LATS1 调控 ZBTB20 影响软骨基质稳态，为早期骨关节炎治疗带来新曙光

为探究早期骨关节炎（OA）发病机制，研究人员聚焦 ZBTB20，发现其可影响 OA 进展，TRULI 和 DAPA 或成治疗新策略。

骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的慢性关节疾病，在全球范围内影响着大量人群，尤其是老年人。它就像一个隐藏在关节中的 “小恶魔”，会引发关节疼痛、僵硬和功能障碍，严重影响患者的生活质量。随着人口老龄化的加剧，OA 的患病率持续上升，给社会经济带来了沉重的负担。目前，针对 OA 的治疗主要集中在缓解疼痛上，尚无能够有效改变疾病进程的疗法，这使得许多患者最终不得不接受关节置换手术。因此，深入了解 OA 早期的分子事件，对于实现早期诊断和临床治疗的突破至关重要。

在这样的背景下，来自西安交通大学附属红会医院儿科医院、第四军医大学西京医院骨科研究所等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Bone Research》上。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在基因和蛋白层面，通过 RNA 测序（RNA-seq）、染色质可及性测序（ATAC-seq）和切割标签测序（CUT&Tag-seq）分析基因表达和调控；利用免疫沉淀、蛋白质免疫印迹（Western blot）检测蛋白相互作用和表达水平。在动物实验方面，构建了可诱导的软骨细胞特异性 Zbtb20 基因敲除小鼠模型，采用内侧半月板失稳（DMM）手术诱导小鼠 OA 模型。在细胞实验中，分离和培养原代软骨细胞进行相关处理和检测。同时，对人体样本进行收集和分析，如收集 OA 患者关节软骨样本用于组织学和免疫组化分析。

下面来看看具体的研究结果：

1. 转录因子 ZBTB20 在早期 OA 中被激活：研究人员通过体外实验，用白细胞介素 - 1β（IL-1β）刺激培养的原代软骨细胞，构建炎症模型。结合 RNA-seq 和 ATAC-seq 分析发现，ZBTB20 在软骨细胞受到 IL-1β 刺激 6 小时时，其相关基因表达和染色质可及性发生显著变化。进一步研究发现，在早期 OA 阶段，ZBTB20 会从细胞质转移到细胞核中，但随着 OA 的进展，其表达逐渐减少。在小鼠和临床组织样本实验中也验证了这一结果，表明 ZBTB20 的激活与早期 OA 的发病机制密切相关。
2. ZBTB20 缺失可减轻 OA 进展：为了探究 ZBTB20 在 OA 中的具体作用，研究人员利用 Col2a1-CreER 小鼠，在 10 周龄时诱导敲除 Zbtb20 基因，12 周龄时进行 DMM 手术诱导 OA。结果发现，Zbtb20 基因敲除的小鼠在 DMM 手术后，软骨破坏、骨赘形成和软骨下骨板增厚等 OA 症状明显减轻，关节软骨中肥大软骨细胞数量减少。同时，Zbtb20 基因敲除还能恢复细胞外基质（ECM）合成和降解相关蛋白的表达平衡，抑制 NF-κB 信号通路的激活。在体外培养的软骨细胞中，调控 Zbtb20 的表达也得到了类似的结果，说明 ZBTB20 通过调节 ECM 稳态，加速 OA 的进展。
3. ZBTB20 激活 NF-κB 信号通路需要抑制 Pten：为了揭示 ZBTB20 激活 NF-κB 信号通路的机制，研究人员对野生型和 Zbtb20 基因敲除的软骨细胞进行 RNA-seq 分析，发现 PI3K-Akt 信号通路在 ZBTB20 相关机制中起重要作用。通过 CUT&Tag-seq 和染色质免疫沉淀定量聚合酶链反应（ChIP-qPCR）分析，确定 Pten 是 ZBTB20 与 PI3K-Akt 信号通路之间的关键联系。实验表明，ZBTB20 可抑制 Pten 的表达，从而激活 PI3K-Akt 信号通路，进而激活 NF-κB 信号通路，破坏 ECM 稳态。使用靶向 PI3K-Akt 信号通路的化合物进行实验，进一步验证了这一机制。
4. LATS1 调节 ZBTB20 的细胞分布：研究人员发现，ZBTB20 在 OA 发病过程中的细胞分布变化与 LATS1 密切相关。IL-1β 刺激可导致 LATS1 磷酸化增加，减弱 LATS1 与 ZBTB20 的相互作用，使 ZBTB20 释放并转移到细胞核中。通过免疫共沉淀（Co-IP）和邻近标记实验验证了两者的相互作用。此外，给予 LATS1/2 抑制剂 TRULI 可抑制 IL-1β 诱导的 ZBTB20 核积累，表明 LATS1 控制 ZBTB20 的亚细胞定位。
5. TRULI 和 DAPA 可恢复 ECM 稳态并可能成为抗 OA 药物：基于上述发现，研究人员尝试通过抑制 LATS1 或直接降低 ZBTB20 的表达来恢复 ECM 平衡。实验结果表明，TRULI 可抑制 LATS1 磷酸化，阻止 ZBTB20 核积累，恢复 ECM 合成和降解的平衡；Dapagliflozin（DAPA）可降低 ZBTB20 的表达，增加 PTEN 的表达，同样能够恢复 ECM 稳态。在小鼠 OA 模型中，给予 TRULI 或 DAPA 治疗后，小鼠的异常行为得到改善，软骨退变减轻。在人体软骨体外实验中，这两种化合物也表现出对软骨的保护作用。RNA-seq 分析显示，TRULI 和 DAPA 通过不同的机制发挥作用，TRULI 主要影响细胞周期，DAPA 主要靶向蛋白聚糖和 ECM - 受体相互作用。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次明确了 ZBTB20 在 OA 发病过程中反映软骨细胞状态改变的关键作用，揭示了 ZBTB20 调节炎症反应和 ECM 稳态的机制，即 ZBTB20 通过抑制 Pten 激活 PI3K-Akt 信号通路，进而激活 NF-κB 信号通路，促进 OA 的发展。同时，发现 LATS1 是调节 ZBTB20 亚细胞定位的关键因子。此外，TRULI 和 DAPA 这两种化合物在恢复 ECM 稳态、减轻 OA 进展方面表现出良好的效果，为 OA 的治疗提供了新的潜在策略。然而，TRULI 的稳定性问题限制了其体内应用，需要进一步开发缓释系统；DAPA 在治疗 OA 和糖尿病共病方面具有潜在优势，但具体机制还需深入研究。总体而言，该研究为深入理解 OA 的发病机制提供了新的视角，为 OA 的早期干预和治疗开辟了新的方向。