机械敏感性离子通道Piezo1通过PI3K/AKT/mTORC1通路调控骨关节炎软骨细胞稳态的机制研究

本研究揭示了机械敏感性离子通道Piezo1在异常机械应力诱导的骨关节炎（OA）中的关键作用。通过大鼠内侧半月板失稳（DMM）模型和体外力学刺激实验，发现Piezo1在软骨损伤区域显著上调，并通过激活PI3K/AKT/mTORC1信号通路，导致软骨细胞合成代谢标志物COL2和ACAN减少，分解酶MMP3/13和ADAMTS5增加。使用特异性激动剂Yoda1和siRNA证实Piezo1直接调控软骨稳态失衡，而PI3K抑制剂LY294002和mTORC1抑制剂雷帕霉素可部分逆转该效应。这项研究为机械应力诱导OA的分子机制提供了新靶点。

　　

引言

骨关节炎（OA）是以关节软骨退变为核心的全关节疾病，机械超负荷是其重要诱因。作为软骨中唯一的细胞类型，软骨细胞通过感知机械刺激调控细胞外基质代谢。近年研究发现，机械敏感性离子通道Piezo1在软骨机械转导中起关键作用，但其在OA中的具体机制尚不明确。本研究通过体内外实验系统探究了Piezo1在异常机械应力诱导OA中的作用及下游信号通路。

材料与方法

采用8周龄SD大鼠建立DMM模型，通过组织学评分和免疫荧光分析软骨损伤区域Piezo1表达。体外分离4周龄大鼠原代软骨细胞，通过Flexcell系统施加17%循环张力应力（CTS），结合Yoda1激活和siRNA沉默实验。采用RNA测序筛选差异基因，Western blot检测PI3K/AKT/mTORC1通路蛋白，钙成像技术监测细胞内Ca²⁺动态。

结果

3.1 Piezo1在OA大鼠软骨损伤区域上调

DMM术后8周，内侧胫骨平台软骨外1/3和中1/3区（负重区）出现严重退变，Piezo1阳性细胞比例显著增加（p<0.01），而内1/3区无显著变化。免疫荧光显示损伤区COL2和ACAN明显减少。

3.2 机械应力通过Piezo1抑制软骨合成代谢

17% CTS处理12小时使软骨细胞形态伸长，伪足形成，伴随Col2和Acan mRNA降低50%（p<0.001），Piezo1蛋白表达增加2.3倍。siRNA沉默Piezo1可部分逆转CTS诱导的COL2和ACAN减少。

3.3 Piezo1激活导致软骨稳态失衡

10 μM Yoda1处理引发快速钙内流（峰值出现在100秒内），6小时后Piezo1蛋白上调1.8倍。持续激活12小时使分解酶MMP13、MMP3和ADAMTS5蛋白水平增加2-3倍（p<0.01），同时COL2降低60%。

3.4 PI3K/AKT/mTORC1通路介导Piezo1效应

RNA测序显示Yoda1显著富集PI3K/AKT通路（p<0.05）。Western blot证实Yoda1处理6小时使p-PI3K和p-AKT达到峰值，mTORC1复合体关键组分RAPTOR增加1.5倍。LY294002和雷帕霉素分别使Yoda1诱导的ACAN减少缓解40%和25%（p<0.05）。

讨论

本研究首次阐明Piezo1通过PI3K/AKT/mTORC1轴介导机械应力诱导的OA进程。值得注意的是，Piezo1激活还促进NF-κB核转位，提示其可能通过炎症通路协同作用。尽管GsMTx4等非特异性抑制剂限制体内验证，但该发现为开发靶向Piezo1的OA治疗策略提供了理论依据。

结论

异常机械应力上调软骨细胞Piezo1表达，通过PI3K/AKT/mTORC1通路破坏基质合成/降解平衡，最终导致OA进展。该通道及其下游分子可作为干预OA的新靶点。