《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Role of Notch signaling pathway in joint homeostasis and osteoarthritis
Notch信号通路在关节稳态维持和骨关节炎（osteoarthritis, OA）的发病机制中具有关键作用。在生理条件下，瞬时性或生理性Notch信号维持软骨基质合成以保持关节功能；在病理条件下，持续性或过度激活的Notch信号抑制软骨形成基因的表达，并诱导分解代谢因子的产生，从而驱动OA进展。从细胞层面来看，Notch信号通路对关节内多种常驻细胞类型的功能发挥重要调控作用。例如，它调控软骨细胞的分化与成熟，影响间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）的软骨形成分化过程，并调节成纤维样滑膜细胞（fibroblast-like synoviocytes, FLSs）的表型。在软骨细胞外微环境层面，Notch信号通路通过调控下游基因表达参与OA中细胞外基质（extracellular matrix, ECM）稳态失衡及炎症因子激活。此外，Notch通过与TGF-β/BMP、Wnt/β-catenin、NF-κB及Hippo-YAP通路的广泛分子串扰控制软骨细胞肥大性退变。在软骨之外，Notch在促进骨软骨交界处神经血管侵袭及异常软骨下骨重塑中发挥关键作用，这直接导致关节疼痛和结构破坏。由于现有治疗手段无法阻止OA进展，许多靶向Notch的策略已被研究，包括药理学抑制剂、RNA-based疗法以及靶向配体和下游效应物的分子干预。同时，基于干细胞的策略通过精确调控Notch以改善软骨修复和软骨形成分化。然而，小分子抑制剂的全身给药引发脱靶效应及无血管软骨中递送效率低下的担忧，而传统干细胞注射常面临表型不稳定和持久性有限等问题。总之，对OA中Notch信号通路的深入研究不仅阐明了OA的发病机制，也为开发创新治疗策略奠定了理论和实验基础。
2 Notch信号通路对骨关节炎关节内细胞的影响
2.1 关节软骨细胞
2.1.1 Notch信号通路在关节软骨细胞中的作用机制
Notch信号通路细胞外结构域中存在与软骨稳态相关的配体和受体。Notch信号通过相邻细胞间的受体-配体结合机制进行传递。在人和小鼠中，三种主要的Notch受体参与软骨细胞的生成和分化。Notch1受体在小鼠间充质凝聚、胚胎前期增殖区、肥大区及关节软骨表层高表达。Notch1在软骨生成早期表达，随细胞成熟表达下降。因此，生理条件下瞬时Notch信号对维持软骨基质合成和关节功能至关重要。Notch2受体广泛分布于关节软骨和骨骺生长板的增殖、前肥大和肥大软骨细胞中。Notch2是Notch1和Notch3激活的调控因子，在生长板软骨细胞肥大中发挥主要作用。Notch3主要存在于成熟软骨细胞和高分化关节盘中，可延缓细胞周期。Notch配体主要分为DLL和JAG两类，其中JAG1和DLL1主要与软骨生长和分化相关。JAG1是启动Notch信号轴传导的关键因子，主要通过介导侧向诱导协调细胞行为，促进局部祖细胞群体内的统一谱系定向。此外，DLL作为软骨形成的负调控因子，DLL1可抑制细胞外基质相关mRNA表达，并抑制前肥大软骨细胞向肥大软骨细胞的转变。
Notch信号的细胞内转导过程与软骨细胞稳态相关。与DLL或JAG结合后，膜上的解整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase, ADAM）被激活，导致Notch受体裂解并形成Notch细胞外裂解片段（NEXT）。随后γ-分泌酶作用于NEXT片段，裂解产生Notch细胞内结构域（NICD）。研究表明，正常条件下NICD1的表达可促进Sox9、Col2a1和Acan的表达，同时降低降解因子基质金属蛋白酶13（MMP13）的表达，从而维持环境稳态。
Notch信号通路通过影响下游基因表达及与其他通路相互作用来调节细胞稳态。在经典Notch通路中，NICD转移至细胞核，与转录因子重组信号结合蛋白Jκ（RBPJ）及转录激活因子mastermind-like 1（MAML1）结合。MAML1招募组蛋白乙酰转移酶p300后，NICD、RBPJ和MAML1复合物促进Hes和Hey家族碱性螺旋-环-螺旋转录因子的表达，进而抑制下游靶基因的表达。
2.1.2 Notch信号介导骨关节炎中关节软骨细胞肥大与凋亡
退变性OA患者中NOTCH1、NOTCH2、JAG1、DLL1、HES1和HES5的表达水平升高，其中NOTCH1、JAG1和HES1升高最为显著，且与OA严重程度正相关。机制上，这种持续性病理性Notch激活并非附带现象，而是通过功能性协调软骨细胞肥大和凋亡直接强制致病性细胞命运。ACAN和COL2A1是成熟软骨细胞的标志物，而COL10A1、MMP13、Runt相关转录因子2（RUNX2）和碱性磷酸酶（ALPL）是肥大软骨细胞和OA的标志物。在软骨细胞生成和分化过程中，Notch在Sox9上游发挥作用以抑制其表达。Sox9是调控软骨细胞发育的重要因子，可促进Col2a1、Col9a1和Acan的表达，从而促进软骨细胞增殖。OA软骨细胞中NOTCH1和NOTCH2表达上调。激活的Notch信号通过与RBPJ蛋白结合形成转录激活因子，从而诱导HES/HEY家族蛋白的调控功能。HES1和HEY1在COL2A1增强子内的SOX9结合位点发挥作用，抑制SOX9介导的COL2A1转录激活。HES5通过与SOX9上游启动子区结合作为SOX9转录的抑制因子，与其表达呈负相关。因此，NOTCH1过表达通过诱导HES1表达阻断SOX9和COL2A1的转录，从而抑制软骨细胞成熟。此外，Notch2的表达抑制Sox9蛋白随软骨细胞成熟和增殖而增加的趋势，导致增殖期软骨细胞肥大并最终矿化。除Sox9外，Runx2也是调控软骨细胞分化和凋亡的重要靶点。Sox9表达停止后，Runx2表达启动。Notch同样在Runx2上游发挥作用，RBPJ增加Runx2启动子转录活性。Notch介导的Runx2激活调控MMP13表达，促进Col2a1降解，并调节肥大软骨细胞中Col10a1的表达，从而促进软骨细胞肥大和终末分化。因此，随着OA严重程度增加，SOX9、COL2A1和ACAN的mRNA水平逐渐降低，而COL10、MMP13和RUNX2等肥大软骨细胞标志物的表达增加。
此外，与健康软骨相比，Notch在OA软骨中过表达。长期病理性Notch激活促进软骨细胞衰老和OA发展，而瞬时生理性Notch激活对祖细胞扩增和早期组织模式形成至关重要。NICD核积累的时间动态及其形成的转录复合物组成为Notch信号的双重功能提供了机制基础。在生理条件下，软骨细胞增殖和主要软骨形成调控因子的表达由基线抑制因子表达或瞬时、RBPJ依赖性Notch激活维持。另一方面，OA中的病理条件导致高振幅、持续性NICD积累。通过类比振荡性与持续性信号动力学在分子层面决定不同细胞命运的基本范式，这种持续性激活驱动Hes1/Hey1在Sox9和Col2a1等主要软骨形成调控因子调控区的长期占据。这种延长结合通过Hes1保守的C端WRPW结构域招募Groucho/TLE共抑制因子，因为持续性抑制因子占据常作为染色质重塑的支架。该TLE支架通过其甘氨酸/脯氨酸富集（GP）结构域直接与组蛋白去乙酰化酶Rpd3（哺乳动物HDAC1/2同源物）相互作用并招募之。随后，支架化DNA甲基转移酶DNMT3A的ATRX同源结构域与HDAC1的物理结合促进从活性组蛋白去乙酰化向持续性DNA超甲基化的转变。这种多蛋白组装形成前馈抑制性染色质环，阻止主转录因子结合，永久沉默Sox9和Col2a1等合成代谢基因。同时，启动子位点特异性CpG去甲基化允许MMP3、MMP9、MMP13和含血小板反应蛋白基序的解整合素金属蛋白酶4（ADAMTS4）等分解代谢性基质降解酶的异常激活，最终导致软骨细胞肥大和分解代谢性细胞命运。
2.2 常驻间充质干细胞（R-MSCs）
研究表明Notch信号通路参与常驻间充质干细胞（R-MSCs）的软骨形成分化。在关节中，软骨祖细胞和MSCs均表达Notch相关信号分子，其中NOTCH2最为突出。MSC来源的关节软骨细胞表达与软骨形成相关的标志物，如软骨形成转录因子SOX9及ECM相关基因，包括COL2、COL9、ACAN、DCN和软骨寡聚基质蛋白（COMP）。
与对软骨细胞的作用类似，Notch信号通过Hes1/Hey1介导的Sox9增强子抑制来抑制R-MSCs的软骨形成分化。此外，由于Sox9与Col2a1共表达，Col2a1表达也受到抑制。在MSC相关软骨形成的早期阶段，Jagged1基因表达瞬时增加，影响Notch信号通路，Hes1/Hey1快速但有限时程地激活；因此，Jagged1表达在软骨形成开始前停止。然而，软骨形成开始后，JAG1的过表达导致持续性Notch信号，中断MSCs中SOX9和COL2A1启动子的表达，阻断软骨形成。因此，在分化早期阶段需要Jagged1介导的Notch信号通路的暂时激活，而分化开始后Notch信号通路抑制R-MSCs的软骨形成分化，抑制Notch信号通路则促进软骨形成。
值得注意的是，在关节软骨内的其他来源干细胞中也发现了类似机制。例如，损伤部位的软骨细胞祖/干细胞（CPCs）和人胚胎软骨来源祖细胞（FCPCs）受Jagged1/Notch信号调控。位于颞下颌关节（TMJ）髁突中的纤维软骨干细胞（FCSCs）在TMJ形态发生过程中与Notch信号通路相关，颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）中Notch受体和配体表达上调以促进软骨向骨转化。
因此，Notch信号通路在R-MSCs对OA的作用中发挥重要作用，提示抑制Notch信号可能是治疗TMJOA的新策略。
2.3 成纤维样滑膜细胞（FLSs）
滑膜细胞增殖和滑膜炎是OA的主要特征之一。单细胞RNA-seq数据显示JAG1和NOTCH3由所有FLSs亚群表达，NOTCH1/2及其配体JAG2和DLL1/4是FLSs中重要的Notch信号分子。这种受体特异性失调对滑膜组织完整性也有深远影响；单细胞转录组轨迹表明NOTCH2功能获得从根本上破坏关节和成纤维样滑膜细胞的核心分子特性，表明正常的NOTCH2调控对维持滑膜衬里细胞独特转录谱至关重要。此外，TNF-α增加FLSs中Notch相关裂解酶ADAM10/ADAM17、转录因子MAML2及靶基因MYC/HES4的表达。多项研究证实OA中活化的FLSs分泌IL-1、TNF-α和IL-6等细胞因子，并激活包括Notch通路、IL-6/STAT3信号通路和Toll样受体表面受体信号通路在内的多种细胞信号通路，以及向关节软骨细胞传递分解代谢信号，从而刺激关节软骨细胞并造成软骨损伤。此外，研究人员已实验性阻断Notch配体Dll1并干扰Dll1与FLSs上表达的Notch2的结合，从而减少IL-6和MMP3的产生，减轻对关节软骨稳态的负面影响。
总之，Notch信号通路通过在不同细胞中激活不同下游通路影响OA中的多种细胞类型。
3 Notch信号通路对骨关节炎软骨细胞外微环境的影响
3.1 Notch信号对骨关节炎细胞外基质稳态的影响
生理条件下，关节和关节软骨细胞维持ECM组分合成与降解之间的动态平衡。正常关节软骨主要由富含COL2A1和ACAN的ECM组成。在OA中，这些蛋白被特异性胶原酶（包括MMP13、MMP9和MMP3）和聚集蛋白聚糖酶（包括ADAMTS4和ADAMTS5）降解。
OA软骨中MMP13水平升高，MMP13在OA中COL2A1的不可逆降解中发挥核心作用；因此，软骨细胞合成代谢降低和分解代谢增加与MMP13产生相关。此外，在OA背景下，Hes1可通过辅助因子转变为激活状态，直接上调关键分解代谢酶（特别是ADAMTS5和MMP13）的转录，从而加剧ECM降解。既往研究表明Notch信号可影响OA条件下关节软骨ECM稳态，NOTCH表达上调可导致ECM失衡加速OA进展。然而，另一项研究揭示NOTCH在维持关节软骨和OA中发挥双重作用。Notch信号的持续性激活抑制软骨形成基因，但促进软骨相关蛋白酶（MMPs和ADAMTSs）、胶原纤维化、包括IL-6在内的炎症因子及多种信号通路的表达，这也导致严重、早期和进行性OA样病变。相反，仅在生理条件下，瞬时Notch激活导致软骨ECM合成增加和关节维持。除MMPs和ADAMTSs外，ADAMs家族被认为参与介导OA中的ECM降解。例如，ADAM10表达在OA进展过程中显著增加，不仅受炎症因子IL-1刺激，还与软骨退变相关。ADAM9、ADAM12、ADAM15、ADAM19和ADAM23水平在人类OA软骨中也已显示增加。在OA软骨细胞中已鉴定出Notch-Hes1-ADAM8调控轴。这些结果表明Hes1调控ADAM8表达并促进EGF配体水平增加。EGF随后激活ERK1/2和NF-κB以促进MMP9基因表达，进而促进ECM降解和OA进展。ADAM8过表达刺激Notch1和Hes1的表达，提示ADAM8可反式激活Notch信号通路。因此，关节软骨细胞中Notch-ADAM8正反馈环参与OA中的软骨损伤。因此，Notch信号在OA中破坏关节软骨ECM稳态。
3.2 Notch信号对骨关节炎炎症微环境的影响
炎症细胞因子在关节内发挥作用，对关节软骨主要具有破坏性效应。这些效应是多层次的，不仅包括诱导软骨细胞衰老和凋亡，还包括减少蛋白聚糖、ACAN和COL1A1等关键ECM组分的合成。OA患者滑液中IL-1β、IL-2、IL-12、IL-17、IL-18、TNF-α、TNF-β和IFN-γ的mRNA水平显著高于正常受试者滑液。IL-1β和TNF-α被认为是参与OA的关键炎症细胞因子。IL-1β和TNF-α通过抑制软骨细胞活性下调主要ECM组分的合成。此外，IL-1β和TNF刺激软骨细胞释放多种蛋白水解酶，包括MMP1、MMP3、MMP13和ADAMTS4等MMPs。在大多数情况下，TNF-α的作用与IL-1β一致，且存在明显协同作用。IL-1β和TNF还通过诱导促炎细胞因子（如IL-6、PGE、NO、IL-8和CCL-5）的产生来扩展和延续OA疾病过程。其中IL-6也是与IL-1β和TNF-α协同作用的关键细胞因子，导致COL2A1产生减少和MMPs产生增加。此外，IL-4、IL-10和IL-13是参与OA发病机制的重要抗炎细胞因子。
Notch与炎症之间的相互作用构成双向放大系统：Notch增强炎症反应，而炎症信号反过来触发Notch激活。已显示OA中Notch激活诱导降解蛋白酶和炎症细胞因子的表达和激活，最终导致软骨损伤。Notch信号通过增强NF-κB信号导致巨噬细胞依赖性炎症反应的放大。既往研究表明Notch1通过增加IκB激酶α/β复合物的磷酸化和多种NF-κB家族成员的表达，促进NF-κB转位入核并与DNA结合。它促进炎症反应相关基因的表达，如细胞因子（如TNF-α和IL-6）和效应酶（如诱导型一氧化氮合酶（iNOS））。这些炎症因子的过度释放破坏关节稳态并促进软骨的病理性损伤。此外，TNF增加非经典NF-κB蛋白p52和RelB的表达，通过结合并促进NICD向Hes1启动子的核转位来增强Notch的激活。Notch信号通路也参与M1巨噬细胞中炎症细胞因子的产生，M1巨噬细胞的特征是对微生物产物介导的Toll样受体（TLRs）和细胞因子激活作出反应而产生炎症介质。炎症相关分子如TLR配体诱导Notch受体及其配体的表达并激活Notch信号。RBPJ信号控制转录因子IRF8的表达，IRF8诱导下游M1巨噬细胞相关基因，从而增加TLR诱导的原型M1效应分子如IL-12和iNOS的表达。此外，TNF-α、IL-1β和IL-6诱导的促炎级联反应与M1巨噬细胞密切相关，可能导致促软骨溶解介质产生，导致软骨细胞死亡和软骨基质加速降解。相比之下，M2巨噬细胞中炎症介质表达较低。IL-10、白介素-1受体拮抗剂（IL1RA）、C-C基序趋化因子配体18（CCL-18）、胰岛素样生长因子（IGF）和TGF-β与M2巨噬细胞密切相关，保护软骨并促进再生。过度的Notch激活扰乱M1和M2巨噬细胞的稳态平衡，使天平向M1表型倾斜，并扰乱免疫微环境。
除NF-κB介导的反馈外，各种OA相关炎症信号直接汇聚于Notch通路以启动或增强其激活。既往研究表明Notch1介导TNF-α诱导的滑膜细胞增殖，Notch2增强软骨细胞对TNF-α的炎症反应。通过抑制蛋白聚糖和COL2A1的合成，TNF-α分解软骨并促进软骨细胞凋亡。此外，该炎症因子可诱导IL-1β和IL-6的表达，导致软骨细胞炎症通路表达增加。Huang等人报道IL-1β刺激显著增加软骨细胞中HSF1（热休克转录因子1）、EOGT（EGF结构域特异性O-连接N-乙酰葡糖胺转移酶）、NOTCH1和NICD1的表达。HSFs是一类受热应激调控的DNA结合蛋白家族，在转录水平调控基因表达。HSF1响应IL-1β刺激激活EOGT表达，随后EOGT促进NOTCH1的O-糖基化（O-GlcNAc）并激活NOTCH1信号，从而加剧IL-1β诱导的软骨细胞炎症和损伤。此外，已显示Notch介导滑膜外植体中血管内皮生长因子和血管生成素（VEGF/Ang2）诱导的IL-6和IL-8表达。VEGF/Ang2可增加细胞内NOTCH1和NOTCH4蛋白、下游靶基因及配体DLL4的表达。
因此，Notch信号诱导OA中炎症因子表达的激活。
4 Notch信号通路在骨关节炎软骨下骨重塑和神经血管侵袭中的作用
4.1 Notch依赖性骨重塑失衡与软骨下骨硬化
成骨细胞介导的骨形成与破骨细胞介导的骨吸收之间的失衡导致晚期OA中的软骨下骨硬化。Notch通路以阶段依赖性方式调控这种成骨细胞-破骨细胞偶联。例如，DLL1促进成骨细胞祖细胞增殖，同时抑制其终末分化为成熟的矿化成骨细胞。这种成熟阻滞破坏正常偶联，抑制生理性骨转换，并导致指示硬化的致密骨组织过度堆积。
生理条件下，经典Notch信号通过直接和间接机制抑制骨吸收。直接机制中，髓系祖细胞中Notch1激活减少其向破骨细胞谱系的定向及其对集落刺激因子的反应性，从而抑制破骨细胞分化。间接机制中，成骨细胞中未受损的Notch信号维持高骨保护素（OPG）/RANKL比值，在组织水平限制破骨细胞募集。这种稳态控制在OA中因Notch异常时空激活而被破坏。病理条件下，总体影响随疾病阶段而变化：早期Notch信号降低促进破骨细胞生成和骨丢失；晚期JAG1-NOTCH2或DLL1-NOTCH1等通路的过度激活占主导。这种过度激活阻碍成骨细胞成熟，且破骨细胞吸收不协调，导致骨形成和吸收解偶联。随之而来的失调修复反应最终导致矿化不良的编织骨过度沉积，导致软骨下骨硬化。
4.2 Notch驱动的骨软骨交界处神经血管侵袭与关节疼痛
骨软骨交界处的神经血管侵袭由OA过程中软骨下骨重塑、血管生成和神经发生之间的病理性相互作用驱动。在软骨下骨中，异常机械负荷触发TGF-β1信号，导致异常间充质干细胞聚集和病理性骨重塑。通过控制具有高成骨潜力的H型毛细血管的发育，该微环境中的Notch信号将血管生成与骨重塑联系起来。同时，局部缺氧或炎症刺激激活HIF-1α-VEGF-Notch轴，上调Notch1/4及其下游Hes相关抑制因子，促进软骨下骨和滑膜中内皮细胞生长和新血管形成。在配体水平，Fringe糖基转移酶改变的柄细胞中JAG1表达与内皮尖端细胞中DLL4表达相拮抗：DLL4通过邻近细胞中的Notch激活限制过度出芽，而JAG1促进内皮增殖和分支。这种DLL4-JAG1拮抗改变尖端细胞出芽，并产生穿越无血管软骨屏障、跨越骨软骨交界处的病理性微血管网络。
临床关节疼痛是这种Notch介导的血管生成与神经发生相结合的结果。随着新微血管穿过骨软骨交界处进入正常无血管的软骨区，病理性感觉神经纤维沿血管轨迹从软骨下骨长入。这种同时侵袭需要局部共享的神经血管因子；在交界区，浸润的巨噬细胞和血管内皮细胞分泌增加的VEGF和NGF。NGF降低疼痛阈值、敏化伤害感受器并引导感觉轴突沿病理性血管生长，导致慢性痛觉过敏。因此，Notch驱动的血管生成与软骨下骨中神经营养因子信号的相互强化建立了OA中神经血管共侵袭和慢性关节疼痛的生物学基础。
5 Notch信号通路在骨关节炎微环境中的分子串扰网络
Notch信号参与与OA微环境中多个核心信号网络的广泛双向串扰，形成控制关节稳态和软骨细胞命运的宏观调控网络。
5.1 Notch与Wnt/β-catenin信号的串扰
在关节软骨细胞中，Notch与经典Wnt/β-catenin通路主要相互作用。生理条件下Notch阻止Wnt激活：NICD物理性隔离β-catenin并限制其核转位，从而限制ALPL等下游成骨标志物并保持软骨细胞表型。然而在OA中，由于Notch/Hes1信号过度激活，Wnt级联上游的β-catenin表达上调。Wnt/β-catenin激活导致降解软骨ECM并扰乱ECM稳态的MMPs和ADAMTSs表达迅速升高。相互反馈放大这种协同作用：GSK3β磷酸化NICD，增加其转录活性和核稳定性。此外，核NICD成为淋巴增强子结合因子-1（LEF-1）的独立共激活因子而非生理性拮抗剂。LEF-1的HMG DNA结合结构域与NICD的C端TAD直接物理结合介导这种非经典反式激活。关键的是，这种相互作用既不需要传统Wnt配体-破坏机制，也不需要经典RBPJ复合物。因此，这种RBPJ非依赖性核合作驱动分解代谢转变，表现为MMPs和ADAMTSs表达升高。
5.2 Notch与TGF-β/BMP信号的串扰
此外，Notch与TGF-β和BMP通路双向相互作用。TGF-β/Smad3信号抑制软骨细胞肥大并保持软骨完整性，而小鼠中Smad3缺失增加Col10a1表达和OA样退变。TGF-β在促进早期软骨形成的同时抑制终末分化。另一方面，Notch激活增加BMP/Smad1/5/8信号，导致软骨细胞肥大。根据Shang等人的研究，NICD过表达通过抑制PPM1A提高p-Smad1/5/8水平，且NICD与p-Smad1/5/8物理相互作用。因此，OA中持续的Notch激活可能通过将平衡从TGF-β/Smad3主导的稳态状态转变为BMP/Smad1/5/8主导的促肥大状态，促进病理性软骨细胞终末分化。
5.3 Notch与Hippo-YAP信号的串扰
Hippo-YAP通路是重要的机械转导枢纽，通过解读ECM硬度和关节负荷等物理线索控制软骨细胞表型和稳态平衡。Hippo-YAP与Notch密切相关：YAP/TAZ作为机械感受器，通过TEAD转录因子驱动JAG1表达，从而调控Notch信号。此外，基于人肝细胞癌和血管内皮细胞中已知的Hippo-Notch串扰机制，研究人员推测在OA典型的异常机械应变下，核YAP/TAZ可能与NICD物理结合形成稳定的转录复合物。这种YAP-NICD轴可能增加分解代谢因子的表达，有效将机械转导整合入Notch介导的基质降解级联中。
5.4 Notch与NF-κB信号的串扰
这两种级联之间的病理同步最终由核内的直接分子和转录串扰控制。NF-κB家族五个成员具有重要作用：RelA（p65）、c-Rel、RelB、NF-κB1（p50）和NF-κB2（p52）。这种分子串扰在生化水平始于活性Notch1信号级联磷酸化IκB激酶（IKK）α/β复合物。该磷酸化事件随后导致抑制性IκB蛋白降解，释放被隔离的RelA/p50异二聚体并促进其核转位和DNA结合活性，以增加多种NF-κB家族成员的表达。同时，非经典RelB/p52通路被激活，不依赖经典IκB降解，而是依赖于p100前体（由NF-κB2基因编码）的受控蛋白水解加工以产生活性p52亚基，随后与RelB异二聚化进行核转位。通过促进Jagged1表达，活化的NF-κB增加Notch起始；反过来，Notch避免RBPJ介导的NF-κB2基因抑制，使NF-κB2成为Notch的直接下游靶点。NF-κB介导软骨细胞分解代谢引起的软骨细胞激活，促进软骨细胞炎症细胞因子、MMPs、趋化因子等蛋白表达增加。此外，核NICD与经典NF-κB亚基p65（RelA）协同串扰以放大促炎基因转录，同时驱动非经典NF-κB通路（p52/RelB轴）以加剧关节炎微环境中的炎症性骨丢失。这种相互反馈环维持促炎微环境，使Notch被定位为机械应力、形态发生信号和先天免疫汇聚导致软骨退变的关键枢纽。
6 Notch信号通路在关节软骨治疗中的作用
6.1 Notch信号通路中治疗骨关节炎的潜在靶点
目前OA患者的可用治疗方案包括口服非甾体抗炎药（NSAIDs）、对乙酰氨基酚和阿片类镇痛药，以及关节内注射如类固醇、透明质酸和富血小板血浆。这些治疗策略可提供适当缓解但不能阻止疾病进展。在研究Notch通路的过程中，学者们提出了许多OA的潜在治疗靶点，可促进OA软骨损伤修复并在一定程度上延缓OA进展。
N-[N-(3,5-二氟苯乙酰基)-L-丙氨酰]-(S)-苯甘氨酸叔丁酯（DAPT）是Notch信号的药理学抑制剂，可抑制MMP13、VEGF和Hes1的表达，是验证Notch信号作为OA临床治疗靶点最常用的抑制剂。然而，γ-分泌酶抑制剂如DAPT的转化深度存在重大临床障碍。γ-分泌酶的全身给药引发对脱靶效应和全身毒性的严重担忧，包括胃肠道并发症，因为它裂解Notch受体之外的多种跨膜底物。此外，对这些靶向抑制剂而言，克服无血管软骨组织中药物递送限制仍是一大障碍。
除全局通路抑制剂外，研究人员发现了多种特异性分子节点和化合物以更精确地调控Notch信号。这些策略主要有两类。药理学和分子干预包括CaMK2抑制（阻止HES1共激活因子功能）和配体靶向策略如可溶性JAG1（用于瞬时竞争性抑制）和GRb1（用于下调Jagged1/Notch1表达）。RNA-based疗法包括miRNAs和RNA干扰，可在基因水平调控NOTCH组分或其下游转录因子。总体而言，这些不同策略为广泛通路抑制提供了可行替代方案，实现向聚焦、表型特异性OA治疗的转变。
6.2 Notch信号在骨关节炎干细胞治疗中的作用
既往研究报道不同组织来源的干细胞可在体外扩增并通过局部移植或注射植入体内治疗。干细胞治疗已成为修复软骨损伤的重要方法，干细胞选择涵盖MSCs、骨髓间充质基质细胞（BMSCs）、纤维软骨干细胞（FCSCs）、关节软骨干/祖细胞（artSPCs）和人骨骼干细胞（hSSCs）。Notch信号通路在这些干细胞的软骨形成分化中发挥关键作用。研究已证明Notch信号通路在决定BMSCs分化为软骨细胞的命运中至关重要，调控FCSC软骨形成潜能、调节artSPC软骨形成潜能，并影响hSSCs的软骨形成过程。在干细胞软骨形成分化的初始阶段，Notch激活至关重要。研究表明仅初始Notch信号激活就足以诱导干细胞软骨形成分化。此外，Notch通路的持续激活抑制干细胞软骨形成分化。在增殖阶段，使用Notch通路抑制剂减弱Notch信号可有效保持干细胞软骨形成潜能。尽管有这些机制性见解，传统关节内干细胞移植常无法产生长期、持久的临床结果。这种临床转化瓶颈主要有两个原因：第一，滑液剪切应力和巨噬细胞吞噬作用迅速清除注入关节腔的未包封干细胞，导致植入率低和病灶部位滞留差；第二，未包封的MSCs因对OA关节中促炎细胞因子高度敏感，可从稳定的软骨形成表型转变为不良的肥大或退变命运。
最近的进展使用生物工程技术来提高靶向Notch信号的再生治疗准确性和有效性，以克服这些转化障碍。在分子水平，基因编辑和RNA-based疗法如CRISPR/Cas9和siRNA/miRNA使得以较低脱靶风险靶向调控Notch组分成为可能。在组织水平，生物材料辅助递送平台如微载体和功能化支架提供时空控制释放和结构支持，以引导局部软骨形成分化。在细胞水平，工程化细胞疗法如Col2a1-synNotch MSC平台提供可编程响应性，仅在检测到损伤Col2a1等OA特异性标志物时触发治疗性转基因表达。除这些基于细胞的方法外，基于外泌体的治疗提供了一种无细胞方式递送Notch调控信号，避免了活细胞移植面临的植入和存活困难。
