《Advanced Biotechnology》：MYDGF as a telomerase activator and therapeutic target for osteoarthritis
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骨关节炎（osteoarthritis, OA）涉及进行性软骨破坏，其由软骨细胞功能受损及细胞外基质稳态失衡所驱动。然而，维持健康软骨细胞的关键上游调控因子仍未完全阐明。本研究报告骨髓源性生长因子（myeloid-derived growth factor,
骨关节炎（osteoarthritis, OA）涉及进行性软骨破坏，其由软骨细胞功能受损及细胞外基质稳态失衡所驱动。然而，维持健康软骨细胞的关键上游调控因子仍未完全阐明。本研究报告骨髓源性生长因子（myeloid-derived growth factor, MYDGF）是一种新型端粒酶活性调控因子，对软骨健康至关重要。研究人员利用携带TERT报告系统的全基因组CRISPR-Cas9筛选，鉴定出MYDGF为端粒酶的强阳性调控因子。功能研究表明，MYDGF在HeLa和ATDC5细胞中均正向调控TERT表达及端粒酶活性。在小鼠内侧半月板失稳（destabilization of the medial meniscus, DMM）手术OA模型中，MYDGF敲除（knockout, KO）小鼠表现出更严重的软骨损伤。相反，采用AAV病毒将MYDGF递送至膝关节腔内可部分缓解软骨损伤。转录组分析显示，MYDGF缺陷的软骨细胞中参与基质构建的关键通路下调，而炎症信号上调，表明细胞状态发生了转变。综上所述，本研究确立了MYDGF作为端粒酶与软骨基质稳态重塑的关键上游因子，将端粒酶功能与软骨细胞健康相关联。这些发现亦凸显MYDGF作为治疗骨关节炎的新兴靶点的潜力。
**论文解读：MYDGF通过调控端粒酶活性与软骨稳态参与骨关节炎发病机制的研究**
**一、研究背景与科学问题**
衰老是生物体结构与功能进行性退化的生物学过程，端粒缩短（telomere attrition）作为连接细胞衰老与机体衰老的关键环节，已在多种动物模型中得到验证。人类多数正常体细胞缺乏端粒酶活性，随着年龄增长，端粒逐渐侵蚀，驱动细胞进入生长停滞状态，最终促进机体衰老。骨关节炎（osteoarthritis, OA）是一种以进行性软骨破坏为特征的退行性关节疾病，关节软骨细胞的衰老是其发生发展的重要细胞学基础。研究表明，人关节软骨细胞衰老与端粒缩短密切相关，衰老相关β-半乳糖苷酶活性升高，细胞增殖能力与端粒长度显著下降。在长期损伤和慢性应激条件下，持续性端粒缩短可加速软骨细胞衰老进程，从而促进OA的发生发展。然而，维持健康软骨细胞端粒酶活性的关键上游调控因子尚未完全阐明。
骨髓源性生长因子（myeloid-derived growth factor, MYDGF）是一种多功能分泌蛋白，最初于2001年被鉴定，也被称为基质细胞衍生生长因子（SF20）或白细胞介素-25（IL-25）。MYDGF在多种细胞类型中表达，包括肝细胞癌细胞、脂肪细胞、人滑膜细胞及骨髓来源巨噬细胞，已被证实在心脏修复、糖尿病肾病、肝细胞癌发展和炎症反应中发挥重要作用。值得关注的是，MYDGF蛋白可在骨关节滑膜组织中检测到表达，提示其可能作为关节微环境中的内源性保护因子。基于以上背景，研究人员旨在探索MYDGF是否通过调控端粒酶活性参与软骨稳态维持及OA的发病过程。
**二、主要研究内容与发现**
本研究通过全基因组CRISPR-Cas9筛选结合TERT报告系统，鉴定出MYDGF为端粒酶活性的新型正调控因子，并系统阐明其在软骨稳态维持和OA保护中的关键作用。研究首先在HeLa细胞中利用p TERT-GFP报告系统进行全基因组CRISPR-Cas9筛选，通过MAGeCK分析鉴定出MYDGF为GFP阴性细胞群中富集最显著的候选基因之一。功能研究表明，敲低MYDGF可导致TERT mRNA水平下降和端粒酶活性显著降低，而过表达MYDGF则可增强端粒酶活性。这种调控效应在HeLa细胞、软骨细胞谱系ATDC5细胞和小鼠胚胎干细胞E14中均得到验证，表明MYDGF维持端粒酶功能的作用具有跨细胞类型的保守性。
进一步机制研究表明，外源性重组MYDGF蛋白能以剂量依赖方式增强多种人类细胞系的端粒酶活性。研究人员发现，网格蛋白介导的内吞抑制剂Dyngo-4a可完全阻断MYDGF增强端粒酶的能力，表明MYDGF须经细胞内吞发挥作用。此外，使用胞内钙螯合剂BAPTA-AM螯合胞内钙离子或用Hanks平衡盐溶液（HBSS）去除胞外钙离子后，MYDGF均无法再激活端粒酶，证实MYDGF功能同时依赖胞内和胞外钙信号。研究人员由此提出模型：外源性MYDGF蛋白首先经内吞进入细胞，随后激活钙依赖性信号通路，最终导致端粒酶活性升高。
在体内功能验证中，研究人员采用内侧半月板失稳（DMM）手术诱导OA小鼠模型，发现MYDGF敲除（KO）小鼠较野生型（WT）对照表现出更严重的软骨退化，组织学分析显示软骨降解和蛋白聚糖丢失加剧，OARSI评分显著升高。显微计算机断层扫描（micro-CT）显示KO小鼠出现骨赘形成增加和关节间隙变窄。相反，通过腺相关病毒（AAV）载体将MYDGF递送至关节腔内，可部分缓解软骨损伤，表现为软骨侵蚀减少、蛋白聚糖保留增加、软骨表面更完整，同时减少骨赘体积和软骨下骨硬化。
为阐明潜在分子机制，研究人员分离并培养了WT和KO小鼠的原代软骨细胞。MYDGF KO软骨细胞表现出形态学改变，细胞增殖能力显著受损，而补充纯化的重组MYDGF蛋白可部分恢复其增殖能力。转录组测序分析显示，MYDGF缺陷的软骨细胞呈现广泛的转录组重编程，基因本体（GO）富集分析揭示免疫和炎症反应相关生物学过程显著富集，KEGG通路分析显示PI3K-Akt信号通路显著下调，而破骨细胞分化和趋化因子信号通路被激活。蛋白质印迹实验证实MYDGF过表达可增加Akt Ser473位点磷酸化，而Akt抑制剂MK2206可阻断此效应。RT-qPCR验证了RNA-seq结果，显示MYDGF缺陷细胞中Col2a1、Aggrecan、Col10a1和Mmp13等软骨相关基因表达协调改变，提示基质稳态失衡。
**三、结论与讨论**
本研究确立了MYDGF作为维持基础端粒酶活性所必需的关键上游因子。在HeLa细胞中，MYDGF功能的缺失或获得可直接且可逆地调节TERT转录和端粒酶活性。外源性重组MYDGF蛋白以剂量依赖方式刺激多种细胞类型的端粒酶活性，这一过程依赖于网格蛋白介导的内吞及胞内外钙信号，提示MYDGF可能作为可扩散的旁分泌信号，通过特异性受体介导的内化将胞外信号转化为调控端粒酶的胞内事件。对于长期暴露于机械和炎症应激的软骨细胞而言，端粒酶活性可能通过经典的端粒维持功能和非经典功能（包括抗凋亡信号和应激反应）发挥细胞保护作用。因此，MYDGF通过维持端粒酶功能，为软骨细胞提供关键的"分子缓冲"能力，使其能够应对关节内持续的微损伤。
值得注意的是，MYDGF缺陷并未驱动典型的分解代谢转变，而是诱导一种整体基质转换率降低的状态，表现为结构组分（Col2a1、Aggrecan）和重塑相关因子（Col10a1、Mmp13）同步下调。由于软骨稳态依赖于基质合成与降解之间的动态平衡，MYDGF缺陷软骨细胞中ECM相关基因的协调但失衡的下调导致基质合成相对降解的优先受损，残余分解代谢活性仍可促进基质降解，最终导致软骨基质总量减少和加速的软骨退变。在组织及动物模型水平，MYDGF KO小鼠在DMM诱导的OA模型中表现出加速的软骨降解、蛋白聚糖丢失、骨赘形成和异常的软骨下骨重塑。重要的是，AAV介导的MYDGF关节腔局部递送可有效减轻软骨破坏、保留基质成分并改善骨异常，提示恢复MYDGF可重建关节内的保护性信号。
讨论部分进一步指出，MYDGF的保护作用在OA关节独特的微环境中尤为重要。慢性缺氧是OA关节的常见特征，缺氧诱导因子HIF1α已被报道可上调MYDGF表达。因此，在生理或早期病理条件下，缺氧关节微环境可能通过HIF1α-MYDGF轴激活内源性保护程序，增强软骨细胞存活和对应激的适应能力。MYDGF缺失切断了这一重要的适应性信号，使软骨细胞更易受到氧化应激、机械负荷和炎症刺激的损伤。此外，功能失调的软骨细胞可能通过分泌衰老相关分泌表型（SASP）或其他炎症因子加剧局部组织损伤，引发继发性炎症，形成恶性循环，最终驱动严重的OA表型。
研究结论指出，MYDGF在软骨健康中发挥核心作用，通过协同调控端粒酶活性和Akt存活信号来维持软骨细胞的合成代谢功能和应激韧性。MYDGF缺失引发从细胞功能衰退到组织破坏的级联效应。这些发现深化了对OA分子机制的理解，并凸显MYDGF及其下游通路作为有前景的治疗靶点。然而，研究人员也承认研究的局限性：MYDGF在软骨细胞中信号传导的受体尚未鉴定；内吞依赖性钙通路与PI3K-Akt级联之间的时序和因果关系尚未建立；MYDGF是否能在体内诱导端粒延长仍属未知。初步实验提示c-Myc和SP1可能作为MYDGF下游效应分子参与端粒酶激活，但这些数据来源于异源细胞系，需在原代软骨细胞和体内系统中进行系统验证。未来研究应致力于鉴定关节细胞中MYDGF的特异性受体、全面阐明其下游信号网络、探索强制激活端粒酶能否在MYDGF缺失情况下挽救OA表型，并通过结合直接端粒长度测量的人源化小鼠长期治疗模型评估基于MYDGF的治疗策略的转化潜力。
