缺氧诱导的铜死亡与骨关节炎分子互作机制及HIF-1α调控作用研究

本研究针对骨关节炎(OA)进展中缺氧微环境破坏与铜死亡(cuproptosis)的关联机制，通过体内外实验证实氧分压(pO2)升高通过下调HIF-1α促进SLC31A1/ATP7B介导的铜蓄积，触发DLAT寡聚化导致软骨细胞死亡。发现铜螯合剂TTM可逆转该过程，为OA治疗提供新靶点。

　　

骨关节炎作为困扰全球5亿人口的退行性关节疾病，其核心病理特征是关节软骨的进行性破坏。尽管已知年龄、创伤和肥胖是主要风险因素，但临床仍缺乏有效干预手段。有趣的是，正常关节软骨因无血管供应而处于独特缺氧状态，这种低氧微环境对维持软骨细胞稳态至关重要。然而在OA进展中，病理性血管侵入会打破缺氧平衡，但反常的是，软骨细胞并未因此恢复有氧代谢能力，反而出现线粒体功能障碍。这一矛盾现象背后的分子机制，尤其是氧分压变化如何影响软骨细胞命运，成为领域内亟待解决的关键问题。

来自长春中医药大学和吉林省人民医院的研究团队在《Redox Biology》发表的研究，首次揭示了缺氧-铜死亡轴在OA进程中的核心作用。研究人员通过建立大鼠OA模型和梯度氧浓度培养系统，结合人类OA软骨样本分析，发现随着OA进展，关节局部氧分压升高会通过铜转运蛋白SLC31A1/ATP7B失衡导致细胞内铜蓄积，进而诱发线粒体蛋白DLAT异常寡聚化，最终激活新型细胞死亡方式——铜死亡(cuproptosis)。

研究采用多组学技术手段：通过Micro-CT和步态分析评估大鼠OA模型进展；利用Hypoxyprobe缺氧探针检测关节氧分压动态变化；采用Alcian blue染色和qRT-PCR分析细胞外基质代谢；通过JC-1染色和DHE探针检测线粒体功能；结合免疫荧光和Western blot解析铜死亡关键蛋白DLAT的寡聚化状态；使用铜螯合剂TTM和HIF-1α稳定剂DMOG进行干预研究。

研究结果部分：
3.1节证实OA进展伴随关节氧分压升高，Micro-CT显示骨赘形成与软骨退化呈时间依赖性恶化。
3.2节发现高氧条件(7% O₂)显著抑制软骨细胞增殖，促进MMP13介导的ECM降解，细胞死亡率较1% O₂组增加3倍。
3.3节通过转录组分析揭示OA软骨糖代谢重编程特征，免疫组化显示铜死亡标志物LIAS表达较正常组升高48.9%，DLAT寡聚体在人OA软骨晚期显著聚集。
3.4节证明TTM处理可使细胞内铜水平降低80%，有效逆转DLAT寡聚化和线粒体膜电位异常。
3.6-3.7节阐明HIF-1α的核心调控作用——其沉默使ATP7B表达降低2.3倍而SLC31A1升高1.8倍，而DMOG处理可恢复缺氧保护效应，使COL2A1合成增加65%。

这项研究创新性地建立了"缺氧破坏-铜蓄积-线粒体蛋白毒性-软骨退化"的分子级联机制，其重要意义体现在三方面：首先，首次证实铜死亡是OA软骨细胞死亡的新形式，拓展了对关节退变机制的认识；其次，发现HIF-1α通过双重调控铜转运体维持金属离子稳态，深化了对缺氧保护机制的理解；最后，临床转化方面证实FDA已批准的铜螯合剂TTM具有治疗OA潜力，为开发靶向铜死亡的新型疗法提供理论依据。研究也存在一定局限，如未阐明HIF-1α调控SLC31A1/ATP7B的转录机制，TTM的关节靶向性仍需优化，这些为后续研究指明了方向。