糖酵解重编程会损害患有股骨头坏死的肉鸡中软骨细胞的功能

《Veterinary Quarterly》：Glycolytic reprogramming impairs chondrocyte function in broilers with femoral head necrosis

软骨细胞代谢重编程与股骨头坏死（FHN）相关的ECM破坏机制研究。通过代谢组学和转录组分析发现FHN肉鸡股骨头软骨细胞糖酵解重编程，三羧酸循环代谢物减少，乳酸脱氢酶A基因上调，线粒体功能障碍，ECM破坏。体外实验显示，FBP或罗丹明处理CON组软骨细胞可诱导糖酵解，抑制ECM合成并促进降解；2-DG处理FHN细胞可恢复部分功能，如ATP水平和氧化磷酸化。

　　在现代养鸡业中，快速增重是提高经济效益的重要目标之一。然而，这种快速生长模式也带来了诸多健康问题，其中股骨头坏死（FHN）尤为突出。FHN不仅严重影响鸡只的生存质量，还导致了重大的经济损失。本研究聚焦于FHN的病理机制，重点分析了其对软骨细胞代谢的影响，揭示了代谢重编程在FHN发展过程中的作用，为寻找新的防治策略提供了理论依据。

### 背景与重要性

软骨组织作为关节的重要组成部分，主要负责吸收冲击、润滑关节面以及维持骨骼结构的稳定性。然而，由于软骨缺乏血管供应，其细胞主要依赖于糖酵解这一无氧代谢途径来获取能量。在正常情况下，糖酵解能够满足软骨细胞的大部分能量需求，而线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）虽然重要，但在软骨细胞中并不是主要的能量来源。这种代谢模式使得软骨细胞在面对外界压力时，能够通过调整代谢途径来维持功能。然而，FHN的发生往往伴随着软骨细胞代谢的紊乱，进而导致软骨细胞外基质（ECM）的破坏。ECM的降解不仅影响了软骨的结构完整性，还可能引发一系列的病理反应，包括炎症、纤维化和组织功能障碍。

FHN的发生与软骨细胞代谢失衡密切相关。随着FHN的发展，软骨细胞的代谢模式发生了显著变化，糖酵解被增强，而OXPHOS则受到抑制。这种代谢转变不仅影响了细胞的能量供应，还可能导致氧化应激的增加，从而加速软骨细胞的损伤。此外，FHN还伴随着软骨细胞形态学的改变，如线粒体数量增加、形态异常以及细胞内糖原储存减少等现象。这些变化进一步支持了FHN与代谢失衡之间的联系。

### 研究方法

为了全面了解FHN对软骨细胞代谢的影响，本研究采用了多种实验方法，包括组织学分析、透射电镜（TEM）观察、非靶向代谢组学和转录组学分析、以及细胞代谢活性测定等。通过收集健康与FHN鸡只的股骨头软骨组织，研究人员进行了系统的病理学分析，并通过分子生物学技术对软骨细胞的基因表达模式进行了研究。此外，研究人员还从健康与FHN鸡只中分离出原代软骨细胞，并通过药物处理模拟糖酵解和OXPHOS之间的代谢转变，以评估其对软骨细胞功能的影响。

非靶向代谢组学分析使用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）对软骨组织中的代谢物进行高通量检测。转录组学分析则采用RNA测序（RNA-seq）技术，对软骨细胞的基因表达模式进行了深入研究。通过这些多组学技术，研究人员发现FHN软骨细胞中糖酵解相关代谢物的水平显著上升，而线粒体氧化磷酸化相关代谢物则明显减少。这些结果表明，FHN软骨细胞发生了显著的代谢重编程，从以OXPHOS为主的代谢模式转向以糖酵解为主的代谢模式。

### 实验结果

通过组织学分析，研究人员发现FHN鸡只的股骨头软骨组织出现了明显的病理变化，包括细胞内空泡化、细胞外基质降解以及软骨结构的破坏。这些变化与软骨细胞的代谢失衡密切相关。进一步的分子生物学分析显示，FHN软骨细胞中与基质合成相关的基因表达水平显著下降，而与基质降解相关的基因表达则明显上升。这些基因包括胶原蛋白Ⅱα1（Col2a1）、聚集蛋白（Acan）、胶原蛋白Xα1（Col10a1）、基质金属蛋白酶13（Mmp13）以及ADAMTS5等。这些基因的表达变化进一步证实了FHN导致的软骨细胞外基质破坏。

透射电镜分析显示，FHN软骨细胞中线粒体的数量显著增加，且线粒体的形态发生改变，呈现出融合的趋势。然而，在疾病发展到FHSL阶段时，线粒体的融合趋势减弱，而分裂增加，这可能反映了线粒体功能的进一步恶化。此外，FHN软骨细胞中的糖原储存明显减少，这一现象与软骨细胞代谢模式的改变密切相关。

在细胞层面，原代软骨细胞的代谢活性分析显示，FHN细胞的糖酵解能力显著增强，而线粒体氧化磷酸化能力则明显下降。这种代谢转变不仅影响了细胞的能量供应，还导致了细胞外基质的破坏。通过使用糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）处理FHN细胞，研究人员发现其代谢活性得到了一定程度的恢复，糖酵解相关的代谢物水平下降，而线粒体功能也有所改善。这些结果表明，糖酵解的抑制可能有助于缓解FHN软骨细胞的代谢失衡，从而减缓软骨细胞外基质的破坏。

### 讨论

本研究的结果表明，FHN软骨细胞的代谢模式发生了显著的变化，从以线粒体氧化磷酸化为主的代谢方式转变为以糖酵解为主的代谢方式。这种转变可能是为了应对FHN引起的代谢压力，通过增强糖酵解来维持细胞功能。然而，这种代谢重编程也可能带来一系列的负面影响，如氧化应激的增加、线粒体功能的减弱以及细胞外基质的破坏。

糖酵解的增强可能与软骨细胞的代谢需求有关。在FHN的背景下，软骨细胞可能需要更多的能量来应对病理变化，而线粒体氧化磷酸化的抑制则可能是由于线粒体功能的受损。这种代谢转变可能导致了细胞内乳酸的积累，从而进一步加剧了氧化应激和细胞损伤。此外，糖酵解的增强可能还影响了软骨细胞的生长和分化，导致细胞功能的紊乱。

研究还发现，FHN软骨细胞中某些与糖酵解相关的基因表达显著上调，如乳酸脱氢酶A（Ldha）和二磷酸甘油酸变位酶（Bpgm）。这些基因的表达变化可能反映了软骨细胞在应对代谢压力时的适应性调整。然而，这些基因的上调也可能对软骨细胞的正常功能产生不利影响，从而加速软骨细胞外基质的破坏。

### 结论

综上所述，本研究首次系统地揭示了FHN鸡只股骨头软骨细胞的代谢特征。研究结果表明，FHN软骨细胞发生了显著的代谢重编程，表现为糖酵解能力的增强和线粒体氧化磷酸化能力的下降。这种代谢转变不仅影响了细胞的能量供应，还可能导致了软骨细胞外基质的破坏。通过模拟这种代谢转变，研究人员发现，糖酵解的增强可能导致了软骨细胞外基质的失衡，而糖酵解的抑制则有助于恢复软骨细胞的正常功能。这些发现为FHN的病理机制提供了新的视角，并为开发有效的防治策略奠定了理论基础。