骨关节炎（OA）是一种与衰老相关的退行性关节疾病，其中细胞衰老在发病机制和进展中起着关键作用[1]。软骨细胞是维持软骨稳态的主要细胞，在OA过程中会发生各种病理变化，包括细胞衰老、氧化应激增加和细胞外基质（ECM）合成改变[2]、[3]。尽管OA传统上被认为是一种机械性磨损疾病，但越来越多的证据表明，分子和生化过程（如活性氧（ROS）的产生和细胞衰老）在其发展和进展中起着重要作用[4]。
NADPH氧化酶（NOXs）是一类膜结合酶复合物，通过将电子从NADPH转移到分子氧上来产生ROS[5]。NOX家族包括七个成员：NOX1–5、Duox1和Duox2[6]。其中，NADPH氧化酶4（Nox4）的独特之处在于其具有 constitutive 活性，可以独立于细胞质激活蛋白或调节结构域发挥作用[7]、[8]。Nox4在多种细胞类型中表达，包括内皮细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞、骨骼肌细胞、破骨细胞和软骨细胞，在这些细胞中，其表达和活性在炎症介质和细胞因子的作用下显著上调[9]。最近的研究发现Nox4与OA的发病机制密切相关[10]、[11]、[12]。我们之前的研究表明，Nox4在软骨细胞中的激活会促进炎症细胞因子（如TNF-α和IL-1β）的产生，从而加剧和持续关节软骨的退化[13]。此外，Nox4已被确定为氧化应激相关疾病（如肺纤维化和主动脉硬化）中细胞衰老的关键驱动因素，使其成为有前景的药物靶点[14]、[15]。最近的研究报告了小鼠OA模型中Nox4表达升高与软骨细胞衰老增加之间的关联[16]。然而，Nox4活性与软骨细胞衰老和软骨退化之间的确切因果关系及其潜在机制尚未完全阐明。
ROS是细胞代谢的天然产物，尤其是在线粒体内产生的高反应性分子。虽然低水平的ROS在细胞信号传导和稳态中起着重要作用，但过量的ROS积累会导致氧化应激，从而损害蛋白质、脂质和DNA。这种氧化损伤是衰老的标志，并导致多种与年龄相关的疾病，包括OA、癌症和神经退行性疾病[17]、[18]。细胞衰老是一种永久性的细胞周期停滞状态，发生在各种应激因素（包括DNA损伤、端粒缩短和过量ROS）的作用下[19]。虽然衰老最初作为一种保护机制以防止受损细胞的增殖，但衰老细胞在组织中的持续积累可能具有危害性[20]。衰老细胞仍然具有代谢活性，并表现出一种称为衰老相关分泌表型（SASP）的特征性分泌特征，表现为释放促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和降解基质的酶[21]。SASP在组织稳态中具有双重作用：一方面，它可以通过招募免疫细胞清除受损细胞来促进组织修复；另一方面，长期的SASP信号传导会破坏组织微环境，导致慢性炎症和ECM降解[21]、[22]。这一过程在OA中尤为重要，因为衰老软骨细胞的积累会加剧关节炎症和软骨破坏[1]、[23]。
在OA患者进行关节置换的关节软骨中发现了软骨细胞衰老，有证据表明衰老软骨细胞的积累与年龄相关[24]。最近的研究进一步表明，软骨细胞衰老与软骨损伤后的修复机制受损密切相关，且软骨损伤的严重程度与衰老软骨细胞的数量呈正相关[25]。重要的是，在骨关节炎小鼠模型中选择性清除衰老细胞可以减缓创伤后OA（PTOA）的进展[26]，而在小鼠体内注射衰老细胞足以诱导类似OA的变化[27]。尽管有这些发现，但连接软骨细胞衰老与OA病理的具体分子机制仍大部分未明确。为了探索介导ROS诱导的软骨细胞衰老的下游效应器，我们关注了p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路。p38MAPK是一种高度保守的应激反应激酶，能被氧化应激和过量ROS强烈激活。大量文献证实p38MAPK是细胞衰老的主要调节因子和SASP的主要驱动因素，控制关键促炎细胞因子和基质金属蛋白酶（MMPs）的表达[28]、[29]。在OA中，p38MAPK信号通路在退化的软骨中显著过度激活，导致软骨细胞凋亡、衰老和ECM降解[30]、[31]、[32]。此外，其他细胞模型的研究表明，Nox4产生的ROS在上游激活p38MAPK级联反应[33]、[34]。基于这一机制联系，我们假设p38MAPK通路是Nox4/ROS信号通路介导软骨细胞衰老的关键下游靶点。
在这项研究中，我们探讨了Nox4通过ROS/p38MAPK信号通路调节软骨细胞衰老和ECM稳态的作用。通过检查不同OA实验模型中的Nox4表达，阐明了其在软骨退化中的作用，并探索了靶向Nox4和p38MAPK以减缓OA进展的治疗潜力。了解这些分子联系可能为这种致残性疾病提供新的疾病修饰策略。
