KRT8通过激活线粒体自噬机制来维持骨关节炎中软骨细胞的凋亡及细胞外基质的降解：这一过程由PPARγ介导

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》：KRT8 activates mitophagy to preserves chondrocyte apoptosis and extracellular matrix degradation in osteoarthritis: A PPARγ-mediated mechanism

　　

摘要

骨关节炎（OA）是一种退行性关节疾病，其特征是关节软骨的丧失，这主要是由于软骨细胞的凋亡所致。线粒体自噬（一种选择性自噬过程，可清除受损的线粒体）的失调逐渐被认为在OA的发病机制中起着关键作用。通过对GEO数据集（GSE8077、GSE243421）的生物信息学分析，发现OA软骨中的角质蛋白8（KRT8）表达显著下调——KRT8是一种参与线粒体完整性的中间丝蛋白。因此，我们推测KRT8表达下调通过损害线粒体自噬促进了OA的进展。我们确证了来自人类OA患者的关节软骨中KRT8的表达显著降低（n = 13），而健康对照组中KRT8的表达正常（n = 11），这一发现也在 medial meniscus（DMM）不稳定诱导的大鼠OA模型以及IL-1β处理的小鼠软骨细胞中得到了验证。功能上，腺病毒介导的KRT8过表达在IL-1β刺激的软骨细胞中显著减少了细胞凋亡和细胞外基质的降解，而siRNA介导的KRT8敲低则产生了相反的效果。重要的是，KRT8增强了线粒体自噬的流量，这一效应被自噬抑制剂bafilomycin A1所阻断，从而证实了KRT8在线粒体自噬中的保护作用。机制上，KRT8促进了HIF-1α的表达上调，进而诱导了PPARγ的转录激活，而PPARγ是已知能促进OA中线粒体自噬的因子。使用GW9662药理学抑制PPARγ会逆转KRT8过表达的保护作用。在体内实验中，KRT8过表达减轻了DMM手术大鼠的软骨降解，并与PPARγ表达增加有关。总之，我们的研究表明，KRT8上调通过激活HIF-1α/PPARγ介导的线粒体自噬来缓解OA，从而减少软骨细胞的凋亡和软骨的破坏。这些发现将KRT8确定为OA的一个有前景的治疗靶点。

引言

骨关节炎（OA）是一种进行性的退行性关节疾病，是老年人致残的主要原因之一[1]、[2]。其主要临床表现包括关节疼痛和结构畸形，这些症状严重影响了患者的身体活动和生活质量[3]。OA的核心病理生理机制涉及关节软骨的逐渐退化以及软骨下骨的重塑[4]。软骨细胞作为关节软骨的功能单位，负责维持细胞外基质（ECM）[5]。ECM的降解是OA发病机制的一个标志性特征[6]。越来越多的证据表明，抑制软骨细胞的凋亡可以延缓OA的发展。因此，阐明OA中软骨细胞凋亡的分子机制可能有助于开发治疗OA的新策略。

线粒体是维持正常细胞功能的关键细胞器，负责调节能量代谢和程序性细胞死亡[7]。线粒体功能障碍越来越被认为是OA发病机制的一个重要因素[8]。具体来说，软骨细胞中的线粒体损伤会降低ATP的产生，从而干扰合成代谢过程和ECM的合成[9]，同时增加活性氧（ROS）的产生，这进一步加剧了线粒体损伤并诱导软骨细胞凋亡[10]、[11]。作为响应，细胞利用线粒体自噬（一种选择性自噬形式）来清除功能失调的线粒体，以维持内稳态[12]。越来越多的证据表明，线粒体自噬的失调参与了OA的进展。因此，针对性地调节软骨细胞中的线粒体自噬活动可能成为缓解OA病变的一个有前景的方法。

角质蛋白8（KRT8）属于II型角质蛋白家族，已被认为是一种调节线粒体形态和区室化的重要因子[13]、[14]。先前的研究支持KRT8在软骨稳态中的作用：在髓核中条件性敲除KRT8会加剧小鼠的椎间盘退化[15]，而在类似OA的大鼠（GSE8077）和IL-1β刺激的人类软骨细胞（GSE243421）中，KRT8的表达也有所降低。尽管存在这些关联，KRT8在OA中的确切作用仍不明确。值得注意的是，已有研究表明KRT8能够上调缺氧诱导因子1α亚基（HIF-1α）[16]，而HIF-1α是过氧化物酶体增殖活化受体γ（PPARγ）的上游正向调节因子[17]。由于PPARγ的激活已被证明可以增强线粒体自噬并抑制OA中的软骨细胞铁死亡[18]，我们推测KRT8通过激活HIF-1α/PPARγ轴来保护细胞，从而防止OA的进展。

在本研究中，我们通过在大鼠DMM手术模型中进行功能增强实验，在IL-1β处理的软骨细胞中进行功能丧失实验，来探讨KRT8在OA发病机制中的作用。结果发现，KRT8在体内和体外条件下均能减轻与OA相关的软骨细胞凋亡和细胞外基质降解。机制上，KRT8增强了线粒体自噬，其保护作用被线粒体自噬抑制剂bafilomycin A1所阻断。我们进一步发现，KRT8上调了HIF-1α的表达，后者又在软骨细胞中诱导了PPARγ的转录激活。PPARγ拮抗剂GW9662则抵消了KRT8在IL-1β刺激的软骨细胞中的益处。总体而言，我们的结果建立了一个新的KRT8/HIF-1α/PPARγ轴，通过促进保护性线粒体自噬来延缓OA的进展。

章节片段

数据集分析

为了识别参与OA进展的候选基因，我们从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库中检索了GSE8077和GSE243421数据集（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）。使用|Log₂FC| > 1和p < 0.01的标准，分析了这两个数据集的基因表达谱，以识别差异表达基因（DEGs）。此外，我们还从GeneCards网站下载了与线粒体自噬和OA相关的基因（https://www.genecards.org/），以便进一步筛选影响线粒体自噬的DEGs。

低表达的KRT8可能与OA病理相关

为了识别OA发病机制中的关键基因，我们在两个独立的数据集GSE8077（类似OA的大鼠软骨）和GSE243421（IL-1β刺激的人类软骨细胞）中进行了生物信息学筛选，分别获得了538个和3662个DEGs（图1A、B）。综合分析发现了144个共同的DEGs。其中，93个基因在两个数据集中表现出一致的表达变化，包括72个上调基因和21个下调基因，而其余51个基因的表达则没有明显变化

讨论

我们的研究表明KRT8是OA进展的关键调节因子。在OA样本中KRT8的表达显著下调，其恢复能够抑制软骨细胞凋亡和细胞外基质的降解，从而缓解OA。机制上，KRT8通过增强HIF-1α/PPARγ的表达来发挥作用，进而促进保护性线粒体自噬。这些发现揭示了一个新的KRT8/HIF-1α/PPARγ信号轴，在OA病理中具有潜在的治疗价值。

CRediT作者贡献声明

毛远福： 可视化、形式分析、概念化。范德超： 方法学、研究。赵子文： 研究、初稿撰写。南飞： 可视化、研究。张新元： 可视化。杨国富： 监督、概念化。刘畅： 编写、审阅与编辑。

伦理批准

涉及临床样本的实验符合赫尔辛基宣言，并获得了哈尔滨医科大学第一附属医院的伦理委员会批准（批准编号：2026200）。所有患者均已签署知情同意书。动物实验也获得了哈尔滨医科大学第一附属医院的伦理委员会批准（批准编号：2024126），并且按照《实验动物护理和使用指南》进行。

资助

不适用。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

毛远福|范德超|赵子文|南飞|刘畅|张新元|杨国富哈尔滨医科大学第一附属医院骨科，中国哈尔滨