近日，南方科技大學醫學院教授肖國芝、副教授曹惠玲團隊聯合在國際學術期刊《自然×衰老》（Nature Aging）線上發表了題為“Kindlin-2 preserves integrity of the articular cartilage to protect against osteoarthritis”的研究論文，首次證實了粘著斑蛋白Kindlin-2在維持關節軟骨穩態中的關鍵作用。
圖1.關節腔內注射Kindlin-2表達AAV5可通過調節Stat3-Runx2通路減緩骨性關節炎的疾病行程
骨性關節炎（osteoarthritis，OA）是一種慢性退行性關節疾病，在老齡人群中最為常見，具有高發性和高致殘性。據統計，膝關節OA在60-70歲人口中的發病率為33%，而在80歲以上人口中則高達43.7%。OA可造成持續性的關節疼痛和活動受限，晚期甚至能造成患者喪失行為能力。現時，由於OA疾病發生發展的分子機制仍不完全清楚，臨床上尚無有效治療OA的藥物，晚期患者只能依靠關節置換手術恢復關節功能，囙此造成了巨大的社會經濟負擔。
關節軟骨退變是OA發病過程中最主要的病理特徵，然而其分子機制仍不完全清楚。關節軟骨富含膠原、蛋白聚糖等基質成分，能為關節日常活動提供緩衝力。軟骨細胞是關節軟骨內唯一的細胞類型。在骨骼發育階段，軟骨細胞持續增殖、分泌基質蛋白、肥大分化和凋亡，為後續的骨骼形成提供框架。成年後，關節軟骨細胞則處於相對靜息的狀態。近期研究發現，在病理因素刺激下，關節軟骨細胞發生异常肥大分化並分泌基質降解酶，導致關節軟骨穩態失衡，加速OA的發生發展。其中，Runx2和Stat3等關鍵轉錄因數在促進軟骨細胞异常分化和分解代謝中扮演了重要角色。然而，生理狀態下關節軟骨細胞如何抑制自身肥大分化並維持基質合成代謝，以及病理狀態下這些過程的异常是否會導致OA的發生發展及其機制仍不明確。
肖國芝團隊曾於2015年首次報導了Kindlin-2在骨骼發育過程中的關鍵作用和機制。在小鼠發育過程中，間充質幹細胞或軟骨細胞缺失Kindlin-2會造成嚴重的骨骼發育异常。然而，Kindlin-2是否在成年期關節軟骨細胞內表達和發揮功能尚不清楚。研究人員發現Kindlin-2高表達於健康成年小鼠的關節軟骨細胞中，並在衰老小鼠的關節軟骨細胞中顯著降低。為探索Kindlin-2在成年期關節軟骨細胞內穩態調控中的潜在作用，研究人員構建了他莫昔芬可誘導性的軟骨細胞Kindlin-2敲除小鼠模型。利用該小鼠模型，研究人員發現在成年期小鼠關節軟骨細胞中特异性敲除Kindlin-2會造成嚴重的自發性OA錶型，其病理特徵包括關節軟骨損傷、軟骨下骨硬化、滑膜炎症、疼痛和骨贅形成，與人類OA的病理特徵高度相似。同時，在內側半月板失穩術（destabilization of medial meniscus，DMM）模型中，研究人員發現關節軟骨細胞缺失Kindlin-2會加速DMM誘導OA的發生和發展。
在分子機制方面，研究人員發現敲除Kindlin-2可啟動軟骨細胞Stat3-Runx2通路，導致關節軟骨細胞的异常肥大分化和細胞外基質分解代謝及OA的發生發展。通過對衰老小鼠和OA患者軟骨樣本進行檢查，研究人員發現Kindlin-2表達水准的下調與Stat3-Runx2表達水准的异常上調高度相關。該團隊進一步發現Kindlin-2可存在於軟骨細胞的線粒體中，敲除Kindlin-2會導致軟骨細胞線粒體釋放大量活性氧蔟（reactive oxygen species，ROS），並促進了Stat3的磷酸化修飾和核轉移。在細胞質中，Kindlin-2蛋白可與Stat3蛋白直接結合，抑制ROS對Stat3的磷酸化啟動作用。研究人員分別構建了兩種雙敲小鼠模型（Stat3fl/fl；Kindlin-2fl/fl；AggrecanCreERT2小鼠模型和Runx2fl/fl；Kindlin-2fl/fl；AggrecanCreERT2小鼠模型），證實了軟骨細胞內敲除Stat3或Runx2基因均可有效緩解由於Kindlin-2遺失造成的軟骨退變和OA樣損傷。通過以上實驗，研究人員證實了軟骨細胞內Kindlin-2可通過抑制Stat3-Runx2通路維持軟骨細胞內穩態並對抗OA的發生。
在闡明Kindlin-2在生理病理狀態下的作用與分子機制後，研究人員進一步探索了通過靶向關節軟骨細胞內Kindlin-2表達量來治療OA的潜在可能性。研究人員應用前期建立的關節腔內注射腺相關病毒（adeno-associated virusesserotype 5，AAV5）方法實現了在關節軟骨細胞中表達外源性Kindlin-2蛋白，發現在小鼠關節腔內注射表達Kindlin-2的AAV可顯著提高軟骨細胞內Kindlin-2蛋白的表達水准，並能減緩由於DMM造成的軟骨損傷和延緩衰老OA的發生發展，為臨床治療OA提供了新的潜在靶點。
綜上所述，該研究闡明了Kindlin-2通過調控Stat3-Runx2通路維持軟骨穩態的重要作用和分子機制，為臨床治療OA提供了新的思路和潜在靶點。
南科大是論文第一單比特。肖國芝、曹惠玲及南方醫科大學基礎醫學院教授白曉春為論文共同通訊作者。南科大醫學院博士研究生吳曉昊、美國拉什大學醫學中心骨科系助理研究員賴玉梅、華中科技大學同濟醫學院博士研究生陳勝為論文共同第一作者。吳曉昊同時獲得2021年度美國骨礦鹽學會（ASBMR）頒發的FelixBronnerYoungInvestigatorAward和華人骨研學會頒發的WebsterJeeYoungInvestigatorAward。
該研究得到國家重點研發計畫、國家自然科學基金、廣東省科學技術基金資助項目、深圳市科創委自由探索項目等經費支持。
論文連結：
https://doi.org/10.1038/s43587-021-00165-w