衰老細胞在骨關節(jié)炎中的作用及干預措施研究進展

楊哲 藍常貢

基金項目：廣西壯族自治區(qū)骨與關節(jié)退行性疾病生物醫(yī)用材料工程研究中心項目（桂發(fā)改高技函20211688）；2020年廣西壯族自治區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生重點學科和重點培育學科——急診醫(yī)學科（桂衛(wèi)科教發(fā)〔2021〕8號）；右江民族醫(yī)學院附屬醫(yī)院2019年度第一批高層次人才科研項目（R20196326）

第一作者簡介：楊哲，男，住院醫(yī)師，醫(yī)學學士，在讀碩士研究生，研究方向：骨關節(jié)炎。E-mail：779602123@qq.com

通信作者：藍常貢。E-mail：landlong120@sina.com

［本文引用格式］楊哲，藍常貢.衰老細胞在骨關節(jié)炎中的作用及干預措施研究進展［J］.右江醫(yī)學，2024，52（3）：264-267.

【關鍵詞】? 骨關節(jié)炎；衰老軟骨細胞；衰老細胞裂解劑；衰老分泌相關蛋白抑制劑

中圖分類號：R684.3??? 文獻標志碼：A??? DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.03.013

骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種以關節(jié)內部軟骨和骨質破壞為主要特征的關節(jié)病，最終導致骨骼之間的接觸面磨損和骨骼間隙縮小。其長期發(fā)展會導致關節(jié)功能喪失，骨骼和關節(jié)周圍組織的改變，如骨質增生、關節(jié)畸形和骨折［1］。OA是全球高發(fā)疾病，其總體發(fā)病率在10%～15%之間。該病高齡易感，65歲以上人群的發(fā)病率為20%～30%。在發(fā)達國家，髖關節(jié)和膝關節(jié)是骨關節(jié)炎的好發(fā)部位，而在發(fā)展中國家，肩部和手部的關節(jié)則更為普遍［2］。OA的臨床治療主要是對癥治療，大部分患者需要進行人工關節(jié)置換緩解疼痛，恢復關節(jié)功能［3］。因此，迫切需要對OA發(fā)生發(fā)展的相關機制進行研究，以期從源頭上解決OA的防治難題。本文以衰老細胞（senescent cells， SNCs）在OA發(fā)生中的作用及干預策略的研究進展做一綜述。

1? 衰老軟骨細胞與OA

衰老是OA最重要的風險因素。高齡人群的軟骨細胞衰老比例會顯著增加，由此引發(fā)的軟骨退化及炎癥，又會加劇健康的軟骨細胞功能受損。這種以細胞周期停滯為特征的增殖活性喪失，還會引起心血管疾病、癌癥，以及運動系統(tǒng)疾病。作為SNCs的活性分泌因子，衰老分泌相關蛋白（SASP）也起到重要作用［4］。

“細胞衰老”概念最早由海夫里克于20世紀60年代提出，是指細胞在經(jīng)歷了一定數(shù)量的分裂之后，會發(fā)生一種不可逆轉的生長停滯現(xiàn)象［5］。細胞衰老后雖然增殖能力降低卻不會死亡，依然保持著代謝活性［6］。在此過程中，SNCs會持續(xù)釋放出一系列SASP，如基質金屬蛋白酶、促炎因子等［7］，引起周圍正常細胞衰老［8］。積累的SNCs會損害所在組織，加速自然衰老過程。對軟骨細胞而言，它在機體內大多時間處于靜止期，但其增殖潛力強大，在軟骨受損時（通常在OA的早期階段）會從靜止期進入分裂期，以合成受損的關節(jié)軟骨。此外，在軟骨細胞體外培養(yǎng)時也會開啟細胞分裂［9］。受到損害刺激的軟骨細胞分裂時，更易出現(xiàn)細胞周期阻滯并誘發(fā)細胞衰老［10］。骨細胞的衰老也可能是造成OA的另一原因。骨-軟骨作為同一功能體在運動系統(tǒng)中發(fā)揮協(xié)同作用，其衰老后會破壞關節(jié)軟骨依附面和微環(huán)境［11］。SNCs的積累可能是OA發(fā)生的關鍵環(huán)節(jié)［12］。研究顯示，將很少量的SNCs注射到小鼠的膝關節(jié)中，會引發(fā)OA病理表現(xiàn)，提示SNCs改變了關節(jié)微環(huán)境并引起了類OA病變［13］。總之，即使關節(jié)內的軟骨細胞在遇到損害時有一定的損傷修復能力，但是如果有害因素過于強大，細胞衰老就難以避免，這會給關節(jié)功能帶來負面影響。一方面，細胞衰老導致的增殖活性喪失會破壞軟骨更新能力。另一方面，已經(jīng)衰老的軟骨細胞還通過旁分泌衰老因子損害關節(jié)內的細胞微環(huán)境。

2? 衰老軟骨細胞的特征

2.1? 衰老相關β-半乳糖苷酶

β-半乳糖苷酶染色是檢測衰老細胞的常用技術之一，其顯色原理是β-半乳糖苷酶活性上調引起。實驗發(fā)現(xiàn)，OA小鼠軟骨細胞SA-β-gal表達增高［14］。然而，SA-β-gal陽性并不絕對意味細胞衰老。比如，細胞的自噬通路對溶酶體酶活性有調控作用，一項研究顯示二甲雙胍能增強自噬并使衰老患者的T細胞線粒體功能正常化，逆轉陽性表達［15］。因此，SA-β-gal的陽性表達體現(xiàn)的可能是自噬水平變化；還有一些動物的視網(wǎng)膜神經(jīng)元在胚胎發(fā)育過程中開始分化時，也會被這種組織化學技術標記，可能與胚胎發(fā)育的程序性調控有關［16］。綜上所述，細胞衰老大多會出現(xiàn)SA-β-gal陽性表達，但陽性表達并不一定反映細胞衰老。

2.2? 細胞外囊泡

SNCs擁有的微環(huán)境塑造能還可能與細胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）有關。EV是脂膜結合的小顆粒，以運輸?shù)鞍准癛NA為媒介來實現(xiàn)細胞之間的交流［17］，在SNCs中EV分泌會增加［18］。實驗發(fā)現(xiàn)，捕獲衰老相關microRNA的EV會出現(xiàn)衰老。而衰老相關EV在血清中的含量隨年齡增加而下降，但是該過程會伴隨B細胞和單核細胞的功能活化。這可能說明衰老相關EV導致了年齡相關的炎癥反應。研究表明，OA患者的軟骨組織中存在大量衰老的軟骨細胞及衰老相關EV［19］。深入研究發(fā)現(xiàn)，OA患者的EV與正常的軟骨細胞一起培養(yǎng)后，后者出現(xiàn)了明顯的衰老和蛋白質聚糖含量下降。免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)囊泡會在6小時內進入軟骨細胞中。衰老相關EV和其他EV之間miR-140-3p（一種microRNA）降低，同時伴隨著軟骨損傷［20］；而miR-34a-5p則會增加，該過程伴隨著SASP的表達升高［21］。隨著年齡的增長，SNCs可以明顯引起細胞微環(huán)境的變化，功能更加復雜的EV很可能是重要驅動因素，而不僅僅是SASP。

2.3? P16

P16是可以參與細胞周期負性調控的抗癌基因，在細胞衰老中可使細胞周期停滯［22］。在DNA損傷、活性氧或有害刺激等細胞壓力下能激活該基因，其好處是能抑制腫瘤的發(fā)生，壞處是可能引起細胞衰老［23-24］。研究表明，P16在軟骨中的表達水平與OA相關［25］。P16升高的軟骨細胞顯示出細胞外基質（extracellular matrix，ECM）減少，SASP（MMP13、MMP1）的分泌增多［26］。這表明軟骨細胞周期停滯后，P16是軟骨損傷的重要特征［27］。P16不但與OA相關，也是一種可靠的衰老基因，P16表達增加可能提示OA發(fā)病原因復雜。

3? 以SNCs為目標的OA防治策略

3.1? SNCs裂解劑（senolytics）

研究顯示，通過定向清除高表達P16基因的SNCs［28-29］，干預組小鼠壽命獲得顯著延長，與衰老有關的病理變化也出現(xiàn)更晚。利用相似實驗技術，清除OA小鼠關節(jié)軟骨內的SNCs后，OA病理表現(xiàn)顯著緩解［12］。基因干預技術存在倫理風險，通過比較SNCs的特征篩選小分子藥物，或是抗衰老的有效策略。Bcl-2家族蛋白是調控細胞存亡的關鍵蛋白，包括兩種類型，一種是抗凋亡蛋白如Bcl-2、Bcl-XL等；另一種是促凋亡蛋白，如Bak、Bax等。前者作為SNCs對抗凋亡的關鍵因子，為藥物干預提供了SNCs作用靶點［30］。ABT-263（navitoclax）是一種泛Bcl-2家族抑制劑，通過靶向Bcl-2、Bcl-XL促進SNCs凋亡。實驗證明ABT-263能促進OA中的衰老軟骨細胞凋亡，維持軟骨細胞表型［31］。然而，ABT-263強大的血液系統(tǒng)抑制作用可能會成為臨床應用的阻礙。A-1331852和A-1155463作為選擇性更強的Bcl-XL抑制劑，其作用是否會更平衡尚有待探索。

P53是具有多種功能的腫瘤抑制基因，也是一個senolytic靶點。它除了能與下游基因P21共同實現(xiàn)細胞周期阻滯外［32］，還對細胞凋亡具有調控作用。有研究表明，F(xiàn)OXO4（FOXO4基因編碼的蛋白）可以通過與P53的相互作用來防止衰老纖維細胞死亡［33］。研究者設計一種肽（FOXO4-DRI）來模擬FOXO4和P53的連接，阻止它們的相互作用，以誘導衰老成纖維細胞凋亡。除此之外，F(xiàn)OXO4-DRI也被證明可以通過選擇性誘導衰老性腺間質細胞凋亡，緩解老年雄性小鼠與年齡相關性腺功能減退癥［34］。基于P53基因的另一個靶點是E3連接酶（MDM2），E3連接酶是P53的負調節(jié)因子。UBX0101是MDM2/P53相互作用的抑制劑，在骨關節(jié)炎小鼠模型中誘導衰老軟骨細胞凋亡，并成功改善骨關節(jié)炎的軟骨退化現(xiàn)象［12］。但關節(jié)內注射UBX0101治療骨關節(jié)炎的2期臨床試驗未達到期望效果。

總之，目前senolytics療法的臨床前試驗的預期結果不盡相同，有好有壞。這種通過使SNCs凋亡而達到“去舊存新”，改善微環(huán)境的策略可能是最有效的抗衰老實現(xiàn)路徑。

3.2? SASP抑制劑（senomorphics）

由于SASP因子與衰老相關病變的關系，阻斷SASP因子是另一種治療手段［35］。白細胞介素6（IL-6）是一種重要衰老因子，與類風濕關節(jié)炎（RA）發(fā)生發(fā)展密切相關，其受體抑制劑托珠單抗（Tocilizumab）對RA療效顯著。RA與OA的病理表現(xiàn)相似，Tocilizumab對手部OA的臨床試驗正在進行。MMPs是功能復雜的膠原蛋白水解酶類，能促進細胞外基質的降解，也是一種SASP因子。該家族成員MMP13可以降解關節(jié)軟骨中的Ⅱ型膠原蛋白。OA患者來源的軟骨細胞中MMP13的表達高于正常人。此外，使用轉基因小鼠過表達MMP13也誘導了OA樣關節(jié)病，提示MMP13是OA發(fā)病機制的重要因素。而敲除編碼MMP13基因的軟骨細胞后，降低了半月板韌帶損傷（MLI）誘導的OA病理變化。據(jù)此，人們設計了MMP13抑制劑CL82198處理MLI小鼠，證實CL82198可減輕OA，上調Ⅱ型膠原含量。研究發(fā)現(xiàn)，OA患者關節(jié)液中白細胞介素1β（IL-1β）水平增高［36］。這種炎癥趨化因子可以激活cGAS-STING信號通路，誘導軟骨細胞衰老［37］。據(jù)報道，紫檀芪通過抑制 PI3K/AKT/NF-κB信號通路緩解由IL-1β誘導的軟骨細胞衰老［38］。抗氧化劑NAC處理也可緩解IL-1β誘發(fā)的軟骨細胞的衰老相關表型的增加［39］。

目前來看，senomorphics作為可以選擇性抑制特定SASP因子的干預策略是另一種對抗衰老的實現(xiàn)方法。值得注意的是，單純抑制SASP因子不能解決SNCs可能是這種方法的不足之處。

4? 結論與展望

OA的發(fā)生機理復雜，目前尚無明確具體的細胞類型決定其發(fā)生發(fā)展。對于SNCs清除可能產生的不良作用也存在爭議［40］。盡管這些永久進入周期停滯的細胞在OA的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，但如果提前清除SNCs和阻斷其旁分泌通路，或許會影響OA的早期修復。出于這個原因，有關senolytics和senomorphics的研究，應該在不同的OA病理發(fā)展時期，進行組合使用或許有更好的效果。總的來說，未來的方向應進一步明確SNCs的特質及代謝特點與OA的關系，并設計基于這些機制的療法以消除或減緩OA的發(fā)生，為關節(jié)軟骨修復和OA治療提供新思路。

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（收稿日期：2023-09-05? 修回日期：2023-10-31）

（編輯：王琳葵? 潘明志）