甜菜碱通过 WDR81 促进根尖乳头干细胞（SCAPs）软骨分化及颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）软骨修复的研究

《Stem Cell Research & Therapy》：Betaine enhances SCAPs chondrogenic differentiation and promotes cartilage repair in TMJOA through WDR81

为解决颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）治疗难题，研究人员开展了甜菜碱对根尖乳头干细胞（SCAPs）软骨分化影响的研究。结果发现甜菜碱可促进 SCAPs 软骨分化，增强其治疗 TMJOA 的效果，WDR81 可能是潜在药物靶点，为 TMJOA 治疗提供新思路。

　　在人体的口腔与面部之间，颞下颌关节就像一个精密的 “小零件”，默默发挥着重要作用。然而，颞下颌关节骨关节炎（Temporomandibular Joint Osteoarthritis，TMJOA）却如同一个 “捣乱分子”，常常来破坏它的正常运转。TMJOA 以关节软骨损伤、滑膜和软骨下骨改变为特征，在人群中的患病率约为 8 - 35%，每年给全球带来约 40 亿美元的经济负担，且这一数字还呈上升趋势。传统的临床治疗方法，如口服抗炎镇痛药、关节腔内注射润滑剂和骨代谢调节剂等，大多只能缓解症状，随着时间推移效果会大打折扣；而手术治疗虽用于严重关节损伤，但创伤大、成本高，还存在手术失败和并发症的风险，给患者带来沉重的经济和身体负担。此外，软骨中有限的血管结构也阻碍了信号分子的交换、祖细胞的迁移以及营养物质和氧气的供应，使得软骨组织的有效修复变得困难重重。

为了攻克这一难题，首都医科大学的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上。研究表明，甜菜碱（Betaine）能够促进根尖乳头干细胞（Stem Cells from the Apical Papilla，SCAPs）的软骨分化，并且经甜菜碱处理的 SCAPs 在 TMJOA 模型中可促进软骨恢复。这一发现为 TMJOA 的治疗提供了新的方向，也为间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）在临床治疗中的应用开拓了更广阔的前景。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过细胞培养技术获取并培养 SCAPs；其次，利用 RNA 测序（RNA-seq）筛选与甜菜碱作用相关的基因；然后，借助实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）检测基因表达水平；另外，采用微 CT 和组织学检查评估关节软骨和软骨下骨的变化情况；还运用了慢病毒转染技术构建稳定细胞系，以研究相关基因的功能 。

研究结果

1. 甜菜碱促进 SCAPs 软骨分化：研究人员首先对甜菜碱的有效处理浓度进行筛选。通过细胞计数试剂盒 - 8（CCK-8）检测发现，培养 24 小时后，不同浓度甜菜碱处理的 SCAPs 活力均有不同程度提升；培养 48 小时后，5mM 甜菜碱组细胞活力最高，达到 107.90%，因此后续实验选用 5mM 甜菜碱。在软骨分化诱导实验中，甜菜碱处理组的软骨特异性标记物 COL2、COL5 和 SOX9 的 mRNA 表达显著上调。阿尔辛蓝染色显示，甜菜碱处理的 SCAPs 产生的糖胺聚糖增多；免疫荧光染色也从蛋白质水平证实了相关标记物荧光强度增强。在三维培养体系中，甜菜碱处理的 SCAPs 经天狼星红染色后，显示出更高的软骨形成潜力。
2. 甜菜碱增强 SCAPs 治疗 TMJOA 软骨退变的效果：利用微 CT 对大鼠 TMJOA 模型进行检查，发现 MIA 诱导的 TMJOA 模型组髁突出现严重骨损伤和软骨下不连续；SCAPs 治疗组损伤有所减轻，但仍存在一定程度的软骨和软骨下骨破坏；而 MIA/SCAPs/ 甜菜碱组损伤明显减少，外观改善。番红 O 染色和苏木精 - 伊红（HE）染色结果显示，甜菜碱的添加进一步增强了 SCAPs 对软骨的修复作用，Mankin 评分也表明甜菜碱处理组在结构完整性和软骨基质方面改善最佳。
3. 甜菜碱上调 WDR81 的表达：为探究甜菜碱诱导软骨形成的机制，研究人员进行 RNA-seq 分析。结果显示，与未处理组相比，甜菜碱处理组有 1240 个基因上调，1153 个基因下调。基因本体（GO）富集分析表明，甜菜碱影响蛋白质定位到线粒体膜的过程；京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析显示其参与多个信号通路。同时，甜菜碱处理降低了细胞内活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）水平，提高了线粒体膜电位。WDR81 作为测序中高表达且经甜菜碱处理后上调约 10 倍的基因，定位于线粒体，可能通过线粒体途径参与甜菜碱对 SCAPs 分化的调控。进一步实验证实，在 SCAPs 软骨分化诱导过程中，甜菜碱可上调 WDR81 的表达。
4. WDR81 对 SCAPs 软骨分化的影响：研究人员构建了过表达和敲低 WDR81 的稳定细胞系。过表达 WDR81 的 SCAPs 中，软骨分化标记物 COL2、COL5 和 SOX9 表达显著上调，糖胺聚糖和胶原蛋白纤维产量增加，细胞内 ROS 水平降低，线粒体膜电位升高；而敲低 WDR81 则抑制了 SCAPs 的软骨分化，导致相关标记物表达下降，ROS 水平升高，线粒体膜电位降低 。
5. WDR81 增强 SCAPs 治疗 TMJOA 软骨退变的效果：在大鼠 TMJOA 模型实验中，微 CT 分析显示，MIA/SCAPs/WDR81 组的软骨和软骨下骨修复能力最强，Mankin 评分也表明该组在软骨结构完整性方面改善最显著。HE 和番红 O 染色结果显示，WDR81 过表达促进了软骨中蛋白多糖的恢复，免疫组化染色和定量分析表明该组 COL2 表达最高。

研究结论与意义

综上所述，该研究表明甜菜碱可通过 WDR81 促进 SCAPs 软骨分化，并在 TMJOA 模型中促进软骨恢复。这一研究成果拓展了间充质干细胞的临床应用潜力，为 TMJOA 的治疗提供了有效的候选药物 —— 甜菜碱，同时 WDR81 有望成为通过线粒体自噬治疗 TMJOA 的潜在药物靶点，为未来 TMJOA 的治疗开辟了新的方向，具有重要的理论和临床意义。