来自髌下脂肪垫的细胞因子Apelin通过调节滑膜中神经生长因子的表达，从而在MIA（小鼠膝关节损伤）诱导的骨关节炎模型大鼠中加剧膝痛

《Osteoarthritis and Cartilage》：Apelin from the infrapatellar fat pad contributes to knee pain in MIA-induced osteoarthritis model rats by regulating nerve growth factor expression in the synovium

摘要

目的

骨关节炎（OA）的特点是软骨逐渐丧失，是导致慢性疼痛和残疾的主要原因之一。髌下脂肪垫（IFP）是一种与滑膜接触的脂肪组织，与膝关节OA疼痛有关。然而，将IFP与疼痛联系起来的分子机制仍不甚清楚。在本研究中，我们探讨了IFP可能作为一种介导膝关节OA疼痛的因子。

设计

通过向Sprague Dawley雄性和雌性大鼠的关节内注射单碘乙酸（MIA）来诱导膝关节OA，同时以生理盐水作为对照组。使用压力应用测量（n=7）和von Frey测试（n=6–7）评估MIA模型大鼠的疼痛相关行为。对MIA模型和对照组大鼠的IFP组织进行RNA测序（n=4）。通过定量聚合酶链反应检测apelin及其受体APJ的表达水平，并利用免疫荧光技术观察APJ的分布。通过向关节内注射[Pyr1]-apelin-13（APJ拮抗剂）、ML221和抗NGF抗体来研究apelin和神经生长因子（NGF）在膝关节疼痛中的作用。

结果

研究发现，apelin信号通路是与膝关节OA大鼠IFP中差异表达基因相关的最显著通路。apelin在IFP中的表达上调，而[Pyr1]-apelin-13的关节内注射会导致膝关节疼痛（在PAM测试中，第1天的平均疼痛差异为?294.8克，95%置信区间为?487.3至?102.3克）。膝关节OA患者的滑膜细胞中APJ的表达显著增加。APJ拮抗剂ML221能够缓解膝关节疼痛（在PAM测试中，第1天的平均疼痛差异为239.9克，95%置信区间为125.3至354.6克），同时滑膜中的NGF表达减少。[Pyr1]-apelin-13引起的膝关节疼痛可被抗NGF抗体抑制（在PAM测试中，第1天的平均疼痛差异为234.9克，95%置信区间为124.9至344.9克）。

结论

我们的研究结果表明，apelin通过调节MIA模型大鼠滑膜中的NGF表达来引起膝关节疼痛。因此，针对apelin信号通路可能提供一种新的膝关节OA疼痛缓解疗法。

引言

与骨关节炎（OA）相关的慢性疼痛表现为软骨逐渐丧失和滑膜炎症，给OA患者带来了巨大的负担[1]。现有的OA疼痛缓解药物，如非甾体抗炎药和皮质类固醇，只能提供轻微的疼痛缓解，并且长期使用可能会引起严重的不良反应[2][3][4]。基于OA疼痛病因学确定新的治疗靶点，有望带来更安全、更有效的治疗方法[5]。

髌下脂肪垫（IFP）是一种位于髌骨后方下方的脂肪组织，与滑膜接触。以前认为IFP主要起机械缓冲作用，在关节受压时保护软骨和滑膜；然而，它还通过分泌多种生物活性介质参与关节稳态和病理过程[6][7]。值得注意的是，IFP分泌的脂肪因子和细胞因子会促进OA中的软骨退化和滑膜炎症[6][7]。此外，多项研究表明IFP也与OA相关的膝关节疼痛有关。病理分析显示，IFP的纤维化变化与膝关节疼痛强度呈正相关[8]。磁共振成像还表明，IFP的最大横截面积与膝关节疼痛强度呈负相关[8][9][10]。尽管如此，将IFP与膝关节OA疼痛联系起来的分子机制仍不完全清楚。

Apelin是一种肽类物质，作为G蛋白偶联受体APJ（假设与AT1受体相关）的内源性配体[11]。Apelin在包括大脑和脂肪组织在内的多种器官中产生[12][13]，并具有多种生理作用，如调节心血管系统、促进血管生成和抗炎[14][15][16]。此外，apelin在膝关节OA中的软骨退化过程中起作用，具体表现为通过促进软骨细胞中基质金属蛋白酶（MMPs）和白细胞介素（IL）-1β的表达而发挥降解作用[17]。在膝关节OA患者中，滑液中的apelin水平与关节畸形的放射学严重程度呈正相关[18]。另一方面，apelin在疼痛处理中具有双重作用：在 формальин 测试的后期阶段以及坐骨神经结扎引起的神经病理性疼痛模型中，apelin会增强疼痛[19][20]；而在压迫性脊髓损伤、热板和尾巴甩动测试中，apelin则具有镇痛作用[21][22][23]。然而，apelin是否参与膝关节OA疼痛尚不清楚。

本研究的目的是阐明单碘乙酸（MIA）诱导的OA模型大鼠中IFP作为膝关节OA疼痛潜在介导因子的作用。此外，我们还研究了通过综合基因表达分析确定的apelin在膝关节OA疼痛模型中的参与情况，并分析了其潜在机制。

内容片段

动物

所有涉及动物的实验程序均按照我们的协议进行，这些协议已获得日本医科大学动物护理和使用委员会的审查，并得到该校校长的批准（批准编号：2020-042和2025-030）。所有动物实验均遵循ARRIVE指南[24]。实验所用Sprague Dawley雄性和雌性大鼠（7–10周龄，体重200–220克）由Sankyo Labo Service Corporation提供。

OA模型大鼠IFP中与apelin脂肪细胞信号通路相关的基因发生紊乱

通过关节内注射单碘乙酸（MIA）诱导的OA大鼠在PAM测试中的爪子撤回阈值或发声阈值较低（n=7；图1A），表明出现了关节线压痛。同样，从第3天到第14天，爪子撤回阈值（通过von Frey测试评估）也有所降低（对照组n=7，MIA组n=6；图1B），表明机械性痛觉过敏已经发展[26]。

为了探索基因...

讨论

本研究发现，apelin在IFP中的表达上调，并导致了大鼠的膝关节疼痛。此外，[Pyr1]-apelin-13的关节内注射会引起膝关节疼痛，而APJ拮抗剂则可以缓解这种疼痛。从机制上看，apelin通过调节滑膜中的NGF表达来引起疼痛，因为在膝关节OA中APJ的表达上调。这些结果表明，IFP中apelin的上调通过调节滑膜中的NGF表达从而加剧了膝关节疼痛。

资金来源的作用

本研究得到了日本学术振兴会（KAKENHI）的支持（N.H.获得JP21K16719资助，A.S.获得JP23K27493资助）。资金来源未参与研究设计、数据收集与分析、论文撰写以及论文发表的决定。

CRediT作者贡献声明

KA、NH和AS设计了这项研究。KA、NH、DS和AS进行了实验并收集数据。KA和NH分析了数据。KA撰写了初稿，NH和AS审阅并修改了论文。TM、MH、RA和AS监督了整个研究过程。所有作者都对本文作出了贡献，并同意了最终版本。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本论文的过程中，作者使用了ChatGPT-4o、-5.1和-5.2来提高可读性和整体语言质量。所有内容随后均由作者进行了审阅和修改，作者对最终论文内容负全责。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢Mayuri Nakajima和Yasunori Mikahara提供的技术支持。同时感谢Edanz（https://jp.edanz.com/ac）的Bronwen Gardner博士对本文草稿的编辑工作。

Keisuke Atsumi|Naoya Hoshikawa|Daiki Saito|Ryosuke Arakawa|Tokifumi Majima|Makoto Hirao|Atsushi Sakai

日本医科大学骨科手术系，东京文京区Sendagi 1-1-5，113-8602，日本