p75NTR通过BDNF-p75NTR轴调控软骨形成与力学适应以维持颞下颌关节发育和稳态

《SCIENCE ADVANCES》：p75NTR orchestrates chondrogenesis and mechanoadaptation to preserve temporomandibular joint development and homeostasis

　　

颞下颌关节（TMJ）对于咀嚼、言语和吞咽等口腔功能至关重要。损害这些功能的颞下颌关节紊乱病显著降低患者的生活质量，目前可用于改善这些病症的治疗策略很少。在此，研究人员发现神经营养因子受体（p75NTR）是下颌髁状突软骨发育、力学适应和稳态的中枢调节因子。p75NTR缺失导致髁突和关节盘发育不全、软骨细胞数量减少、负荷诱导的合成代谢受损以及退行性变化加速。条件性敲除实验证明，脑源性神经营养因子（BDNF）–p75NTR轴具有软骨细胞自主性需求，该轴激活磷脂酰肌醇3-激酶AKT丝氨酸/苏氨酸激酶和p38丝裂原活化蛋白激酶信号，促进增殖和软骨分化，同时抑制凋亡。退行性病变的人髁突显示p75NTR表达水平降低。综上所述，这些数据确立了p75NTR作为整合神经营养和机械信号以维持出生后TMJ结构的分子枢纽，并突出BDNF-p75NTR轴作为潜在治疗靶点。

颞下颌关节（TMJ）对咀嚼、言语和吞咽等口腔功能至关重要。颞下颌关节紊乱病（TMDs）影响全球约34%成人和27%儿童，但目前缺乏有效的疾病修饰治疗。神经营养因子及其受体除调节神经系统外，还可能参与软骨生长与稳态；p75NTR此前被鉴定为具有高软骨形成潜能的间充质干细胞标志物，并在TMJ中高表达，但其在TMJ中的具体功能尚不清楚。研究人员为此开展系统研究，发现p75NTR是TMJ发育、力学适应和稳态维持的中枢调节因子。该研究采用多种转基因小鼠模型、机械加载模型、单细胞转录组学及人类TMJ标本分析，证明p75NTR通过BDNF-p75NTR轴激活PI3K-AKT和p38 MAPK信号，促进软骨细胞增殖与分化并抑制凋亡；p75NTR缺失导致髁突和关节盘发育不全、负荷诱导合成代谢受损及进行性退变。人类退变髁突中p75NTR表达降低，提示该分子可作为治疗靶点。相关论文发表在《SCIENCE ADVANCES》。

关键技术方法：研究人员运用几何形态测量分析（GMA）和微计算机断层扫描（micro-CT）及磷钨酸（PTA）增强micro-CT评估下颌骨与TMJ三维形态；构建Prx1-CreERT和Acan-CreERT2条件性敲除模型；采用强制开口机械加载模型；进行组织学与免疫荧光分析；对4周龄p75^+/+和p75^?/?小鼠髁突软骨进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）和 bulk RNA-seq；使用小鼠骨髓间充质干细胞（mBMSCs）和人类牙髓间充质干细胞（hDMSCs）进行3D微球培养及Western blot和qPCR。人类健康TMJ样本来自Donor Network West和加州大学旧金山分校（UCSF）VITAL core，退变样本来自全关节置换手术。

研究结果：
1. p75NTR是下颌骨和软骨正常发育所必需：通过GMA、主成分分析和micro-CT发现，p75^?/?小鼠下颌骨和髁突体积显著减小，髁突扁平狭窄，关节盘变薄，表明p75NTR缺失导致下颌骨和TMJ发育不全。
2. p75NTR通过软骨特异性信号调控TMJ结构：组织学和免疫荧光显示p75^?/?小鼠髁突软骨各层变薄、软骨基质减少、软骨分化标志物（SOX9、BMP2、IHH、RUNX2、COL10A1）表达降低；软骨特异性p75Acan敲除小鼠重现类似表型，证明p75NTR以软骨细胞自主方式发挥作用。
3. p75NTR通过促进软骨细胞增殖和抑制凋亡介导负荷诱导的合成代谢重塑：在强制开口加载模型中，p75^+/+小鼠髁突软骨出现增厚和基质增加，而p75^?/?和p75Acan小鼠不能诱导合成代谢反应，同时TUNEL阳性凋亡细胞显著增加，说明p75NTR是力学适应性合成代谢所必需。
4. p75NTR维持成年小鼠TMJ稳态并防止退变：12周龄和1岁p75^?/?小鼠均出现软骨变薄、OARSI评分升高、凋亡增加和破骨细胞活性增强，呈TMJ骨关节炎样改变；6月龄p75Acan小鼠也出现年龄相关退变加重，表明p75NTR在成年期保护TMJ免于退行性病变。
5. p75NTR调控TMJ软骨发育与生长：胚胎期E16.5和出生后P0时基因型间无明显差异，从P7起p75^?/?小鼠关节盘厚度、软骨厚度和Ki-67阳性细胞显著减少，软骨分化标志物（PRG4、BMP2、IHH、RUNX2）下降，提示p75NTR在出生后发育阶段发挥关键作用。
6. BDNF-p75NTR信号控制TMJ软骨细胞维持与分化：scRNA-seq显示p75^?/?髁突中软骨细胞比例下降而免疫细胞比例升高，BDNF信号通路显著富集；体外实验中BDNF以p75NTR依赖方式增强mBMSCs和hDMSCs的软骨分化，并激活AKT和p38磷酸化；p75^?/?细胞增殖降低、凋亡增加，而BDNF和TrkB表达无基因型差异，说明表型源于p75NTR缺失。
7. 人类病变髁突中p75NTR表达低于健康髁突：qPCR显示退变性TMJ髁突纤维软骨中p75NTR及软骨标志物（PRG4、ACAN、IHH、COL2A1）和增殖标志物（MKI67）表达显著降低，而降解标志物ADAMTS5和凋亡标志物TP53、BAX表达升高，提示p75NTR参与人类TMJ稳态维持。

讨论部分总结：研究人员认为p75NTR是整合神经营养信号和机械信号以协调TMJ生长和维持终生稳态的分子枢纽。出生后p75NTR缺失引起的发育缺陷与IHH信号受损及机械转导障碍有关；BDNF-p75NTR轴通过PI3K-AKT和p38 MAPK通路调节IHH、增殖和存活。p75NTR缺失还伴随免疫细胞特别是中性粒细胞浸润，可能与其抗炎功能丧失有关。研究存在局限性，包括动物实验仅用雄性小鼠、关节盘变薄的机制未完全阐明、软骨特异性衰老分析年龄点不一致以及人类组织样本量较小且缺乏临床信息。结论部分翻译为：总之，该研究确立了p75NTR作为TMJ结构的分子守护者，为TMJ发育和终生维持所必需。机制上，p75NTR将BDNF与PI3K-AKT和p38 MAPK信号偶联，促进软骨细胞增殖与分化，抑制凋亡和炎性浸润。p75NTR缺失将适应性合成代谢转为分解代谢性退变，导致髁突和关节盘发育不全、负荷诱导重塑受损和进行性类骨关节炎样病理。