鐘聞，黃華，沈彬，斯海波*

（1.四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科，四川成都 610041；2.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院骨科，四川南充 637000）

骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis,OA）是一種以關(guān)節(jié)軟骨退變?yōu)楹诵奶卣鞯年P(guān)節(jié)病，而軟骨退變與軟骨細胞衰老及其介導(dǎo)的代謝失衡密切相關(guān)，抑制軟骨細胞衰老或清除衰老軟骨細胞（senescent chondrocytes,SnCCs）可有效延緩OA 進展［1，2］。乙酰化/去乙?；蔷€粒體質(zhì)量控制（mitochondrial quality control,MQC）的核心機制之一，主要由去乙?；福╯irtuin,SIRT）介導(dǎo)。近年發(fā)現(xiàn)MQC 失衡與OA 軟骨細胞衰老及軟骨退變密切相關(guān)，主要的線粒體去乙?；窼IRT1/3 在正常及OA 軟骨細胞中存在差異表達并參與OA 軟骨細胞MQC 失衡及衰老調(diào)控［3］。本文將從SIRT1/3 及細胞衰老角度對MQC 在OA 軟骨細胞的調(diào)控作用做一綜述，以期為后續(xù)OA 發(fā)病機制及治療策略研究整理思路和潛在靶點。

1 軟骨細胞衰老及其介導(dǎo)的代謝失衡是軟骨退變持續(xù)進展的重要原因

目前全球OA 患者人數(shù)已超過3 億，我國40 歲以上人群中原發(fā)性O(shè)A 的總體患病率已高達46.3%，帶來巨大的經(jīng)濟和醫(yī)療負擔［4］。雖然OA 的發(fā)病機制復(fù)雜且未完全闡明，但軟骨退變的核心作用已得到公認。軟骨細胞是軟骨中唯一的細胞類型，對軟骨穩(wěn)態(tài)起決定性作用。軟骨細胞死亡是軟骨退變的關(guān)鍵機制之一，但部分OA 軟骨細胞在死亡前先進入一種不可逆的生長停滯伴表型改變、但保持代謝活性的狀態(tài)，稱為細胞衰老［2，5］。Toh 等［6］在OA 病灶周圍軟骨中發(fā)現(xiàn)SnCCs，Xu 等［7］發(fā)現(xiàn)在小鼠關(guān)節(jié)腔注射自體衰老細胞可誘導(dǎo)OA 樣改變，斯海波等［2］進一步證實了抑制軟骨細胞衰老，可延緩大鼠OA 進展。

SnCCs 雖保持代謝活性，但表現(xiàn)為衰老相關(guān)分泌表型 （senescence- associated secretory phenotype,SASP），伴隨一系列行為改變。由于喪失了對胰島素樣生長因子I、轉(zhuǎn)化生長因子β、骨形態(tài)發(fā)生蛋白6等多種代謝信號的應(yīng)答，SnCCs 維持及重塑軟骨穩(wěn)態(tài)的能力減弱［2，6，7］。SASP 還可導(dǎo)致細胞外基質(zhì)（extra-cellular matrix,ECM）合成減少，而多種炎性因子、基質(zhì)降解酶、血管內(nèi)皮生長因子等分泌增加，促進ECM 降解、軟骨下骨硬化和骨贅形成。同時，SASP 分泌的各種刺激因子可誘導(dǎo)鄰近細胞衰老并形成惡性循環(huán)，這被認為是即使初始刺激因素消除后軟骨細胞衰老仍然持續(xù)發(fā)生、軟骨退變?nèi)猿掷m(xù)進展的重要機制［2，7］。

此外，OA 早期軟骨損傷程度輕且多局限在軟骨表層區(qū)域，若能盡早修復(fù)，或許可阻止、延遲甚至部分逆轉(zhuǎn)OA 進展。結(jié)合細胞衰老的不可逆性、SASP可誘導(dǎo)衰老惡性循環(huán)等特點，早期抑制軟骨細胞衰老對OA 治療或許更有價值。近年多項研究提示線粒體功能異常參與軟骨細胞衰老及軟骨退變發(fā)生發(fā)展，為OA 發(fā)病機制及治療策略探索提供了新的切入點。

2 MQC 失衡是OA 軟骨細胞衰老的重要特征和潛在誘因

線粒體形態(tài)和功能異常與多種細胞損傷及包括OA 在內(nèi)的增齡相關(guān)疾病有關(guān)。MQC 是機體在長期進化過程中形成的一套完善的線粒體調(diào)控機制，可對線粒體的形態(tài)、數(shù)量和質(zhì)量進行多維調(diào)控以維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，主要包括氧化應(yīng)激（oxidative stress,OS）、生物發(fā)生、動力學(xué)及線粒體自噬等過程。近年發(fā)現(xiàn)MQC 失衡與OA 軟骨細胞衰老密切相關(guān)。

2.1 線粒體OS 與軟骨細胞衰老

線粒體氧化磷酸化過程是活性氧類（reactive oxygen species,ROS）的主要來源，ROS 過量產(chǎn)生并超出細胞抗氧化防御能力可引起OS 損傷，其中衰老相關(guān)異染色質(zhì)堆積觸發(fā)的DNA 損傷反應(yīng)可誘導(dǎo)細胞衰老并引起細胞/組織的結(jié)構(gòu)性和功能性損傷［8］。已有研究證實，退變軟骨組織中有過量ROS 產(chǎn)生，而且ROS 堆積又可誘導(dǎo)軟骨細胞衰老并促進OA 進展［9］。多種抗氧化酶可清除ROS，其中具有線粒體特異性超氧化物歧化酶2（superoxide dismutase 2,SOD2）不僅是軟骨細胞內(nèi)清除ROS 的主要抗氧化酶，同時還可抑制OA 軟骨細胞衰老［10］，是探索OA 軟骨細胞線粒體OS 與衰老交互作用的關(guān)鍵靶點之一。

2.2 線粒體生物發(fā)生與軟骨細胞衰老

線粒體生物發(fā)生是細胞內(nèi)形成新線粒體的過程，受核基因和線粒體DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）共同調(diào)控。IL-1β 和TNF-α 可改變mtDNA 的完整性，而mtDNA 損傷會上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMP）水平，并通過激活OS 誘導(dǎo)軟骨細胞衰老及ECM 降解［11］。過氧化物酶體增殖體激活受體γ 共激活劑1α（peroxisome proliferatoractivated receptor γ coactivator,PGC-1α）是線粒體生物發(fā)生的主要調(diào)控因子，其表達升高與線粒體生物發(fā)生增加相關(guān)［12］。線粒體生物發(fā)生受損是OA 軟骨細胞的核心特征之一，而激活PGC1α 可得到明顯改善［13］。同時，多項研究發(fā)現(xiàn)線粒體生物發(fā)生與細胞衰老密切相關(guān)，且受PGC1α 調(diào)控，但不同細胞/疾病模型間的結(jié)果差異大，甚至相反［14，15］，且在軟骨細胞中暫無相關(guān)報道。

2.3 線粒體動力學(xué)與軟骨細胞衰老

線粒體動力學(xué)通過形成高度連通的管狀網(wǎng)絡(luò)并處于高度融合-分裂的動態(tài)過程多重調(diào)控其形態(tài)、數(shù)量、質(zhì)量及功能［16］。線粒體動力學(xué)紊亂是線粒體功能障礙和細胞死亡的重要誘因，目前認為線粒體分裂可加速軟骨細胞死亡，而線粒體融合對軟骨細胞起一定保護作用［17］。具有GTP 酶活性的視神經(jīng)萎縮相關(guān)蛋白1（optic atrophy protein-1,OPA1）是線粒體動力學(xué)的關(guān)鍵調(diào)控蛋白，也是線粒體動力學(xué)紊亂和功能障礙的重要交匯點，其表達上調(diào)可改善軟骨細胞線粒體動力學(xué)［18］。此外，有研究報道，OPA1 與細胞衰老密切相關(guān)［19］，但在OA 軟骨細胞衰老中暫無報道，值得進一步探索。

2.4 線粒體自噬與軟骨細胞衰老

細胞通過自噬機制選擇性地清除損傷線粒體的過程被稱為線粒體自噬，該過程有利于保持線粒體數(shù)量和質(zhì)量穩(wěn)定以及維持線粒體功能、細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和促細胞存活。軟骨細胞線粒體自噬功能失調(diào)與OA 發(fā)生發(fā)展之間的密切關(guān)系已被廣泛證實［20］。最近兩項研究均報道激活線粒體自噬可抑制軟骨細胞衰老［21,22］。PARKIN 是當前關(guān)注較多的線粒體自噬調(diào)控因子，在軟骨細胞線粒體自噬穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮重要作用［23］。同時，PARKIN 介導(dǎo)的線粒體自噬激活也可抑制OA 軟骨細胞衰老［24］，提示PARKIN 是探索軟骨細胞線粒體自噬與衰老交互作用的重要切入點。

3 SIRT1/3 對軟骨細胞MQC 的調(diào)控作用

3.1 SIRT1/3 對軟骨細胞線粒體OS 的調(diào)控作用

既往研究證實乙?；?去乙酰化是線粒體功能的關(guān)鍵調(diào)控方式之一，SIRT1/3 是最主要的去乙?；?，對細胞代謝狀態(tài)高度敏感，在翻譯后水平調(diào)控多種線粒體蛋白/酶活性，從而調(diào)節(jié)線粒體OS。OA 相關(guān)炎癥介質(zhì)抑制軟骨細胞線粒體氧化磷酸化并促進ROS 生成和OS 激活，導(dǎo)致抗氧化酶SOD2 被過度消耗［25］。SIRT3 可通過增強SOD2 抗氧化活性并降低線粒體ROS 來保護線粒體免受OS 損傷［26］。激活A(yù)MPK-SIRT3 通路也可通過增強SOD2 活性而降低線粒體OS［27］。同時，SIRT1 也可抵抗OS 損傷誘導(dǎo)的軟骨細胞死亡［28］。

3.2 SIRT1/3 對軟骨細胞線粒體生物發(fā)生的調(diào)控作用

OA 軟骨細胞的SIRT1 表達較正常軟骨細胞降低，且與PGC-1α 的乙?；黾佑嘘P(guān)［13］。激活SIRT1/PGC-1α 途徑可促進線粒體生物發(fā)生，并逆轉(zhuǎn)OA 軟骨細胞線粒體功能損傷［13］。軟骨細胞中的AMPK 在能量缺乏時通過磷酸化被激活，然后可促進ATP 生成并激活SIRT3［27］。SIRT3 水平在OA 以及IL-1β/TNF-α 干預(yù)的軟骨細胞中均降低，SIRT3 敲除可引起軟骨細胞線粒體功能障礙，而SIRT3 激活可保護軟骨細胞免受IL-1β/TNF-α 誘導(dǎo)的線粒體損傷［29,30］。此外，既往研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1/3 均可上調(diào)AMPK 表達，提示AMPK 和SIRT1/3 具有形成正反饋環(huán)路并調(diào)控軟骨細胞MQC 的潛力［31］，但具體機制還需進一步探索。

3.3 SIRT1/3 對軟骨細胞線粒體動力學(xué)的調(diào)控作用

線粒體是一個動態(tài)的細胞器，可與周圍的線粒體融合并分裂成子線粒體。在線粒體動力學(xué)過程中，過度的線粒體碎片化會導(dǎo)致mtDNA 突變，導(dǎo)致ATP 合成減少、ROS 產(chǎn)生過多、線粒體膜電位改變等，引起線粒體功能障礙［32］。SIRT3 可以通過c-Jun N-末端激酶信號通路激活OPA1 并抑制線粒體外膜蛋白Fis1 表達［24,33］。SIRT3 激活劑可通過AMPK-PGC-1α-SIRT3 途徑增加OA 軟骨細胞中線粒體動力學(xué)關(guān)鍵蛋白（如Drp1、Fis1 和MFN2）的表達［29］。雖然SIRT1 對軟骨細胞線粒體動力學(xué)的調(diào)控作用已在多種疾病和細胞模型中被證實［34］，但在軟骨細胞中暫無相關(guān)報道，值得進一步探索。

3.4 SIRT1/3 對軟骨細胞線粒體自噬的調(diào)控作用

SIRT1 激活可通過調(diào)控自噬相關(guān)基因表達及哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）磷酸化水平觸發(fā)下游自噬相關(guān)級聯(lián)反應(yīng)及自噬體形成［35］。在軟骨細胞中，SIRT1 可通過AMPK/mTOR 信號通路調(diào)控線粒體自噬［36］。同時，SIRT3 也可通過調(diào)控PARKIN 依賴的線粒體自噬促進軟骨細胞存活［37］。在糖尿病心肌細胞中，SIRT3 可通過去乙?；疐oxO3A 激活線粒體自噬，而SIRT3 缺乏可損害線粒體自噬并誘導(dǎo)細胞衰老［38］，但這在軟骨細胞中暫無報道。因此，SIRT3 是否也可通過FoxO3APARKIN 軸調(diào)控OA 軟骨細胞線粒體自噬及衰老也是后續(xù)機制研究的良好切入點。

4 重塑OA 軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)的潛在策略

MQC 作為維持線粒體及細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的新興機制，近年證據(jù)表明重塑軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)是抑制OA 的潛在策略。SIRT1/3 是調(diào)控線粒體功能的主要去乙?；福旅鎸⒁源藶榍腥朦c總結(jié)重塑軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)的潛在策略。

4.1 基于SIRT1 的OA 軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)重塑策略

大量研究表明靶向調(diào)控SIRT1 是重塑OA 軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)、抑制軟骨細胞衰老及延緩OA 進展的潛在策略。比如，槲皮素通過AMPK/SIRT1 通路減少軟骨細胞內(nèi)ROS 堆積及恢復(fù)線粒體膜電位，保護線粒體功能、抑制軟骨細胞衰老并延緩OA 進展［39］；17β-雌二醇通過SIRT1 介導(dǎo)的AMPK/mTOR通路增強軟骨細胞線粒體自噬，維持軟骨穩(wěn)態(tài)及抑制OA［36］；花椒毒素通過SIRT1/NF-κB 軸在OA 軟骨中發(fā)揮抗炎和抗OS 作用［40］。同時，成纖維細胞生長因子21 可通過SIRT1/mTOR 通路延緩OA 軟骨細胞衰老、凋亡及ECM 降解［41］，葡萄籽原花青素可通過DPP4-SIRT1 途徑抑制軟骨細胞衰老和凋亡并延緩OA 進展［42］，水飛薊素可通過SIRT1 途徑修復(fù)軟骨細胞線粒體活性并延緩軟骨細胞衰老［43］。

4.2 基于SIRT3 的OA 軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)重塑策略

軟骨細胞SIRT3 缺乏與OA 發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，直接上調(diào)SIRT3 可通過AMPK 途徑抑制OA 軟骨細胞線粒體OS、激活線粒體自噬并改善mtDNA 的完整性和功能［27］。同時，多種藥物、分子及基因可通過SIRT3 調(diào)控軟骨細胞MQC 及衰老。比如，SIRT3 激活劑二氫楊梅素可維持軟骨細胞線粒體穩(wěn)態(tài)并抵抗軟骨退化［29］、二甲雙胍可通過SIRT3 介導(dǎo)的PINK1/PARKIN 依賴性線粒體自噬途徑抑制IL-1β 誘導(dǎo)的軟骨細胞線粒體OS 和OA 炎性改變［44］、circFAM160A2可通過靶向調(diào)控SIRT3 促進軟骨細胞線粒體穩(wěn)定并減少細胞凋亡［45］。同時，泛素特異性蛋白酶3 可通過SIRT3 抑制IL-1β 介導(dǎo)的軟骨細胞衰老［46］。因此，靶向調(diào)控SIRT3 也是重塑OA 軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)及抑制軟骨細胞衰老的重要策略。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，軟骨細胞衰老及其介導(dǎo)的代謝失衡是軟骨退變持續(xù)發(fā)生的重要原因之一，而MQC 失衡是OA 軟骨細胞衰老的重要特征和潛在誘因。SIRT1/3是調(diào)控軟骨細胞MQC 的主要去乙?；?，也是重塑OA 軟骨細胞MQC 穩(wěn)態(tài)、抑制軟骨細胞衰老及延緩OA 進展的重要靶點。本文雖然從SIRT1/3 及細胞衰老角度總結(jié)了MQC 在OA 軟骨細胞的關(guān)鍵調(diào)控作用，但涉及具體機制仍遠未闡明，后續(xù)深入研究這些問題將有助于豐富OA 發(fā)病機制理論并為OA 治療策略研究提供了新的思路和靶點。

利益沖突在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經(jīng)費沒有影響文章觀點。

作者貢獻聲明鐘聞、黃華：文獻檢索、資料歸納整理和文章撰寫；沈彬、斯海波：綜述設(shè)計及邏輯把控。