衰老細胞在骨關節炎中的作用及干預措施研究進展

楊哲 藍常貢

基金項目：廣西壯族自治區骨與關節退行性疾病生物醫用材料工程研究中心項目（桂發改高技函20211688）；2020年廣西壯族自治區醫療衛生重點學科和重點培育學科——急診醫學科（桂衛科教發〔2021〕8號）；右江民族醫學院附屬醫院2019年度第一批高層次人才科研項目（R20196326）

第一作者簡介：楊哲，男，住院醫師，醫學學士，在讀碩士研究生，研究方向：骨關節炎。E-mail：779602123@qq.com

通信作者：藍常貢。E-mail：landlong120@sina.com

［本文引用格式］楊哲，藍常貢.衰老細胞在骨關節炎中的作用及干預措施研究進展［J］.右江醫學，2024，52（3）：264-267.

【關鍵詞】? 骨關節炎；衰老軟骨細胞；衰老細胞裂解劑；衰老分泌相關蛋白抑制劑

中圖分類號：R684.3??? 文獻標志碼：A??? DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.03.013

骨關節炎（osteoarthritis，OA）是一種以關節內部軟骨和骨質破壞為主要特征的關節病，最終導致骨骼之間的接觸面磨損和骨骼間隙縮小。其長期發展會導致關節功能喪失，骨骼和關節周圍組織的改變，如骨質增生、關節畸形和骨折［1］。OA是全球高發疾病，其總體發病率在10%～15%之間。該病高齡易感，65歲以上人群的發病率為20%～30%。在發達國家，髖關節和膝關節是骨關節炎的好發部位，而在發展中國家，肩部和手部的關節則更為普遍［2］。OA的臨床治療主要是對癥治療，大部分患者需要進行人工關節置換緩解疼痛，恢復關節功能［3］。因此，迫切需要對OA發生發展的相關機制進行研究，以期從源頭上解決OA的防治難題。本文以衰老細胞（senescent cells， SNCs）在OA發生中的作用及干預策略的研究進展做一綜述。

1? 衰老軟骨細胞與OA

衰老是OA最重要的風險因素。高齡人群的軟骨細胞衰老比例會顯著增加，由此引發的軟骨退化及炎癥，又會加劇健康的軟骨細胞功能受損。這種以細胞周期停滯為特征的增殖活性喪失，還會引起心血管疾病、癌癥，以及運動系統疾病。作為SNCs的活性分泌因子，衰老分泌相關蛋白（SASP）也起到重要作用［4］。

“細胞衰老”概念最早由海夫里克于20世紀60年代提出，是指細胞在經歷了一定數量的分裂之后，會發生一種不可逆轉的生長停滯現象［5］。細胞衰老后雖然增殖能力降低卻不會死亡，依然保持著代謝活性［6］。在此過程中，SNCs會持續釋放出一系列SASP，如基質金屬蛋白酶、促炎因子等［7］，引起周圍正常細胞衰老［8］。積累的SNCs會損害所在組織，加速自然衰老過程。對軟骨細胞而言，它在機體內大多時間處于靜止期，但其增殖潛力強大，在軟骨受損時（通常在OA的早期階段）會從靜止期進入分裂期，以合成受損的關節軟骨。此外，在軟骨細胞體外培養時也會開啟細胞分裂［9］。受到損害刺激的軟骨細胞分裂時，更易出現細胞周期阻滯并誘發細胞衰老［10］。骨細胞的衰老也可能是造成OA的另一原因。骨-軟骨作為同一功能體在運動系統中發揮協同作用，其衰老后會破壞關節軟骨依附面和微環境［11］。SNCs的積累可能是OA發生的關鍵環節［12］。研究顯示，將很少量的SNCs注射到小鼠的膝關節中，會引發OA病理表現，提示SNCs改變了關節微環境并引起了類OA病變［13］。總之，即使關節內的軟骨細胞在遇到損害時有一定的損傷修復能力，但是如果有害因素過于強大，細胞衰老就難以避免，這會給關節功能帶來負面影響。一方面，細胞衰老導致的增殖活性喪失會破壞軟骨更新能力。另一方面，已經衰老的軟骨細胞還通過旁分泌衰老因子損害關節內的細胞微環境。

2? 衰老軟骨細胞的特征

2.1? 衰老相關β-半乳糖苷酶

β-半乳糖苷酶染色是檢測衰老細胞的常用技術之一，其顯色原理是β-半乳糖苷酶活性上調引起。實驗發現，OA小鼠軟骨細胞SA-β-gal表達增高［14］。然而，SA-β-gal陽性并不絕對意味細胞衰老。比如，細胞的自噬通路對溶酶體酶活性有調控作用，一項研究顯示二甲雙胍能增強自噬并使衰老患者的T細胞線粒體功能正常化，逆轉陽性表達［15］。因此，SA-β-gal的陽性表達體現的可能是自噬水平變化；還有一些動物的視網膜神經元在胚胎發育過程中開始分化時，也會被這種組織化學技術標記，可能與胚胎發育的程序性調控有關［16］。綜上所述，細胞衰老大多會出現SA-β-gal陽性表達，但陽性表達并不一定反映細胞衰老。

2.2? 細胞外囊泡

SNCs擁有的微環境塑造能還可能與細胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）有關。EV是脂膜結合的小顆粒，以運輸蛋白及RNA為媒介來實現細胞之間的交流［17］，在SNCs中EV分泌會增加［18］。實驗發現，捕獲衰老相關microRNA的EV會出現衰老。而衰老相關EV在血清中的含量隨年齡增加而下降，但是該過程會伴隨B細胞和單核細胞的功能活化。這可能說明衰老相關EV導致了年齡相關的炎癥反應。研究表明，OA患者的軟骨組織中存在大量衰老的軟骨細胞及衰老相關EV［19］。深入研究發現，OA患者的EV與正常的軟骨細胞一起培養后，后者出現了明顯的衰老和蛋白質聚糖含量下降。免疫熒光檢測發現囊泡會在6小時內進入軟骨細胞中。衰老相關EV和其他EV之間miR-140-3p（一種microRNA）降低，同時伴隨著軟骨損傷［20］；而miR-34a-5p則會增加，該過程伴隨著SASP的表達升高［21］。隨著年齡的增長，SNCs可以明顯引起細胞微環境的變化，功能更加復雜的EV很可能是重要驅動因素，而不僅僅是SASP。

2.3? P16

P16是可以參與細胞周期負性調控的抗癌基因，在細胞衰老中可使細胞周期停滯［22］。在DNA損傷、活性氧或有害刺激等細胞壓力下能激活該基因，其好處是能抑制腫瘤的發生，壞處是可能引起細胞衰老［23-24］。研究表明，P16在軟骨中的表達水平與OA相關［25］。P16升高的軟骨細胞顯示出細胞外基質（extracellular matrix，ECM）減少，SASP（MMP13、MMP1）的分泌增多［26］。這表明軟骨細胞周期停滯后，P16是軟骨損傷的重要特征［27］。P16不但與OA相關，也是一種可靠的衰老基因，P16表達增加可能提示OA發病原因復雜。

3? 以SNCs為目標的OA防治策略

3.1? SNCs裂解劑（senolytics）

研究顯示，通過定向清除高表達P16基因的SNCs［28-29］，干預組小鼠壽命獲得顯著延長，與衰老有關的病理變化也出現更晚。利用相似實驗技術，清除OA小鼠關節軟骨內的SNCs后，OA病理表現顯著緩解［12］。基因干預技術存在倫理風險，通過比較SNCs的特征篩選小分子藥物，或是抗衰老的有效策略。Bcl-2家族蛋白是調控細胞存亡的關鍵蛋白，包括兩種類型，一種是抗凋亡蛋白如Bcl-2、Bcl-XL等；另一種是促凋亡蛋白，如Bak、Bax等。前者作為SNCs對抗凋亡的關鍵因子，為藥物干預提供了SNCs作用靶點［30］。ABT-263（navitoclax）是一種泛Bcl-2家族抑制劑，通過靶向Bcl-2、Bcl-XL促進SNCs凋亡。實驗證明ABT-263能促進OA中的衰老軟骨細胞凋亡，維持軟骨細胞表型［31］。然而，ABT-263強大的血液系統抑制作用可能會成為臨床應用的阻礙。A-1331852和A-1155463作為選擇性更強的Bcl-XL抑制劑，其作用是否會更平衡尚有待探索。

P53是具有多種功能的腫瘤抑制基因，也是一個senolytic靶點。它除了能與下游基因P21共同實現細胞周期阻滯外［32］，還對細胞凋亡具有調控作用。有研究表明，FOXO4（FOXO4基因編碼的蛋白）可以通過與P53的相互作用來防止衰老纖維細胞死亡［33］。研究者設計一種肽（FOXO4-DRI）來模擬FOXO4和P53的連接，阻止它們的相互作用，以誘導衰老成纖維細胞凋亡。除此之外，FOXO4-DRI也被證明可以通過選擇性誘導衰老性腺間質細胞凋亡，緩解老年雄性小鼠與年齡相關性腺功能減退癥［34］。基于P53基因的另一個靶點是E3連接酶（MDM2），E3連接酶是P53的負調節因子。UBX0101是MDM2/P53相互作用的抑制劑，在骨關節炎小鼠模型中誘導衰老軟骨細胞凋亡，并成功改善骨關節炎的軟骨退化現象［12］。但關節內注射UBX0101治療骨關節炎的2期臨床試驗未達到期望效果。

總之，目前senolytics療法的臨床前試驗的預期結果不盡相同，有好有壞。這種通過使SNCs凋亡而達到“去舊存新”，改善微環境的策略可能是最有效的抗衰老實現路徑。

3.2? SASP抑制劑（senomorphics）

由于SASP因子與衰老相關病變的關系，阻斷SASP因子是另一種治療手段［35］。白細胞介素6（IL-6）是一種重要衰老因子，與類風濕關節炎（RA）發生發展密切相關，其受體抑制劑托珠單抗（Tocilizumab）對RA療效顯著。RA與OA的病理表現相似，Tocilizumab對手部OA的臨床試驗正在進行。MMPs是功能復雜的膠原蛋白水解酶類，能促進細胞外基質的降解，也是一種SASP因子。該家族成員MMP13可以降解關節軟骨中的Ⅱ型膠原蛋白。OA患者來源的軟骨細胞中MMP13的表達高于正常人。此外，使用轉基因小鼠過表達MMP13也誘導了OA樣關節病，提示MMP13是OA發病機制的重要因素。而敲除編碼MMP13基因的軟骨細胞后，降低了半月板韌帶損傷（MLI）誘導的OA病理變化。據此，人們設計了MMP13抑制劑CL82198處理MLI小鼠，證實CL82198可減輕OA，上調Ⅱ型膠原含量。研究發現，OA患者關節液中白細胞介素1β（IL-1β）水平增高［36］。這種炎癥趨化因子可以激活cGAS-STING信號通路，誘導軟骨細胞衰老［37］。據報道，紫檀芪通過抑制 PI3K/AKT/NF-κB信號通路緩解由IL-1β誘導的軟骨細胞衰老［38］。抗氧化劑NAC處理也可緩解IL-1β誘發的軟骨細胞的衰老相關表型的增加［39］。

目前來看，senomorphics作為可以選擇性抑制特定SASP因子的干預策略是另一種對抗衰老的實現方法。值得注意的是，單純抑制SASP因子不能解決SNCs可能是這種方法的不足之處。

4? 結論與展望

OA的發生機理復雜，目前尚無明確具體的細胞類型決定其發生發展。對于SNCs清除可能產生的不良作用也存在爭議［40］。盡管這些永久進入周期停滯的細胞在OA的發生發展中起著重要作用，但如果提前清除SNCs和阻斷其旁分泌通路，或許會影響OA的早期修復。出于這個原因，有關senolytics和senomorphics的研究，應該在不同的OA病理發展時期，進行組合使用或許有更好的效果。總的來說，未來的方向應進一步明確SNCs的特質及代謝特點與OA的關系，并設計基于這些機制的療法以消除或減緩OA的發生，為關節軟骨修復和OA治療提供新思路。

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（收稿日期：2023-09-05? 修回日期：2023-10-31）

（編輯：王琳葵? 潘明志）