林陽洋

(中國醫(yī)學科學院整形外科醫(yī)院整形七科，北京市 100000，電子郵箱：183139934@qq.com)

【提要】 軟骨組織工程的發(fā)展為整形外科耳再造、鼻整形及骨科關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)等提供了新的思路。但是體外培養(yǎng)軟骨細胞出現(xiàn)去分化現(xiàn)象極大地限制了該技術(shù)的進一步發(fā)展。多種機制參與軟骨細胞去分化過程，包括表觀遺傳學及相關(guān)基因通路等。本文就軟骨細胞去分化及其相關(guān)分子機制的研究進展進行綜述。

耳整形、鼻整形及關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)中的軟骨來源一直是再生醫(yī)學研究領(lǐng)域中的難題，軟骨組織工程的發(fā)展為解決這一難題提供了新思路，使軟骨組織的替代修復(fù)成為可能。然而，軟骨細胞傳代培養(yǎng)中的去分化現(xiàn)象是限制這一技術(shù)發(fā)展的瓶頸。深入了解軟骨細胞去分化的機制，尋找干預(yù)細胞去分化的基因靶點，促進去分化軟骨細胞再分化，是軟骨組織工程的研究熱點和難點。本文就軟骨細胞去分化及其相關(guān)分子機制的研究進展進行綜述。

1 軟骨細胞去分化程度的標志物

體外培養(yǎng)軟骨細胞存在去分化現(xiàn)象，即隨著傳代次數(shù)及培養(yǎng)時間的增加，軟骨細胞失去原有表型，由多角形或圓形向成纖維細胞樣梭形轉(zhuǎn)變，細胞基因表達譜也發(fā)生變化，如Ⅱ型膠原(collagen type Ⅱ，ColⅡ)、軟骨特異性蛋白多糖核心蛋白和Y染色體性別決定結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子(Sox-9)基因表達下降，Ⅰ型膠原(collagen type Ⅰ，ColⅠ)基因表達增加[1]。因此，既往把這些分子作為軟骨細胞去分化程度的標志物。

近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些新的分子指標也可以描述軟骨細胞去分化狀態(tài)。其中，Shin等[2]認為每個傳代細胞的運動距離可以作為去分化程度的判斷指標。Runx3基因單個CpG位點的甲基化用于體外鑒定軟骨細胞的去分化階段，可更好地描述軟骨細胞培養(yǎng)的階段[3]。表面抗原CD63和CD166可以用于描述再分化過程[4]。S100A1和S100B蛋白屬于高酸性鈣結(jié)合蛋白S100蛋白家族成員，與軟骨細胞表型有關(guān)，是軟骨形成能力的標志物[5]。應(yīng)用基于細胞的酶聯(lián)免疫吸附測定法檢測上述S100A1和S100B蛋白可準確地判斷軟骨細胞的分化狀態(tài)，識別軟骨源性刺激，并可同時監(jiān)測不良肥大表型[6]。上述研究結(jié)果豐富了軟骨細胞去分化程度的標志物的類型。

2 軟骨細胞去分化的表觀遺傳學

2.1 甲基化與軟骨細胞去分化的關(guān)系 近年來，DNA甲基化與軟骨細胞去分化的關(guān)系引起了廣泛關(guān)注。研究DNA甲基化的第一步是評估甲基化水平。亞硫酸氫鹽基因組測序是目前應(yīng)用最廣泛的DNA甲基化分析技術(shù)，但是亞硫酸氫鹽的轉(zhuǎn)化會導(dǎo)致DNA降解，相關(guān)實驗必須消耗大量的軟骨細胞樣品。Jia等[7]采用斑點雜交法測定不同傳代次數(shù)的軟骨細胞5-甲基胞嘧啶的含量，確定了去分化狀態(tài)與5-甲基胞嘧啶水平之間的關(guān)系。雖然該方法不能精確定量DNA甲基化水平或確定特定DNA序列的CpG甲基化狀態(tài)，但也是一種可靠、簡單、快速檢測DNA甲基化水平的方法，可以避免大量消耗軟骨細胞樣本。

軟骨細胞單層培養(yǎng)容易發(fā)生去分化改變，細胞的甲基化水平也相應(yīng)地發(fā)生不同程度的變化。用DNA甲基化抑制劑5-氮雜胞苷(5-aza cytidine,5-AzaC)處理，可降低總體甲基化水平，減慢軟骨細胞去分化，有助于維持細胞表型，因此，調(diào)節(jié)甲基化水平可能是一種對抗軟骨細胞去分化的有效策略[8]。通路富集分析結(jié)果顯示，磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路參與了單層培養(yǎng)誘導(dǎo)的軟骨細胞去分化；PI3K分別通過Akt和p70S6激酶的下游信號誘導(dǎo)細胞存活和蛋白合成，采用5-AzaC處理可降低PI3K-Akt信號通路相關(guān)基因的總體DNA甲基化水平[8]。此外，細胞松弛素D可破壞肌動蛋白細胞骨架，激活PI3K/Akt和p38激酶，從而逆轉(zhuǎn)小檗堿誘導(dǎo)的軟骨細胞去分化[9]。改善軟骨細胞在傳代培養(yǎng)中的形態(tài)(主要是細胞骨架的變化)與維持軟骨細胞表型密切相關(guān)[10-11]。此外，在5-AzaC處理后Sox-9表達上調(diào)，ColⅡa1基因的甲基化水平和表達水平?jīng)]有變化，而ColⅠa1的甲基化水平升高，ColⅠa1啟動子活性和mRNA表達水平持續(xù)下降，提示Sox-9的DNA甲基化可能是調(diào)節(jié)Sox-9表達水平的關(guān)鍵因素，提高ColⅠa1啟動子的甲基化水平可能可以減緩軟骨細胞的去分化，因此，位點特異性啟動子甲基化或去甲基化必須得到優(yōu)化[8]。上述研究提示甲基化、PI3K/Akt信號通路在細胞骨架變化和軟骨細胞去分化過程中相互影響，共同促進軟骨細胞去分化改變，但甲基化與細胞骨架變化之間的關(guān)系，仍有待進一步研究探討。

2.2 微小RNA與軟骨細胞去分化的關(guān)系 軟骨細胞去分化時，微小RNA(microRNA，miRNA)在調(diào)節(jié)基因表達上起著重要作用，其中miRNA-138高度保守，可參與細胞凋亡、脂肪細胞分化和成骨過程。研究顯示，miRNA-138在完整軟骨中維持相對較低的表達水平，但在軟骨細胞傳代培養(yǎng)過程中，隨著細胞表型差異的逐步消失，miRNA-138成為表達水平上調(diào)最明顯的miRNA之一； miRNA-138可直接靶向作用于Sp-1和缺氧誘導(dǎo)因子2a，抑制ColⅡa1的轉(zhuǎn)錄表達，其中Sp-1可與ColⅡa1啟動子區(qū)域結(jié)合以促進ColⅡa1的表達，缺氧誘導(dǎo)因子2a可與軟骨主要調(diào)節(jié)基因Sox-9的啟動子/增強子元件結(jié)合，是介導(dǎo)軟骨細胞特異性基因低氧誘導(dǎo)表達的主要轉(zhuǎn)錄因子；此外，miRNA-138在調(diào)節(jié)軟骨細胞表型中具有關(guān)鍵的去分化作用，抑制miRNA-138表達有利于維持軟骨穩(wěn)態(tài)[12]。miRNA-138還間接影響miRNA-140和miRNA-675-5′表達水平，從而影響軟骨細胞的表型變化。miRNA-675-5′可調(diào)控ColⅡa1的表達，而miRNA-140可通過抑制ADAMTS-5(一種聚蛋白多糖酶)的表達來維持軟骨內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。由于這兩種miRNA的表達都依賴于Sox-9，所以這兩種miRNA很可能是由miRNA-138通過靶向缺氧誘導(dǎo)因子2a來調(diào)節(jié)的，而缺氧誘導(dǎo)因子2a反過來與Sox-9結(jié)合并促進其轉(zhuǎn)錄[13]。此外，有研究顯示miRNA-29b在去分化軟骨細胞中呈過表達，可選擇性靶向抑制ColⅡa1，導(dǎo)致與異常軟骨細胞表型相關(guān)的膠原失衡[14]。因此，miRNA和轉(zhuǎn)錄因子之間復(fù)雜的相互作用是調(diào)節(jié)組織特異性基因表達的核心。表觀遺傳圖譜和生物信息學分析可能是識別區(qū)域特異性DNA甲基化的有力策略，而這對維持軟骨細胞表型至關(guān)重要。

3 參與軟骨去分化的基因和通路

3.1 轉(zhuǎn)化生長因子β家族 軟骨細胞活動受轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β家族的調(diào)節(jié)，家族成員包括TGF-β、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)等。

3.1.1 TGF-β：TGF-β是軟骨細胞分子和生理特征的主要調(diào)節(jié)因素，有3種亞型，其中TGF-β1在軟骨細胞中的研究最為廣泛。TGF-β1信號通路中，兩個Ⅰ型受體[激活素受體激酶(activin receptor-like kinase，ALK)]和兩個Ⅱ型受體(TβR-Ⅱ)組成四聚體復(fù)合物，當二聚TGF-β分子結(jié)合到這個四聚體復(fù)合物時，ALK被TβR-Ⅱ磷酸化，可進一步誘導(dǎo)Smad2/3的磷酸化[15]。通過慢病毒轉(zhuǎn)染誘導(dǎo)去分化軟骨細胞Klf4的表達，可以激活A(yù)LK和TβR-Ⅱ，促進馬軟骨細胞的增殖和成軟骨分化[6]。

TGF-β1可促進細胞增殖和細胞外基質(zhì)合成，抑制金屬蛋白酶的活性，有助于維持軟骨細胞的特征[16]。TGF-β1可通過β-連環(huán)蛋白通路促進軟骨細胞增殖，并通過激活Sox9、Smad3及Smad2和Smad4的復(fù)合物來促進ColⅡ合成，保持軟骨細胞表型，Smad2/3信號通路也與體外培養(yǎng)過程中軟骨細胞的成熟和肥大有關(guān)[17]。缺乏Smad3的突變小鼠可出現(xiàn)軟骨退行性疾病，而TGF-β1不足的小鼠可出現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎[1]。神經(jīng)白細胞介素(interleukin,IL)及其受體共同上調(diào)磷酸化Akt和磷酸化Smad2/3并下調(diào)磷酸化Smad1/5，通過多種途徑協(xié)同促進軟骨細胞的增殖和維持軟骨細胞表型[17]。紅景天甙等一些中藥成分也可提高TGF、Smad3和軟骨特定基因的表達，促進軟骨細胞增殖和基質(zhì)合成，下調(diào)ColⅠ表達[18]。

抑制TGF-β1表達可導(dǎo)致軟骨細胞衰老和去分化。氨基酰轉(zhuǎn)運RNA合成酶復(fù)合酶相互作用多功能蛋白質(zhì)1(aminoacyl-tRNA synthetase-interacting multi-functional protein 1,AIMP1)是TGF-β信號負反饋循環(huán)中的成分之一，AIMP1的胞內(nèi)定位可能與維持軟骨細胞特性的信號傳導(dǎo)有關(guān)，其過表達可在胞質(zhì)抑制TGF-β介導(dǎo)的Smad2/3磷酸化和核轉(zhuǎn)移[17]。綜合應(yīng)用AIMP1小干擾RNA 和TGF-β可明顯地增加胞核Smad2/3信號的磷酸化水平，促進體內(nèi)軟骨形成，減輕細胞肥大化[19]。細胞遷移誘導(dǎo)和透明蛋白(cell migration-inducing and hyaluronan-binding protein,CEMIP)在去分化軟骨細胞中呈高表達，可降低TGF-β的表達水平，誘導(dǎo)纖維化樣過程[20]。CEMIP可改變軟骨細胞的膠原表達譜(高表達CEMIP的軟骨細胞，其Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型膠原蛋白的mRNA表達增高，而Ⅱ、Ⅵ、Ⅸ和Ⅺ型膠原蛋白的mRNA表達降低)，表明CEMIP可以促使軟骨細胞表型向成纖維細胞樣表型轉(zhuǎn)換，促進軟骨細胞去分化[18]。CEMIP可調(diào)節(jié)編碼PAI-1的SERPINE1基因，而PAI-1是TGF-β信號中的磷酸化Smad2/3通路的下游調(diào)節(jié)因子，可促進軟骨細胞向成纖維細胞轉(zhuǎn)化；此外CEMIP缺失還可誘導(dǎo)周蛋白合成和分泌降低，在骨關(guān)節(jié)炎中，周蛋白可強化炎癥反應(yīng)并增加金屬蛋白酶產(chǎn)生[21]。

3.1.2 BMP：BMP信號通路也是軟骨形成的重要調(diào)控和誘導(dǎo)因子。與TGF-β1相似，BMP-2可通過復(fù)雜的下游信號傳導(dǎo)機制激活目標基因的轉(zhuǎn)錄，促進前列腺素合成，修復(fù)受損的軟骨；BMP-2可激活BMP受體1A(或ALK3)、BMP受體1B(或ALK6)和各種Smad通路，對維持軟骨細胞形態(tài)和生長發(fā)育至關(guān)重要；BMP-4、BMP-6、BMP-7、BMP-9和BMP-13也有助于維持軟骨細胞的分化狀態(tài)，并在體外實驗中誘導(dǎo)間充質(zhì)干細胞的軟骨形成[1]。BMP-2/BMP-4的同源物已經(jīng)在軟體動物的殼中得到鑒定，其中一種蛋白具有egf樣結(jié)構(gòu)域，因此推測軟體動物殼來源的一種或多種蛋白具有類似BMP的功能[22]。從大菱角扇貝殼中提取的水溶性基質(zhì)存在BMP樣效應(yīng)，可以增加聚蛋白多糖和ColⅡ的表達，但不提高ColⅠ的表達[22]。與BMP結(jié)構(gòu)相似，激活素也是TGF-β超家族的成員。激活素A對其Ⅱ型受體表現(xiàn)出很高的親和力，可激活Smad2/3轉(zhuǎn)錄因子，而BMP-2對這些受體的親和力較低，但對其Ⅰ型受體的親和力較高，可激活Smad1/5/8轉(zhuǎn)錄因子[23]。有研究通過部分嵌合體和異構(gòu)體的隨機組合(random assembly of segmental chimera and heteromers，RASCH)構(gòu)建了一系列BMP-2和激活素A序列的系統(tǒng)交換嵌合配體，其中AB235嵌合配體可以明顯地促進脂肪干細胞向軟骨細胞分化[24]，并誘導(dǎo)去分化的軟骨細胞再分化，效果優(yōu)于單獨使用BMP-2[25]。通過開發(fā)新型TGF-β嵌合配體獲得的RASCH策略有助于擴展TGF-β超家族配體功能庫，充分開發(fā)TGF-β超家族的多種生物作用[26]。然而，由于各研究所使用的模型系統(tǒng)和培養(yǎng)條件不同，關(guān)于BMP的相對效力仍存在爭議。

總之，TGF-β家族成員是軟骨細胞去分化過程中的重要成分。軟骨中的信號傳導(dǎo)既依賴于Smad通路，也可不依賴于Smad而發(fā)揮作用。然而，老化細胞如何影響細胞環(huán)境，如何調(diào)節(jié)TGF-β和BMP軟骨信號，目前仍未完全闡明。Tseng等[27]采用低劑量的堿性成纖維生長因子實現(xiàn)了500倍以上的耳郭軟骨細胞擴增(在第3代培養(yǎng)時)，但是ColⅡ的表達下降，產(chǎn)生去分化現(xiàn)象；在三維培養(yǎng)中聯(lián)合應(yīng)用BMP-2與堿性成纖維生長因子可顯著提高ColⅡ和聚蛋白多糖的表達，而在單層培養(yǎng)時其對ColⅡ和聚蛋白多糖則沒有影響。因此，進一步研究TGF-β超家族成員在軟骨細胞去分化中的分子機制有助于了解軟骨細胞去分化的進展。

3.2 Wnt信號通路 Wnt是軟骨發(fā)育、間充質(zhì)細胞軟骨分化、軟骨細胞增殖成熟和軟骨分解代謝的重要通路?！敖?jīng)典”和“非經(jīng)典”Wnt通路的交聯(lián)和協(xié)同作用為理解這些通路在調(diào)節(jié)軟骨細胞表型中的作用和復(fù)雜性提供更多的方向。

3.2.1 經(jīng)典的Wnt信號通路：經(jīng)典的Wnt信號通路中，Wnt蛋白與卷曲蛋白-低密度脂蛋白相關(guān)蛋白復(fù)合受體5/6受體復(fù)合物結(jié)合，磷酸化激活胞質(zhì)內(nèi)散亂蛋白，散亂蛋白能切斷β-連環(huán)蛋白降解途徑，使降解復(fù)合體糖原合酶激酶-3β、軸蛋白、結(jié)腸腺瘤性息肉病蛋白、酪蛋白激酶1解散，β-連環(huán)蛋白在細胞質(zhì)中積累而進入細胞核，與T細胞因子/淋巴樣增強因子相互作用，調(diào)節(jié)靶基因表達[11]。經(jīng)典Wnt信號通路對軟骨細胞產(chǎn)生的效應(yīng)取決于培養(yǎng)環(huán)境和Rho的活性。?ztürk等[11]研究了RhoA和經(jīng)典Wnt信號通路交聯(lián)在軟骨細胞表型中的作用，結(jié)果顯示，在Rho激活的狀態(tài)下，使用氯化鋰激活Wnt信號通路可導(dǎo)致ColⅡ表達降低，聚蛋白多糖減少，而在Rho未激活的狀態(tài)下，氯化鋰則可引起軟骨細胞再分化。

RhoA是研究最廣泛的Rho鳥苷三磷酸酶，可調(diào)節(jié)大量的細胞過程，其亞細胞定位是調(diào)節(jié)不同信號通路的重要因素[28]。軟骨細胞去分化伴有RhoA的表達上調(diào)和核轉(zhuǎn)移，抑制Rho通路可以抑制RhoA核轉(zhuǎn)移，發(fā)生軟骨基質(zhì)積累[11]。這種核轉(zhuǎn)移現(xiàn)象可能參與心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及其血清應(yīng)答因子誘導(dǎo)的軟骨細胞去分化標志物上調(diào)，也可能參與心肌蛋白介導(dǎo)的Sox-9活性抑制和軟骨基因表達下降。在Rho鳥苷三磷酸酶的支配下，β-連環(huán)蛋白、Yes 相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)及含有PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子(transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ)受細胞外基質(zhì)動力學和細胞形狀調(diào)節(jié)，是軟骨細胞力學信號的重要傳遞者；在Rho影響下，YAP/TAZ受到機械刺激而發(fā)生核轉(zhuǎn)移，進而抑制軟骨形成[11]。心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子及其血清應(yīng)答因子通路可以與YAP/TAZ共同作用，激活Rho介導(dǎo)的CTGF、ANKRD1等靶基因的轉(zhuǎn)錄[29]。在軟骨細胞去分化的過程中，RhoA核轉(zhuǎn)移與經(jīng)典的Wnt信號通路正常、β-連環(huán)蛋白累積以依賴于Rho的模式伴隨發(fā)生。值得注意的是，隨著軟骨細胞去分化、RhoA核轉(zhuǎn)移以及β-連環(huán)蛋白激活，軸蛋白2表達顯著降低，并出現(xiàn)核轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，這提示軸蛋白2的表達可能受軸蛋白2自身核轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)[11]。軸蛋白2基因是β-連環(huán)蛋白/T細胞因子/淋巴樣增強因子復(fù)合體的靶基因，可以增強TGF-β信號，介導(dǎo)TGF-β和Wnt/β-連環(huán)蛋白之間的交聯(lián)[30]。敲除軸蛋白2基因的小鼠軟骨細胞ColⅡ表達降低，ColⅩ表達增高，并出現(xiàn)軟骨細胞肥大化現(xiàn)象[31]。對這種交聯(lián)和協(xié)同作用的研究將為理解這些通路在調(diào)節(jié)軟骨細胞表型中的作用和復(fù)雜性開辟更多的方向。

上述研究結(jié)果提示，不同環(huán)境中軟骨細胞去分化存在差異性，未來的研究需要更深入地了解RhoA核轉(zhuǎn)移和經(jīng)典Wnt信號通路效應(yīng)物激活的機制，以及不同環(huán)境背景下，RhoA核轉(zhuǎn)移和經(jīng)典Wnt信號通路在軟骨細胞標志物丟失中的作用。

3.2.2 非經(jīng)典的Wnt信號通路：與上述經(jīng)典的Wnt信號通路機制不同，非經(jīng)典的Wnt信號通路可激活卷曲蛋白6/散亂蛋白2/多配體蛋白聚糖4(Syndecan 4，SYND4)/鈣離子鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱα(calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱα，CaMKⅡα)/B亞型Raf激酶(B-Raf)/細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK)1/2級聯(lián)而誘導(dǎo)軟骨細胞去分化[32]。Wnt-3a是Wnt信號通路的重要激活蛋白[33]，在Wnt-3a的影響下，卷曲蛋白6觸發(fā)CaMKⅡα與SYND4、B-Raf及散亂蛋白2的對接，導(dǎo)致體內(nèi)外B-raf被CaMKⅡα磷酸化，激活ERK1/2，從而導(dǎo)致軟骨細胞去分化[32]。該研究表明非經(jīng)典Wnt信號通路通過激活ERK1/2導(dǎo)致軟骨表型丟失，提示CaMKⅡα和B-Raf在軟骨細胞去分化中具有直接關(guān)系，通過激活CaMKⅡα的B-Raf/ERK1/2通路，卷曲蛋白6可介導(dǎo)Wnt-3a所致的軟骨表型丟失。新發(fā)現(xiàn)的軟骨表型調(diào)節(jié)因子卷曲蛋白6、SYND4和B-Raf或可作為對抗去分化的潛在靶點。

3.3 IL-1β IL-1β可抑制軟骨細胞增殖，誘發(fā)去分化[16]。IL-4、白藜蘆醇、黃芩苷等可以減輕IL-1β造成的去分化，抑制軟骨細胞凋亡，增加軟骨細胞的合成[34]。傳代培養(yǎng)的去分化軟骨細胞中，IL-1β水平升高，IL-1β可刺激B-Raf，促進絲裂原活化細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(mitogen-activated extracellular signal regulated kinase,MEK)1/2和ERK1/2磷酸化并抑制軟骨細胞的增殖，但無法促進Sox-9和血管內(nèi)皮生長因子的表達；通過MEK1/2 和 ERK1/2通路，IL-1β可以激活蛋白聚糖酶分解聚蛋白多糖[1]。IL-1β還可激活蛋白聚糖酶，促進軟骨細胞的去分化過程[35]。在IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細胞中，USP14去泛素化酶上調(diào)，這種上調(diào)過程依賴于核因子κB(nuclear factor kappaB，NF-κB)通路的激活，且反過來進一步激活NF-κB通路，從功能上加劇IL-1β對軟骨細胞去分化的影響；NF-κB未激活時在胞質(zhì)中和NF-κB抑制蛋白相結(jié)合，被IL-1β等各種化學和機械信號激活后，NF-κB抑制蛋白激酶可磷酸化NF-κB抑制蛋白α，致其通過泛素蛋白酶系統(tǒng)降解，致使NF-κB轉(zhuǎn)移入核并導(dǎo)致一系列細胞因子、趨化因子和蛋白酶等因子變化，參與骨關(guān)節(jié)炎病理過程；USP14可促進上述NF-κB抑制蛋白α的去泛素化過程，加速了蛋白酶對其降解，抑制NF-κB則可以顯著逆轉(zhuǎn)這種去分化過程[36]。這一發(fā)現(xiàn)揭示了IL-1β或可通過影響USP14而改變NF-κB來對抗去分化。Varela-Eirín等[37]發(fā)現(xiàn)了一個連接蛋白43敏感循環(huán)，其可通過促進Twist-1的核轉(zhuǎn)移導(dǎo)致軟骨細胞去分化，還可導(dǎo)致軟骨細胞老化以及相關(guān)的p53/p16高表達、NF-κB核轉(zhuǎn)移，抑制連接蛋白43表達或阻斷縫隙連接通訊功能可以逆轉(zhuǎn)去分化過程，提高ColⅡa1的合成，揭示了一個軟骨細胞去分化調(diào)節(jié)的新模式，IL-1β可能是這一連接蛋白43循環(huán)的反饋促進因子。

3.4 p38絲裂原活化蛋白激酶 p38是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)家族的重要成員，可通過代謝改變和基質(zhì)降解來改變軟骨細胞的表型[38]。ERK和JNK是調(diào)節(jié)p38 MAPK的兩個上游信號因子。單層培養(yǎng)中抑制p38 MAPK可導(dǎo)致ColⅡ表達上調(diào)，ColⅠ表達下調(diào)[1]。哺乳動物的沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類(sirtuins，SIRT)具有NAD+依賴性脫乙酰酶和ADP核糖基轉(zhuǎn)移酶活性，對α糖微管蛋白、組蛋白和叉頭蛋白等多種細胞骨架蛋白發(fā)揮去乙酰化作用。人類Sirtuin家族中公認的成員有7個：SIRT1～SIRT7。Eo等[17]使用PEP-1多肽攜帶的SIRT2作用于關(guān)節(jié)軟骨細胞，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧合酶2和前列腺素E2等炎性指標升高；SIRT2可通過ERK通路增強軟骨細胞去分化，通過ERK和p38通路促進炎癥反應(yīng)。進一步研究提示SIRT2磷酸化可激活ERK通路，促進金屬蛋白酶1和金屬蛋白酶13表達[39]。谷氧還蛋白1(glutaredoxin 1，GRX-1)屬于氧化還原酶家族，是內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)的組成部分。GRX-1可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激依賴性ERK-1/2通路、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激依賴性p38激酶通路和PI-3激酶通路誘導(dǎo)兔關(guān)節(jié)軟骨細胞去分化[40]。GRX-1增加了Akt、ERK1/2和p38的磷酸化，軟骨細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)力相關(guān)蛋白GRP78和GRP94升高。然而，由于體外分析的局限性，軟骨細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激受GRX-1調(diào)控的確切機制尚不清楚。細胞因子誘導(dǎo)的凋亡抑制因子1在去分化軟骨細胞中激活ERK-1/2，使p38激酶失活，通過抑制ColⅡ的表達和硫酸蛋白多糖的合成而導(dǎo)致去分化。MEK抑制劑消除凋亡抑制因子1誘導(dǎo)的ERK磷酸化，同時阻止凋亡抑制因子1誘導(dǎo)的ColⅡ表達的丟失[41]。此外，Ashraf等[42]還發(fā)現(xiàn)在大腦中富集的Ras同源基因可通過調(diào)節(jié)衰老、去分化和氧化應(yīng)激來維持軟骨細胞的固有特性，其機制可能與p38 MAPK有關(guān)。這些信息有助于了解軟骨細胞去分化的分子機制，幫助設(shè)計更多的對抗去分化的新方法。

4 其他方面

除了上述基因方面外，支架材料、形態(tài)、黏附錨定等與軟骨細胞去分化的關(guān)系研究也取得了很多新進展，軟骨細胞在去分化過程中的形態(tài)和黏附[43]改變也與其表型密切相關(guān)。一些新型支架材料可以通過改變軟骨細胞去分化過程中的形態(tài)變化[44]和黏附錨定方式[45-46]來改變軟骨細胞去分化表型。新型DNA納米材料DNA四面體結(jié)構(gòu)納米材料可通過調(diào)節(jié)微管和Notch信號通路來調(diào)控細胞功能[47]。代謝方面，軟骨細胞天然生活在缺乏血供的環(huán)境中，能很好地適應(yīng)低氧張力，線粒體質(zhì)量和氧需求較低，因此谷氨酰氨轉(zhuǎn)氨酶2的下調(diào)可通過促進葡萄糖代謝，參與去分化軟骨細胞的再分化[48]。新型藥物方面，眼鏡蛇神經(jīng)肽[49]、原兒茶酸[50]、龍眼多糖[51]能有效地促進軟骨細胞增殖，維持人關(guān)節(jié)軟骨細胞表型。培養(yǎng)條件方面，通過改變溫度[52]和培養(yǎng)密度[53]，軟骨細胞能更好地維持軟骨表型。Rakic等[13]綜合應(yīng)用多種方法模擬軟骨微環(huán)境，發(fā)現(xiàn)三維缺氧細胞培養(yǎng)、BMP-2和RNA干擾聯(lián)合作用，可使去分化的軟骨細胞有效再分化。

5 小 結(jié)

目前軟骨細胞去分化機制在各個方面的研究進一步深入，軟骨細胞去分化標志物的進一步豐富，有助于我們從多角度、多層面理解和測定軟骨細胞去分化的狀態(tài)。甲基化[8]、乙?；痆17]等表觀遺傳學改變在軟骨細胞去分化中的作用被進一步挖掘，抑制DNA甲基化是維持軟骨細胞表型的新方法，位點特異性啟動子甲基化或去甲基化必須得到優(yōu)化。表觀遺傳分析和生物信息學分析[8]是識別軟骨細胞去分化區(qū)域特異性DNA甲基化的有力策略。對經(jīng)典Wnt信號通路和Rho信號的交聯(lián)研究有助于進一步明確軟骨細胞的骨架變化與去分化之間的關(guān)系。此外，非經(jīng)典的Wnt信號在軟骨細胞去分化中的作用得到挖掘并逐漸受到重視，更加豐富了Wnt信號通路在軟骨細胞去分化機制中的作用。IL-1β、p38 MAPK等是傳統(tǒng)的軟骨細胞去分化促進因子，在關(guān)節(jié)炎等軟骨炎癥或傳代培養(yǎng)中嚴重影響軟骨細胞表型的維持，USP14前饋、連接蛋白43循環(huán)等有助于揭示促進去分化的回路，以及進一步理解軟骨細胞去分化的促進過程，從而找到新的去分化機制以及對抗去分化的作用靶點。