胞质磷脂酶A2(cPLA2)作为退行性关节疾病治疗新靶点：抑制炎症与衰老双重机制研究

《Bone Research》：Cytosolic phospholipase A2 as a therapeutic target for degenerative joint diseases

本研究聚焦骨关节炎(OA)和椎间盘退变(IVDD)的发病机制，发现胞质磷脂酶A2(cPLA2)在退变软骨细胞中特异性高表达。通过基因敲除和药物抑制实验证实，cPLA2通过调控花生四烯酸(AA)代谢通路，同时影响炎症反应和细胞衰老(SASP)两大关键病理过程。非索非那定(FFD)作为cPLA2抑制剂，在动物模型中显著延缓软骨退变进程，为退行性关节疾病的疾病修饰治疗提供了新策略。

　　

随着全球老龄化进程加速，退行性关节疾病已成为导致老年人残疾的主要原因之一。骨关节炎(OA)和椎间盘退变(IVDD)作为最常见的退行性 musculoskeletal 疾病，其特征是软骨组织的进行性退变和炎症反应。尽管炎症被公认在OA和IVDD的发病机制中起着关键作用，但目前的治疗方法，如非甾体抗炎药(NSAIDs)和镇痛药，主要针对症状缓解，无法阻止疾病的进一步进展。开发能够改变疾病进程的疾病修饰药物(DMOADs)成为当前研究的迫切需求。

在这项发表于《Bone Research》的研究中，研究人员将目光投向了胞质磷脂酶A2(cPLA2)——这一在炎症反应中起核心作用的酶。cPLA2是花生四烯酸(AA)代谢通路的关键酶，AA是前列腺素(PGE₂)、白三烯(LTB₄)等炎症介质的前体。虽然cPLA2在类风湿关节炎(RA)中的作用已被广泛研究，但其在OA和IVDD中的具体功能，特别是在软骨细胞稳态调节中的作用尚不清楚。

为了回答这一科学问题，研究团队开展了一系列严谨的实验。他们首先利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术分析了来自健康人和OA患者的软骨样本，发现cPLA2(由PLA2G4A基因编码)主要在 prehypertrophic chondrocytes (前肥大软骨细胞，preHTCs)和 fibrochondrocytes (纤维软骨细胞，FCs)中高表达，这些细胞类型以高表达MMP13、ADAMTS5等软骨退变标志物为特征。更重要的是，cPLA2的表达与OA相关基因和衰老相关分泌表型(SASP)相关基因呈显著正相关，提示其可能同时参与炎症和衰老两个关键病理过程。

研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建了cPLA2敲除的软骨细胞系，发现cPLA2缺失不仅增强了COL2、ACAN等合成代谢基因的表达，还抑制了TNFα诱导的MMP13、ADAMTS5等分解代谢基因的表达。同时，cPLA2敲除显著减轻了由VP-16或H₂O₂诱导的软骨细胞衰老，表现为衰老标志物p21、p16和γ-H2AX的表达下降，SA-β-gal阳性细胞减少。

在药物干预方面，研究团队验证了非索非那定(FFD)——一种FDA批准的的非处方抗组胺药——作为cPLA2抑制剂的作用。FFD通过直接结合cPLA2的催化结构域，抑制其Ser-505位点的磷酸化，从而抑制cPLA2的酶活性。在体外实验中，FFD以剂量依赖的方式增强合成代谢基因表达，抑制炎症和衰老诱导的分解代谢及衰老标志物表达。

动物实验进一步证实了cPLA2作为治疗靶点的潜力。在手术诱导的DMM OA模型和自然衰老的OA模型中，cPLA2基因敲除小鼠表现出明显的软骨保护作用：软骨退变减轻、骨赘形成减少、疼痛行为改善。同样，在腰椎不稳(LSI)诱导的IVDD模型和年龄相关的IVDD模型中，cPLA2缺失也显著延缓了椎间盘退变进程。

值得注意的是，FFD在野生型小鼠中产生了与基因敲除相似的保护效果，但在cPLA2敲除小鼠中，FFD未能提供额外的保护作用，这一结果有力地证明了FFD的作用是通过特异性靶向cPLA2实现的。

主要技术方法

研究采用了多种关键技术：单细胞RNA测序分析人软骨细胞亚群（样本来源：GSE169454数据库包含4例OA和3例正常软骨；GSE160756数据库含2例正常椎间盘终板样本）；CRISPR/Cas9基因编辑构建cPLA2敲除软骨细胞系；体外细胞模型（人原代OA软骨细胞、C28/I2细胞系）进行炎症（TNFα）和衰老（VP-16、H₂O₂）干预；小鼠疾病模型（DMM手术OA模型、腰椎不稳IVDD模型、自然衰老模型）；组织学分析（苏木精-伊红H&E、番红O固绿染色、免疫组化）；行为学评估（旷场实验、von Frey机械痛觉过敏测试）。

cPLA2在preHTCs中主要表达并与软骨退变和衰老反应相关

通过单细胞RNA测序分析，研究人员发现cPLA2在退行性软骨细胞，特别是preHTCs和FCs中显著富集。这些细胞类型不仅高表达软骨退变标志物，还与OA相关基因和SASP相关基因显著相关。免疫荧光染色证实cPLA2蛋白在OA患者软骨以及OA模型小鼠软骨中表达上调。炎症刺激(TNFα)和衰老诱导剂(VP-16、H₂O₂)均能上调cPLA2表达，确立了cPLA2作为OA相关基因和衰老调节因子的地位。

cPLA2缺失改变软骨细胞代谢和衰老相关基因表达

通过CRISPR/Cas9技术构建cPLA2敲除软骨细胞系后，研究人员发现cPLA2缺失显著增强了COL2、ACAN等合成代谢基因的表达，同时抑制了TNFα诱导的MMP13、ADAMTS5等分解代谢基因的表达。在衰老诱导实验中，cPLA2敲除显著降低了p21、p16、γ-H2AX等衰老标志物的表达，SA-β-gal阳性细胞数也明显减少，证明cPLA2在调节软骨细胞合成代谢、分解代谢和衰老过程中起关键作用。

cPLA2的药理学抑制调节软骨细胞代谢和衰老相关基因

研究人员验证了FFD作为cPLA2抑制剂的作用机制。FFD能显著抑制TNFα、H₂O₂或VP-16诱导的cPLA2 Ser-505位点磷酸化。在功能上，FFD以剂量依赖的方式增强合成代谢基因表达，抑制炎症诱导的分解代谢基因表达和衰老标志物表达。重要的是，FFD的保护作用在cPLA2敲除软骨细胞中被 largely abolished，证实了FFD通过特异性靶向cPLA2发挥作用。

cPLA2缺失对手术诱导和年龄相关OA的保护作用

在手术诱导的DMM OA模型中，cPLA2敲除小鼠表现出显著的软骨保护效果：OARSI评分降低、软骨下骨板增厚减轻、骨赘形成减少。行为学测试显示cPLA2敲除小鼠运动距离增加、机械痛觉过敏减轻。在18月龄的自然衰老OA模型中，cPLA2缺失同样显著减轻了年龄相关的软骨退变表现，且在雌性小鼠中观察到相似的保护效果。

cPLA2抑制在手术诱导OA模型中的保护作用

药理抑制实验显示，FFD和阳性对照AACOCF3（已知的cPLA2特异性抑制剂）在DMM模型中均能显著减轻软骨退变、改善疼痛行为。免疫组化分析证实药物治疗降低了p-cPLA2和总cPLA2蛋白水平，增加了Col2表达，降低了Mmp13、aggrecan neoepitope以及衰老标志物p16、p21的表达。在cPLA2敲除小鼠中，FFD未能提供额外的保护作用，进一步证实了FFD通过特异性靶向cPLA2发挥治疗作用。

cPLA2缺失减轻手术诱导和年龄相关IVDD

研究还将cPLA2的作用扩展到IVDD领域。单细胞RNA测序分析显示cPLA2在椎间盘终板软骨的退行性软骨细胞中同样富集。在手术诱导的LSI IVDD模型和自然衰老IVDD模型中，cPLA2敲除显著减轻了终板软骨退变和椎间盘退变，表现为组织学评分改善、Col2表达增加、Mmp13和衰老标志物表达降低。FFD在野生型小鼠中产生保护作用，但在cPLA2敲除小鼠中无额外效果，证实了cPLA2同样是IVDD治疗的重要靶点。

研究结论与意义

本研究首次系统阐明了cPLA2在退行性关节疾病中的核心作用，揭示了其通过调节花生四烯酸代谢通路，同时影响炎症反应和细胞衰老两大关键病理过程的新机制。cPLA2在退行性软骨细胞，特别是preHTCs中的特异性高表达，使其成为理想的治疗靶点。

更重要的是，研究团队发现FFD这一FDA已批准的药物能够有效抑制cPLA2活性，在动物模型中显著延缓OA和IVDD的进展。这一发现具有重要的临床转化意义：FFD作为安全性良好的非处方药，其重新定位为退行性关节疾病治疗提供了快速进入临床应用的可能。

该研究的意义不仅在于发现了一个新的治疗靶点，更在于提出了"双重作用"治疗策略——通过单一靶点同时抑制炎症和衰老两个核心病理环节。这种 approach 相较于传统单一靶点治疗可能具有更好的疗效和疾病修饰作用。

尽管cPLA2不可能是OA和IVDD的唯一驱动因子，其他通路如Wnt/β-catenin signaling、TGF-β signaling等也参与疾病进程，但cPLA2作为关键放大器，其抑制能够显著改变疾病平衡，为开发真正意义上的疾病修饰疗法提供了新方向。未来研究需要进一步阐明cPLA2在不同细胞类型中的具体作用机制，以及其与其他信号通路的交互作用，为退行性关节疾病的综合治疗策略提供更多理论依据。

这项研究不仅深化了我们对退行性关节疾病发病机制的理解，更重要的是为开发针对OA和IVDD的疾病修饰治疗提供了切实可行的策略，具有重要的理论意义和临床转化价值。