Prim-O-葡萄糖基西米夫ugin通过IGF1R/JAK2/STAT3通路调节自噬，从而缓解骨关节炎

《Phytomedicine》：Prim-O-glucosylcimifugin alleviate osteoarthritis through regulates autophagy via IGF1R/JAK2/STAT3 axis

　　•在手术诱导的骨关节炎大鼠模型中，POG可通过调节细胞外基质代谢并减轻软骨降解，从而延缓骨关节炎的进展。•POG能够抑制炎症并促进骨髓间充质干细胞的成软骨分化，进而延迟骨关节炎的发生。•POG通过靶向胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）来缓解骨关节炎症状。•POG通过IGF1R/JAK2/Stat3信号通路减少细胞外基质的降解，并调节自噬过程。

引言
骨关节炎是一种慢性退行性关节疾病，其典型病理特征包括关节软骨降解、关节边缘的反应性增生、异常的软骨下骨重塑、骨赘形成以及滑膜炎症（Sharma 2021）（Sharma, 2021; Katz et al., 2021; Yue and Berman, 2022）。随着全球人口老龄化进程的加快，骨关节炎已成为一个日益严重的健康问题。例如在中国（Yuan et al., 2024），女性膝关节骨关节炎的患病率为42.8%，男性为21.5%，而有症状的膝关节骨关节炎患者占比为8.1%（Tang et al., 2016）。该疾病是导致身体残疾和生活质量下降的重要原因（Roos and Arden, 2016; Martel-Pelletier et al., 2016）。值得注意的是，晚期骨关节炎患者往往需要接受关节置换手术，这会给他们带来沉重的经济负担（Musumeci et al., 2015）。尽管已经确定了多种骨关节炎的风险因素（Silverwood et al., 2015），但其确切的发病机制以及有效的治疗策略仍有待进一步研究。

自噬是一种重要的细胞稳态机制，能够在各种生理和病理条件下帮助清除受损的细胞器并回收细胞内的巨分子。这一过程受细胞营养、生长因子以及细胞内氧化还原状态等因素的调控，这些因素会抑制自噬体的形成（Liu et al., 2021a; Maiti et al., 2019）。越来越多的证据表明，自噬在骨关节炎的发病过程中具有保护作用（Lotz and Caramés, 2011; Wang et al., 2018d; Horigome et al., 2020）。研究表明，与骨关节炎软骨相比，正常人软骨中UNC-51样激酶1（ULK1）、Beclin1和LC3-II等与自噬相关的基因表达水平更高（Cheng et al., 2023; Caramés et al., 2010b; Zhang et al., 2015f）。此外，作为mTORC1抑制剂的雷帕霉素已被证明可以增强软骨中的自噬信号传导，降低基质金属蛋白酶（MMP13、MMP3、ADAMTS5）、血管内皮生长因子（VEGF）的表达，同时减少软骨细胞的凋亡，从而为预防骨关节炎提供有力保护（Caramés et al., 2012a; Yang et al., 2020b）。功能基因组学研究进一步阐明了软骨健康与自噬之间的关系；例如，在老年小鼠中删除ATG5基因会加剧骨关节炎症状，包括软骨纤维化、蛋白聚糖丢失，还会促进软骨细胞凋亡，加重与年龄相关的骨关节炎病变（Bouderlique et al., 2016）。因此，激活自噬或许有望成为防止骨关节炎中关节软骨降解的有效治疗靶点，不过其背后的机制仍需进一步研究。

胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）属于胰岛素样生长因子受体超家族的一种跨膜酪氨酸激酶。它通过调控Ras/Raf/mitogen-activated蛋白 kinase（MAPK）以及磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路，在调节细胞周期进展、细胞迁移及细胞凋亡方面发挥着关键作用。该受体的异常活化与多种实体瘤中该受体表达水平的显著升高有关（Forbes et al., 2020）。在皮肤伤口修复过程中，痤疮愈合后形成的增生性瘢痕早期阶段IGF1R的表达会明显上升，这提示它可能参与了瘢痕的生成过程（Yang et al., 2018c）。值得注意的是，作为一种自噬激活剂，PPP的作用机制涉及同时抑制IGF1R信号轴及其下游效应物AKT/mTORC1复合物。这说明阻断该受体或其下游的PI3K/AKT/mTOR信号级联反应，就能够有效激活自噬及其他应激适应反应系统（Gu et al., 2004; Troncoso et al., 2012; Galluzzi et al., 2014）。在抗结核治疗中，临床级别的双靶点IGF1R/IR抑制剂林西替尼能够显著抑制受体的磷酸化反应。它不仅能直接杀死结核分枝杆菌，还能降低THP1巨噬细胞中磷酸化的mTOR和p62的表达水平。同时，它还能提高LC3B-II的脂质结合程度以及自噬体的数量，从而增强自噬活性。联合用药研究显示，单独使用LIN或与贝达喹啉联合使用，都可以通过调节自噬途径，抑制野生型及异烟肼耐药结核分枝杆菌的细胞内增殖（Wang et al., 2022b）。本文将阐述IGF1R在骨关节炎中保护软骨的作用。

Janus激酶2/信号转导和转录激活因子3（JAK2/STAT3）信号通路是一种高度保守的细胞通讯系统，在炎症级联反应及免疫调节中起着关键作用。近期研究显示，该通路通过维持软骨代谢稳态、调节炎症微环境以及影响程序性细胞死亡，在骨关节炎的发病过程中发挥着重要的调控功能。这些发现表明，JAK2/STAT3或许可以作为治疗骨关节炎的潜在分子靶点（Chen et al., 2023b）。机制研究显示，胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）可以通过磷酸化修饰激活经典的PI3K/AKT以及Ras/MAPK信号通路，进而调控多种细胞生物学过程（Simpson et al., 2017）。本研究创新性地发现，特异性抑制IGF1R的表达可以同时降低Ras/MAPK和JAK/STAT信号通路的磷酸化及活化水平（Fang et al., 2023），为进一步探究IGF1R与JAK2/STAT3信号通路在骨关节炎发病过程中的协同作用提供了重要的理论依据。

Prim-O-葡萄糖基西米弗ugin（POG）是一种主要从宽叶防风中提取的显色化合物，传统上被用于治疗感冒、类风湿性关节炎和癌症等多种疾病（Zhang et al., 2017d）。它的药理作用包括抗菌、抗癌、抗氧化、退热、抗炎和镇痛效果（Chen et al., 2013c; Wu et al., 2016e; Yin et al., 2022; Gao et al., 2019; Zhao et al., 2012b; Liao et al., 2017; Ping et al., 2018）。由于其强大的抗炎作用，POG近年来受到了越来越多的关注。研究表明，POG可以通过抑制JAK2/STAT3信号通路来减轻炎症，进而降低INOS和COX-2的表达水平，同时减少LPS诱导的RAW 264.7巨噬细胞中一氧化氮、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素及IL-6等炎症介质的生成（Zhou et al., 2017b）。此外，还有研究显示，POG可以通过抑制MAPK和NF-κB等促炎信号通路，减少炎症介质的生成，并恢复肠道屏障的完整性，从而对溃疡性结肠炎起到保护作用（Yin et al., 2022）。另外，POG还能通过抑制TGF-β1/PI3KCD/MSK2/RELA信号通路，降低感染甲型流感病毒的鼠只肺部中IL-6和TNF-α的表达水平，从而缓解病毒性肺炎（Wu et al., 2024a）。POG还能通过双重抑制mTOR和NF-κB通路并激活自噬，提升功能受损的衰老TSPCs的机能和干细胞特性（Wang et al., 2023a）。最新研究还表明，POG可以通过介导lncRNA XIST来调控Nav1.7，进而延缓软骨的退化（Fu et al., 2024）。不过，POG在骨关节炎中发挥作用的精确机制仍有待阐明。基于这些研究结果，我们推测POG可能是通过IGF1R/JAK2/STAT3轴来调节软骨细胞的自噬，从而为骨关节炎患者提供一种有前景的治疗策略。

试剂与抗体
Prim-O-葡萄糖基西米弗ugin（ABL0209）购自alfabiotech公司。AG490（HY-12000）、Fedratinib（HY-10409）、氯喹（HY-17589A）、雷帕霉素（HY-10219）、林西替尼（HY-10191）购自MCE公司。重组人IL-1β蛋白（201-LB）和重组大鼠IL-1β蛋白（501-RL）购自R&D Systems公司。针对ACAN（68350-1-Ig）、MMP3（66338-1-Ig）、INOS（22226-1-AP）、II型胶原（28459-1-AP）、IGF1R（66283-1-Ig）的抗体购自Proteintech公司。

POG可提升软骨细胞的合成代谢并抑制分解代谢
为了研究POG对软骨细胞增殖和代谢的影响（图1A），我们使用了MTT和EDU检测软骨细胞的存活情况。首先，将大鼠软骨细胞和SW1353细胞分别用浓度为0、1.25、2.5、5、10、20、40、80或160 μM的POG处理24小时和48小时（见补充图1A）。实验结果表明，在0到160 μM的浓度范围内，POG对大鼠软骨细胞和SW1353细胞均无细胞毒性作用。白细胞介素-1β是一种重要的促炎因子……

讨论
在本研究中，我们通过全面的实验分析，旨在阐明POG在骨关节炎治疗中的多重作用机制。利用大鼠原代软骨细胞和SW1353细胞系进行的体外实验表明，IL-1β能够显著促进细胞外基质合成的合成代谢过程，同时抑制降解基质酶的活性。此外，它还能有效抑制软骨纤维化，保护软骨结构……

结论
本研究表明，IGF1R在大鼠骨关节炎模型中起着重要作用，而POG则具有作为骨关节炎治疗药物的潜力。具体而言，POG处理能够显著减少DMM诱导的大鼠软骨细胞以及IL-1β刺激的大鼠软骨细胞和SW1353细胞中的细胞外基质降解，同时促进其合成。通过激活IGF1R/JAK2/Stat3信号通路，POG能够启动自噬机制，从而缓解骨关节炎症状。

数据可用性声明
本研究期间生成和/或分析的数据，可在合理请求下从相应作者处获取。

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CRediT作者贡献声明
杨磊：写作——审阅与编辑、资金获取、概念构思。何文杰：写作——初稿撰写、实验研究。冯娟：写作——初稿撰写、实验研究。黄玉民：实验支持、资金获取。

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利益冲突声明
作者们声明不存在任何可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系：黄玉民表示其研究工作所用的经费由中国制药公司提供。其他作者则声明自己没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

未被引用的参考文献
Luo et al., 2017

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杨磊：写作——初稿撰写、指导、软件使用、资源获取、项目管理、方法设计、实验研究、资金获取、正式分析、数据整理。冯娟：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化处理、验证、指导、软件使用、资源获取、项目管理、方法设计、实验研究、正式分析。何文杰：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、可视化处理、验证、指导、软件使用、资源获取……

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作者们声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。杨磊|冯娟|何文杰|黄玉民