MK8722通过激活Sesn2-BNIP3轴促进线粒体自噬抑制软骨细胞铁死亡缓解骨关节炎

本研究针对骨关节炎(OA)软骨退变机制不明、缺乏有效治疗策略的难题，发现Sestrin2(Sesn2)表达下调是OA软骨细胞铁死亡的关键调控因子。研究人员通过多组学分析结合实验验证，揭示MK8722通过激活Sesn2转录上调BNIP3，促进Nrf2蛋白表达和线粒体自噬，从而抑制软骨细胞铁死亡和衰老，为OA治疗提供了新靶点和候选药物。

　　

骨关节炎作为一种常见的退行性关节疾病，全球有约6亿患者深受其扰。随着人口老龄化进程加速，其发病率持续攀升。然而，由于发病机制尚未完全阐明，目前缺乏能够有效逆转疾病进展的治疗手段。软骨细胞的代谢稳态和氧化还原平衡对维持关节软骨完整性至关重要，而铁死亡这种铁依赖性的程序性细胞死亡方式，近年来被发现在骨关节炎软骨退变中扮演重要角色。

在这项发表于《Journal of Advanced Research》的研究中，中国医科大学附属盛京医院的研究团队通过整合单细胞RNA测序(scRNA-seq)、RNA测序(RNA-seq)等多组学数据，结合体内外实验验证，系统揭示了Sestrin2(Sesn2)在骨关节炎软骨保护中的关键作用及其分子机制。研究发现Sesn2在骨关节炎软骨组织中表达显著下调，且与铁死亡标志物GPX4表达呈正相关。研究人员利用分子对接技术筛选出能够特异性激活Sesn2的小分子化合物MK8722，并证实其可通过Sesn2-BNIP3-Nrf2轴促进线粒体自噬，抑制软骨细胞铁死亡，从而缓解骨关节炎进展。

研究采用的主要技术方法包括：从19例人关节软骨样本获取scRNA-seq数据进行分析；通过手术诱导小鼠骨关节炎模型(DMM模型)；使用免疫组化(IHC)、免疫荧光(IF)、蛋白质印迹(WB)等分子生物学技术检测蛋白表达；通过透射电镜(TEM)观察线粒体形态和线粒体自噬水平；利用细胞活力检测(CCK-8)、流式细胞术等技术评估细胞铁死亡相关指标。

scRNA-seq revealed Sesn2 as a potential key regulator of ferroptosis, with its expression found to be decreased in OA

研究人员通过对19例人关节软骨样本进行单细胞RNA测序分析，识别出六个不同的软骨细胞簇。其中g0-1亚簇表现出明显的铁死亡特征，且Sesn2在该簇中表达显著降低。伪时序分析显示Sesn2在骨关节炎早期短暂上调，随着疾病进展明显下降。临床样本验证发现骨关节炎患者软骨中Sesn2和GPX4蛋白表达均下调，且两者表达呈正相关。

Knockdown of Sesn2 in chondrocytes promotes ferroptosis

在细胞实验中，研究人员发现铁死亡诱导剂(Erastin和RSL3)可降低Sesn2表达，而铁死亡抑制剂Fer-1能逆转这一效应。Sesn2敲低后，软骨细胞中GPX4表达下降，ACSL4和P53表达上升，活性氧(ROS)、线粒体ROS和脂质过氧化水平显著增加，谷胱甘肽(GSH)水平下降，表明Sesn2缺失促进了软骨细胞铁死亡。

Intra-articular overexpression of Sesn2 effectively suppresses chondrocyte ferroptosis and alleviates cartilage degradation in OA

体内实验显示，关节腔内注射过表达Sesn2的腺相关病毒(AAV-Sesn2)可显著减轻DMM模型小鼠的软骨退变，降低OARSI评分和Mankin评分，增加COL2A1表达，减少MMP13和COL10A1表达。同时，Sesn2过表达增强了GPX4荧光强度，降低了ACSL4和P53水平，减少了软骨组织铁积累。

Sesn2 inhibits chondrocyte ferroptosis through the activation of mitophagy

RNA-seq分析表明，Sesn2过表达显著富集了线粒体自噬和铁死亡相关通路。Sesn2敲低导致LC3B表达下降，P62表达上升，JC-1单体荧光强度增加，表明线粒体膜电位受损。透射电镜和免疫荧光显示Sesn2过表达促进了线粒体与溶酶体的共定位，增强了线粒体自噬水平。

Sesn2 transcriptionally upregulates BNIP3, enhances Nrf2 protein expression, promotes mitophagy, and ultimately suppresses ferroptosis in chondrocytes

研究发现BNIP3是Sesn2调控线粒体自噬的关键下游因子。Sesn2转录上调BNIP3，进而促进Nrf2蛋白表达。当使用Nrf2抑制剂ML385处理后，BNIP3过表达对铁死亡的抑制作用被部分逆转，表明Sesn2-BNIP3轴通过调控Nrf2抑制软骨细胞铁死亡。

MK8722 exerts its anti-ferroptotic effect by activating mitophagy through the Sesn2-mediated transcriptional upregulation of BNIP3

分子对接显示MK8722与Sesn2蛋白具有强结合亲和力。体外实验表明MK8722处理可提高软骨细胞活力，减少细胞衰老和凋亡，降低IL-6表达，上调Sesn2、BNIP3、GPX4和LC3表达，下调ACSL4、P53和P62表达。MK8722还能减少脂质过氧化和ROS产生，促进线粒体自噬。

MK8722 mitigates OA cartilage destruction in vivo by promoting Sesn2-mediated protective pathways

在DMM模型小鼠中，口服MK8722(10mg/kg)可减轻骨赘形成，改善软骨组织学评分，增加步长和步宽。免疫组化显示MK8722处理上调了COL2A1、Sesn2、BNIP3、Nrf2和GPX4表达，下调了MMP13、COL10A1、ACSL4和P53表达。

该研究首次系统揭示了Sesn2在骨关节炎软骨细胞铁死亡中的关键调控作用，并发现MK8722通过激活Sesn2-BNIP3轴促进线粒体自噬、抑制铁死亡的新机制。这些发现不仅深化了对骨关节炎发病机制的理解，也为开发针对Sesn2的治疗策略提供了理论依据和候选化合物。值得注意的是，MK8722在有效剂量下未引起主要器官的明显病理改变，显示出良好的安全性，具有潜在的临床转化价值。研究为骨关节炎的靶向治疗提供了新思路，特别是针对软骨细胞代谢异常和细胞死亡调控的治疗策略有望成为未来研究的重要方向。