Atf3+衰老软骨细胞通过ANGPTL4通路介导半月板退变的机制研究

针对半月板衰老退变的分子机制不明问题，同济大学团队通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)发现Atf3+衰老软骨细胞在老年大鼠半月板中显著增加，其通过ANGPTL4-SDC4轴激活炎症通路（TNF/NF-κB），揭示了靶向清除衰老细胞或阻断ANGPTL4信号的治疗潜力，为骨关节炎(OA)防治提供新策略。

　　

论文解读

随着年龄增长，半月板退变成为膝关节骨关节炎(OA)进展的关键推手，但背后的细胞分子机制长期模糊不清。传统观点认为机械磨损是主因，然而近年研究发现，衰老相关的细胞应激和慢性炎症可能才是“隐形杀手”。半月板作为膝关节的“减震器”，其纤维软骨结构随年龄增长会出现胶原紊乱、蛋白聚糖流失，导致组织脆性增加。尽管已有研究鉴定出半月板干细胞群，但衰老如何重塑半月板细胞图谱仍属空白。更棘手的是，临床数据显示老年人半月板撕裂发生率显著升高，而现有治疗仅能缓解症状，无法逆转退变。这一系列问题促使研究者追问：衰老是否在半月板中“安插”了特定致病细胞？它们如何“腐蚀”组织微环境？

针对这一科学谜题，同济大学的研究团队在《Arthritis Research》发表了一项突破性研究。他们通过单细胞转录组学(scRNA-seq)结合多组学分析，首次绘制了衰老半月板的细胞图谱，鉴定出Atf3⁺衰老软骨细胞这一关键致病群体，并揭示其通过ANGPTL4-SDC4信号轴驱动退变的分子机制。这项研究不仅为理解半月板衰老提供了全新视角，更提出了靶向清除衰老细胞或阻断ANGPTL4通路的精准治疗策略。

关键技术方法
研究团队采用12周龄（年轻组）和24月龄（老年组）SD大鼠的半月板组织，通过组织消化和流式分选获取单细胞悬液，利用10x Genomics平台进行scRNA-seq。数据分析采用Seurat聚类、Monocle 2拟时序分析和CellChat细胞通讯预测，结合免疫组化(IHC)和qPCR验证关键靶点。

研究结果

衰老关节的病理特征
老年大鼠膝关节呈现典型OA表型：苏木精-伊红(H&E)染色显示滑膜增生，番红O染色显示软骨基质降解，OARSI评分显著升高。Micro-CT揭示老年组胫骨软骨下骨出现“高骨量低质量”重构——骨小梁厚度(Tb.Th)和骨体积分数(BV/TV)增加，但骨小梁数量(Tb.N)减少、分离度(Tb.Sp)增大，提示力学性能下降。

单细胞图谱揭示细胞群更迭
scRNA-seq鉴定出11个细胞簇，其中软骨细胞呈现三向分化：

1. Sox9⁺稳态软骨细胞：高表达Col2a1和Snorc（软骨特异性蛋白聚糖），在年轻组占比67.4%，老年组骤降至5.9%；
2. Fndc1⁺纤维软骨细胞：表达Col1a1和Postn，具祖细胞特性；
3. Atf3⁺衰老软骨细胞：高表达Cdkn1a(p21)、Cdkn2a(p16)和炎症因子（Ccl2、Bmp2），老年组占比从4.7%飙升至41.9%。

拟时序分析显示Atf3⁺细胞位于分化终点，伴随衰老评分(SASP/SenMayo)显著升高，提示其终末分化且不可逆。

Atf3⁺细胞的致病机制
GO分析表明Atf3⁺细胞富集衰老、缺氧和炎症通路（p53/MAPK/NF-κB）。SCENIC分析发现其受NFKB1/2调控，驱动基质降解酶(MMP1/13)分泌。免疫组化证实老年半月板中ATF3蛋白表达增加，与qPCR结果一致。

ANGPTL4-SDC4轴的发现
CellChat分析显示老年组细胞通讯中ANGPTL通路异常活跃，Atf3⁺细胞通过分泌ANGPTL4（血管生成素样蛋白4）与受体SDC4（多配体蛋白聚糖4）交互。IHC显示老年组ANGPTL4蛋白在软骨层沉积，qPCR验证其mRNA水平上调。既往研究提示ANGPTL4可促进滑膜成纤维细胞侵袭和破骨活化，本研究首次明确其在半月板衰老中的作用。

结论与意义
该研究系统阐明了衰老半月板中Atf3⁺软骨细胞通过ANGPTL4-SDC4轴加剧退变的级联反应：衰老→炎症因子释放→ECM降解→力学失衡→OA进展。这一发现为临床提供了双重干预靶点：清除衰老细胞（如Senolytics药物）或阻断ANGPTL4信号（如中和抗体）。值得注意的是，ANGPTL4在脂代谢和血管稳态中的多效性提示其可能跨界调控关节微环境，未来需探索其在滑膜-软骨-骨三重对话中的精确角色。研究同时提出科学反思：衰老细胞在组织修复中可能具有“双刃剑”效应，时空调控将是治疗关键。