种PPARγ激动剂,以剂量依赖的方式保护细胞自噬[35]。以上研究结果表明,PPARγ够通过调控自噬信号转导通路与抗炎因子、软骨细胞因子的相互作用来抑制自噬,发挥抗KOA的作用。

血管生成指在已形成的血管系统基础上,通过分叉和发芽形成一个新的基于毛细管的血管系统。血管生成过程由各种介质维持,如生长因子[血管内皮生长因子(VEGF)和缺氧诱导因子(HIFs)]、促炎细胞因子、各种趋化因子、基质成分、细胞黏附分子、蛋白酶等[36-37]。VEGF在KOA患者滑膜中高表达,可增加血管通透性,进而增强炎症递质的作用,促进炎症扩散,而增强的炎症细胞分泌许多促血管生成介质并促进随后的新血管侵袭,从而在炎症和血管生成间建立正反馈,由此加速诱导软骨细胞凋亡、滑膜炎症、软骨退变形成等[38]。

晚期糖基化终产物(AGEs)在抑制软骨细胞凋亡中起到重要作用。实验研究[27]表明,吡格列酮通过抑制MAPK和NF-κB的激活来抑制AGEs诱导的软骨细胞凋亡和变性。透明质酸(HA)是关节软骨的重要成分之一,在通过连接蛋白与聚集蛋白聚糖结合后,HA形成带负电的大聚集体,该聚集体吸收水并介导软骨的抗压、剪切和拉伸阻力,并能促进间充质干细胞(MSC)的浸润和软骨形成。因此,HA凝胶有助于hMSCs增殖和分化为Ⅱ型软骨细胞。PPARγ激动剂可增强Ⅱ型胶原和TGF-β的表达。HA凝胶抑制Ⅰ型胶原的表达,增强MMP-13的表达[28]。α-倒捻子素是从植物山竹子中提取出来的一种氧杂蒽酮类化合物,可通过增加PPARγ的表达抑制TNF-α表达,促进KOA软骨细胞增殖,抑制细胞凋亡和炎性反应,从而延缓关节软骨的破坏和退变[29]。

3 抑制软骨细胞凋亡

PPARγ通过调节mTOR自噬信号通路在软骨细胞中发挥保护作用。此外,PPARγ和AKT/mTOR途径的相互作用与自噬有关。关节内注射臭氧可抑制IL-1β处理的软骨细胞中TNF-α和IL-6 mRNA水平,通过激活PPARγ抑制炎症细胞因子表达来改善自噬,对软骨细胞的具有抗炎作用[32]。瘦素在人类OA中高度表达,OA患者瘦素的增加显著刺激了赖氨酰氧化酶样3(LOXL3)的表达。LOXL3表达的增加诱导软骨细胞凋亡,激活mTORC1并抑制软骨细胞自噬[33]。激活PPARγ表达能够下调mTOR蛋白和mRNA表达,增强LC3B Ⅱ蛋白表达和LC3B mRNA表达,并下调MMP-13蛋白和mRNA表达,在KOA细胞中PPARγ表达的恢复能够拯救和上调其他自噬基因(ULK-1、ATG5和BNIP3)和合成代谢因子(Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖)的表达,以及下调表达分解代谢(ADAMTS-5,一种具有血小板反应蛋白基序的去整合素和金属蛋白酶)和炎症标志物(iNOS和COX-2),维持关节软骨稳态[34]。

成年软骨特异性PPARγ-KO小鼠发展出自发性KOA表型,与软骨降解增强、滑膜炎症、滑膜和软骨纤维化、MMP生成的新表位(VDIPEN和C1-2C)表达增加、分解代谢标志物(MMP-13、ADAMTS-5、HIF-2a和syndecan-4)表达增加有关,以及炎性酶(包括COX-2和诱导型NO合成酶)的表达增加,PPARγ缺陷软骨表现出HIF-2a的表达升高,这可能在一定程度上是MMP-13、iNOS和COX-2表达增加的原因。此外,在PPARγ缺陷软骨中syndecan-4表达增加可能有助于观察到ADAMTS-5表达增加[23]。花生四烯酸(AA)及其代谢产物PGE2是通过诱导NF-κB配体受体激活剂(RANKL)途径分化破骨细胞的关键调节因子,海洋衍生的n-3长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)已被证明通过减少由AA衍生的促炎PGE2介导的骨保护素(OPG)/RANKL信号通路来抑制破骨细胞生成。n-6多不饱和脂肪酸(PUFA)通过增加PPARγ表达和促进脂肪生成来抑制成骨细胞分化,而n-3 PUFA通过下调PPARγ和增强成骨细胞活性来促进成骨细胞生成[24]。miR-214-5p减弱了小核仁RNA宿主基因7(SNHG7)介导的对IL-1β介导的软骨细胞抗细胞凋亡和炎症的保护作用,激活PPARγ途径显著抑制了miR-214-5p的细胞毒性作用,并在miR-214-5p/PPARGC1B-PPARγ轴中发挥海绵功能[25]。软骨细胞同型半胱氨酸(Hcy)升高导致SIRT1/AMPK/PGC-1α下调,线粒体功能障碍,促凋亡反应和氧化应激增加。此外,异常的SIRT1/AMPK/PGC-1α信号传导导致PPAR-γ减少,NF-κB增加,从而在Hcy处理的软骨细胞中增加MMP13、IL-8和COX-2的表达[26]。

Sluzalska等[19]证明,地塞米松抑制磷脂的生物合成,直接表明磷脂在KOA中的重要作用。血管生成素样4(ANGPTL4)是一种脂肪来源的缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)和PPARγ诱导的基因,是脂质代谢的内分泌和自分泌/旁分泌调节因子,促进破骨细胞介导的吸收途径,加剧软骨破坏[20]。滑液中持续高水平的胆固醇导致软骨细胞肥大和软骨骨化,这进一步加剧了KOA软骨退化的严重程度,而PPARγ通过促进胆固醇流出速率维持胆固醇代谢的动态平衡。他汀类药物可以通过激活PPARγ和促进胆固醇分泌来延缓KOA软骨细胞的退化。例如,辛伐他汀通过激活PPARγ、减少脂质沉积和上调ECM表达来促进胆固醇流出,从而保护软骨[21]。

4 抑制细胞自噬

PPARγ与其相关配体相结合,产生抗炎或抑制炎症因子的作用。沙坦类降压药属于血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂,已经广泛运用于临床治疗。研究[9]表明,氯沙坦通过上调PPARγ使转化生长因子(TGF)-β1信号通路失活,软骨细胞中IL-6、IL-1β、TNF-α、COX-2、MMP-13、具有凝血反应蛋白基序的崩解素和金属蛋白酶-4(ADAMTS-4)、ADAMTS-5、5-羟色胺受体 1(AHtrA1)和iNOS的表达显著降低,而Ⅱ型胶原的表达显著增加,从而抑制KOA小鼠软骨细胞中炎症和软骨退化。低分子量人血清白蛋白(LMWF5A)是一种新型生物药物,可显著抑制与促炎性M1/Th1免疫谱相关的一组不同促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-12、CXCL9、CXCL10以及CXCL11)。LMWF5A激活免疫调节转录因子PPARγ和AhR,并抑制经典的NF-κB和转录信号转导子和活化子1α(STAT1α)促炎信号通路[10]。也有研究表明,冬凌草胺是治疗KOA的候选药物,可显著抑制IL-1β诱导的MMP1、MMP3和MMP13的产生。IL-1β诱导的NO和PGE2产生,以及iNOS和COX-2的表达,也被冬凌草甲素减弱,而PPAR-γ拮抗剂可以逆转冬凌草宁的抗炎活性[11]。总而言之,PPARγ能够抑制促炎因子的释放,对消除KOA炎症具有重大意义。

KOA发病的核心特征是关节软骨退化和软骨细胞的凋亡。KOA光学及电镜学表现为节软骨组织表面破坏、软骨细胞数量减少及排列紊乱。细胞凋亡是有核细胞在基因调控下,依赖能量的细胞内死亡程序激活而引发的细胞自然死亡、自我清除的过程,也称程序性死亡,是KOA发生、发展的重要信号[22]。

两组SaO2均减低，但OS组的LSaO2低于单纯COPD组，差异具有统计学意义（P＜0.05）；OS组的Lat、AHI高于单纯COPD组，差异具有统计学意义（P＜0.05）（见表1）。

PPARγ也被认为是主要的脂肪生成调节因子,可能影响骨骼肌和结缔组织中脂肪的沉积,脂肪沉积是KOA的一个重要危险因素。关节内脂肪组织(IAAT)最近被确定为KOA病理生理学的新参与者。肥胖与KOA间的强烈关系,以及与其他关节相比IAAT在膝关节中占据的体积更大,都表明这些局部脂肪组织(AT)在KOA中发挥了作用[15]。研究[16]在脂肪垫中发现的PPARγ上调可能与脂肪因子ADIPOQ表达增加有关,因为认为PPARγ活性和ADIPOQ表达间存在直接相关性。髌下脂肪垫(IPFP)和滑膜脂肪组织库有显著差异,并受患者体重指数的影响。与来自瘦患者IPFP和滑膜脂肪细胞相比,来自肥胖患者IPFP的脂肪细胞明显更大,并且肥胖患者的滑膜显示出明显的纤维化、巨噬细胞浸润增加和Toll样受体4(TLR4)基因表达水平更高。与瘦患者相比,IPFP中的脂肪相关标志物PPARγ和滑膜中的脂联素和PPARγ在肥胖患者中的表达水平较低[17]。Wang等[18]报道,PGC-1α是线粒体生物发生的主要调节因子,对软骨细胞的抗分解代谢活性起关键作用。促进软骨细胞促代谢反应的人类KOA软骨细胞的线粒体生物发生受损。关节软骨中PPARγ缺乏可能是通过增加分解代谢活性和抑制软骨蛋白来加速KOA病情的原因。

5 抑制血管生成

从波形图中也可通过对比得出在螺栓松动的情况下，由螺栓松动而引起的两联件之间的自由度增加，从而导致工件在振动时受到被联件的冲击作用，导致其振动波形呈现不规则性。是引起实验过程中相位差读数变化较大的主要原因。

研究[39]发现,假性拉里酸B(PAB)在KOA滑膜中的保护作用是通过稳定PPARγ抑制NF-κB信号传导来实现的,并且使用PPARγ拮抗剂消除了PAB对NF-κB信号传导的抑制,从而防止M1极化和血管生成,进一步减轻滑膜炎症和KOA进展。PPARγ的天然配体PGJ2以及内源性配体9/13-HODE[氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)的脂质成分]激活PPARγ并上调mRNA和蛋白质水平。此外,PPARγ拮抗剂是一种合成的PPARγ特异性拮抗剂,可显著抑制ox-LDL诱导的VEGF上调,参与软骨细胞的降解。

脂质信号分子环戊烯同类前列腺素(15d-PGJ2)通过经由PPARγ非依赖性方式直接抑制IKK活化而显著减弱NF-κB的移位。西格列酮主要通过调节p38-MAPK抑制NF-κB活化来抑制TNF-α诱导的MMP-13表达。15d-PGJ2和西格列酮主要通过调节NF-κB信号通路来减弱滑膜成纤维细胞中TNF-α诱导的MMP-13表达。这些化合物在OA中具有治疗应用价值。桑黄素是一种存在于许多膳食植物中的类黄酮,可减少大鼠滑膜血管数量并改善胶原诱导的关节炎,也是一种潜在的PPARγ激动剂,可以与PPARγ 结合来抑制VEGF 诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)迁移和血管形成,通过PPARγ-PTEN-PI3K/AKT通路减弱滑膜血管生成和关节炎。

高职课程体系建设突出实用性，突出就业，弱化学科课程体系的理论性，强调课程设置的“实践、实际、实用”特点。高职培养的最终目标是就业，这就要求课程要服务于就业，学生毕业就会干、能干，所以课程改革要围绕这个目的，突出所学知识的实用性和实践性[2]，信息化教学作为教学辅助手段，也要围绕这个教学目标做文章。

6 其他作用

表观遗传表达PPARγ抑制和DNA甲基化异常在KOA的发展中起着关键作用。PPARγ可以转录激活许多抗氧化基因,如血红素加氧酶1(HO-1)、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶通过直接转录调控参与KOA发病。DNA甲基转移酶(DNMT)的异常上调膝关节软骨中的DNMT1/3a和PPARγ启动子高甲基化。双醋瑞因治疗减轻了软骨损伤并显著抑制了DNMT1/3a上调、PPARγ启动子高甲基化和PPARγ丢失,并有效纠正了抗氧化酶和炎性细胞因子的不良表达,DNA去甲基化保存内源性PPARγ在临床预防或治疗KOA或相关关节疾病方面具有治疗潜力。但是,表观遗传药物存在安全问题,这使得从具有表观遗传调节能力和可耐受不良反应的天然来源中探索生物活性成分成为一种有吸引力的策略。由于炎症导致器官实质细胞发生坏死,组织内细胞外基质异常增多和过度沉积而造成滑膜纤维化,其过程会导致关节的疼痛和僵硬[40],PPARγ激动剂具有抗纤维化特性。TGF-β治疗降低了KOA滑膜成纤维细胞中PPAR-γ水平。5dPGJ2(一种内源性配体)对TGF-β激活的促纤维化途径具有中等作用。

7 结 语

KOA 发病机制及病理复杂,阐明其病理学机制对明确KOA的治疗靶点具有重要意义。PPAR-γ对KOA具有保护作用,其机制与抑制炎症因子、细胞凋亡、细胞自噬、血管生成、调控脂质代谢、表观遗传表达及抗纤维化等相关途径有关。炎症与自噬的相互调节涉及多种信号转导途径。炎症反应可诱导KOA过度自噬的发生,而自噬也可通过mTOR、AMPK、AKT等途径促进KOA炎症反应加重。此外,炎症反应可通过调控凋亡途径诱导KOA软骨细胞死亡。因此,进一步研究炎症、凋亡、自噬间的关系对阐明KOA的病理机制并寻找有效治疗KOA的PPAR-γ激动剂具有重要意义。此外,目前针对PPARγ与KOA的相关研究尚处于初步研究阶段,如何在KOA不同阶段、不同严重程度合理应用PPARγ激动剂,使其能精准发挥抑制KOA发展的作用,值得进一步思考和探索。在以后的研究中,可以尝试把PPARγ在KOA不同阶段具体作用作为切入点,进一步探讨其对KOA疾病进展的把控及其治疗靶点的研究。