SREBPs在調節骨關節炎關節軟骨退變中的作用機制研究進展

楊占東，于紅燕，高吉俊，楊 琪，于 斐

(1.濱州市濱城區市立醫院，山東 濱州 256600； 2.中國人民解放軍總醫院，北京 100853； 3.北京大學深圳醫院，廣東 深圳 518036)

固醇調節元件結合蛋白(sterol regulatory element binding proteins，SREBPs)是一種在膽固醇和脂肪酸合成中起到重要作用的膜結合蛋白，在維持生物體脂質穩態方面起到重要的作用，而編碼該種蛋白的基因則為SREBPs基因。在人體中，SREBPs基因編碼的蛋白有3種同分異構體，分別為SREBP1a、SREBP1c和SREBP2，其中前兩種蛋白由同一基因進行編碼，后一種蛋白單獨發揮作用[1](見表1)。越來越多的研究顯示，SREBPs基因與退行性疾病關系密切，在慢性退行性疾病如骨關節炎(osteoarthritis，OA)的發生發展過程起到重要的作用[2]。

骨關節炎是一種由肥胖、年齡、創傷、遺傳等因素引起關節軟骨纖維化、皸裂、潰瘍、脫失而導致的慢性退行性關節疾病，主要造成滑膜增生、軟骨變性破壞、軟骨下骨硬化等病理改變[3]。國內外研究顯示，骨關節炎的發生與SREBPs基因關系密切，該基因可通過相關信號通路的作用調節骨關節炎的進程[4]。

1 SREBPs分子結構

SREBPs是1993年由Briggs等人[8]首次發現，并從人hela細胞分離純化出來，是一類含有“堿性螺旋-環-螺旋-亮氨酸拉鏈”結構的核轉錄因子家族轉錄調節蛋白。SREBPs前體蛋白的分子量為125 × 103，由1150個氨基酸組成，含有C端(約480個氨基酸)、N端(約590個氨基酸)和中間端結構域(約80個氨基酸)3個結構域，主要是在內質網合成。其N端的氨基末端片段為該蛋白的活性形式，入核后與一段長約10 bp的固醇調節元件結合并激活靶基因的轉錄[9]。在人體內，脂質合成代謝處于一個穩態的過程，這一過程的維持離不開SREBPs基因的作用[10]。

體內合成的SREBPs以前體的形式結合在核膜或者內質網膜上，當前體嵌入內質網后，可與SCAP形成SREBP/SCAP復合物，SCAP可以感知細胞內膽固醇的變化，從而進一步影響SREBPs的轉運與活化，并通過SREBPs的作用調節機體的炎癥過程[11]、腫瘤的侵襲轉移[12]以及能量代謝過程[13]，并參與到骨關節炎[14]、糖尿病[15]、脂肪肝[16]等疾病的進程中。

2 SREBPs與骨關節炎

正常的關節軟骨組織表面光滑，可以分為表層、移行層、輻射層和鈣化層四層結構，軟骨與軟骨下骨由潮線分開，潮線整齊，軟骨下骨形態規則，軟骨細胞數量較多并且均勻分布，骨小梁等內部結構完整。當骨關節炎發生時，軟骨組織及細胞發生退變，軟骨表面凹凸不平，出現凹陷或者糜爛，甚至出現缺損。表層、移行層、輻射層和鈣化層變化明顯，無法區分。潮線扭曲不規則，出現前移，甚至有血管通過潮線。軟骨細胞數量減少，形態不規則，分布紊亂或者成簇分布，細胞出現衰老。II型膠原破壞，軟骨下骨形態不規則，骨小梁等結構出現變化。軟骨細胞、細胞外基質、軟骨下骨三者合成代謝紊亂，導致一系列的退行性變化，從而引起關節活動受限、疼痛、關節畸形等一系列的改變。

一般認為，脂質代謝紊亂導致的肥胖等因素可以觸發骨關節炎的初始階段，并引起負重較大的關節如髖、膝、脊柱等處的軟骨組織、軟骨下骨出現病理變化，參與骨關節炎的反應進程。SREBPs在骨關節炎關節軟骨退變中起到重要的作用，其通過調節膽固醇和脂肪酸的代謝影響到脂質合成過程，并進一步影響到生物體的肥胖，通過改變負重或者相關信號通路關鍵因子的作用影響到骨關節炎的發生發展。

Kostopoulou等[4]研究證實，SREBP2基因SNP 1784G>C與骨關節炎的疾病進展密切相關。同樣的結果也出現在我國漢族人群中，Qiu等人[17]的研究發現，SREBP2的rs2228314G到C的變化和變異C基因型可能會造成漢族人對膝關節骨關節炎的易感性。陶可等[18]則證實，IL-1β誘導的軟骨細胞退變過程中，SREBP2的表達與軟骨細胞關鍵基因呈負向相關。翁鑒等[14]同樣發現，在退變的軟骨細胞中，SREBP2基因表達升高的同時，軟骨細胞基質II型膠原及蛋白聚糖的表達則出現降低。

3 SREBPs通過相關因子的作用對機體的影響

在生物體中，存在多種多樣的因子，在不同種類基因的作用下調節機體的各種生理病理過程，SREBPs基因是生物體內重要的基因，可以調節的靶基因數量也較多。SREBPs與多種因子關系密切，可以通過對相關因子的調節影響到機體的代謝過程。比如沉默信息調節因子1(SIRT1)[19]、葡萄糖轉運子4(GluT-4)[20]、成纖維細胞生長因子(FGF21)[21]、轉化生長因子β(TGFβ)[22]、胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)[23]、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)[24]、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶9(caspase9)[25]、糖原合成酶激酶3β(GSK3β)[26]等的作用影響到相關信號通路如PI3K/AKT[27]、mTOR[28]等，并進一步調節細胞的增殖分化[29]、調控靶基因的表觀修飾[30]、影響機體物質代謝[31]及控制細胞的衰老凋亡[32]，因而影響到相關疾病的發生發展過程。

3.1 SREBPs通過相關因子對機體代謝的影響

在生物體中，Shi等[33]研究發現，SREBP1和SREBP2與AKT1、AKT2、AKT3三種亞型關系密切，可以通過三者的作用調節丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)表達。劉晶晶等人[34]證實，中醫方劑可以抑制PI3K/AKT信號通路的作用影響SREBP1c的表達，進而通過調節AKT和mTOR的磷酸化過程影響HepG2細胞脂質沉積。也有研究者證實，在2型糖尿病小鼠模型中，GSK3β與SREBP1c的表達方向相同[35]；而在非酒精性脂肪性肝病中，SREBP2可以通過哺乳動物雷帕霉素復合物1(mTORC1)、肝X受體(LXR)、AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)等的作用調控疾病的進展[36]；在腫瘤中，SREBP1也起到重要的作用，可以通過蛋白質精氨酸甲基轉移酶5(PRMT5)的作用影響到腫瘤代謝[26]或者通過LXR等影響到腫瘤生長[37]等。由此可見，SREBPs可以調節多種疾病的發生。

3.2 SREBPs通過相關因子對骨關節炎的影響

在骨關節炎中，SREBPs因子的作用也很大，本課題組的前期研究結果證實，在SIRT1基因敲除的小鼠模型中，SREBP2可以通過PI3K/AKT信號通路的作用調節骨關節炎的發展[2]。Kostopoulou等發現，microRNA-33a可以影響到骨關節炎軟骨細胞中膽固醇合成及流出相關的基因，而在這一過程中，TGF-β1/AKT/SREBP2通路起到了重要的作用[38]；此外，他們還研究了骨關節炎中SREBP2與p-PI3K的關系，并發現TGF-β1激活SREBP2作用后通過PI3K在骨關節炎中起到重要作用，并認為阻礙整合素可能是治療骨關節炎的潛在靶點[4]。也有國內學者發現，SREBP2沉默后，可以通過調節microRNA-185抑制衣霉素誘導的軟骨細胞凋亡和內質網應激[39]。翁鑒等人[40]則證實，腫瘤壞死因子α(TNF-α)可以誘導軟骨細胞發生炎癥，產生大量的基質金屬蛋白酶13(MMP-13)，從而破壞軟骨細胞的細胞外基質，引起軟骨細胞紊亂，此過程中SREBP2因子的表達與軟骨關鍵基因的表達呈負相關。

當然，也有很多研究證實，SREBPs與許多其他的因子密切相關。比如，分泌型卷曲相關蛋白2(SFRP2)，該因子與骨骼的畸形相關，在軟骨細胞中的研究證實，SREBP1可以作為SFRP2的正向轉錄調控因子[41]；吸附葡萄糖的殼聚糖膜可以促進人類軟骨細胞的增殖，這可能是通過mTORC1和SREBP1來實現的[42]。

這一系列的國內外研究均證實了SREBPs因子在骨關節炎的發生發展中起到了重要的作用，并為將來治療骨關節炎以及研究骨關節炎發病機制及治療方法上提供了潛在的靶點。

4 總結與展望

當骨關節炎的發病機制在沒有完全解釋清楚的情況下，研究人員無法從根本上預防、延緩或者治療骨關節炎。但是越來越多的研究證實，關鍵基因在骨關節炎的發生發展中起到重要的作用，SREBPs基因就是其中的一類，它們可以通過多條信號通路中的關鍵靶分子影響到膽固醇及脂肪酸的代謝過程，并進而影響到骨關節炎的進程。由于SREBPs基因作用機制復雜，需要更多的人來研究，從而論述SREBPs基因引起骨關節炎的具體機制。