南京大學醫學院團隊發現骨關節炎表觀遺傳新機制

　　近日，南京大學醫學院曹望森教授課題組和蔣青教授課題組聯手在骨關節炎表觀遺傳病理機制研究中取得重要進展，部分結果以“PPARg preservation via promoter demethylation alleviates osteoarthritis in mice” 為題于6月25日在線發表在國際風濕病及骨關節炎學科原創研究排名第一雜志《風濕病年鑒》 (Annals of the Rheumatic Diseases)。

　　骨關節炎為多種病因如肥胖、性別差異，關節勞損、創傷、先天性遺傳缺陷等引起的骨關節軟骨和關節下骨退行性病變，是中老年人最常見的骨關節疾病，60歲后男女患病率分別高達10%及18%，臨床表現為緩慢發展的關節疼痛、僵硬、腫脹、活動受限和關節畸形，缺乏有效藥物治療，嚴重患者需行關節置換手術。在細胞水平，骨關節炎的發生發展與氧化應激失衡，過度炎癥反應，以及軟骨細胞合成，分解代謝相關蛋白表達異常密切相關。盡管許多患者具有類似的病理誘因，但罹患骨關節炎的易感性，病情嚴重程度及對治療的反應不一，影響病情，療效和預后的判斷。近來眾多研究表明表觀遺傳DNA甲基化異常能夠導致骨關節炎相關蛋白表達紊亂，部分解釋了骨關節炎發病和病程的個體差異，但這些病理改變是骨關節炎的誘因或是結果，以及哪些表觀遺傳敏感基因控制骨關節炎的發生發展依舊不明。

　　基因轉錄子PPARg ( 氧化物酶體增殖物激活受體伽瑪 ，Peroxisome proliferator-activated receptor gamma )是核激素受體家族成員，廣泛分布于各種組織細胞，主要參與調控脂肪組織分化和代謝，同時也是重要的骨關節保護蛋白。PPARg啟動子含有經典的CpG島，是表觀遺傳DNA甲基化修飾的敏感位點，但PPARg是否在骨關節炎發生發展中受表觀遺傳DNA甲基化異常調控及功能相關性尚無報道。課題組對骨關節炎患者和小鼠膝關節內側半月板失穩術?DMM (destabilization of medial meniscus)?造模的骨關節炎關節軟骨檢測發現PPARg蛋白水平明顯下降，與野生型小鼠相比，PPARg基因敲除小鼠的骨關節炎損傷更加嚴重。進一步檢測PPARg下降的上下游病理過程/信號通路發現骨關節炎關節軟骨中PPARg啟動子呈現DNA超甲基化。DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase) DNMT1和DNMT3a特異性表達上升。接著，體外培養的軟骨細胞和小鼠骨關節研究證實DNMT1/3a抑制劑5-氮雜-2'-脫氧胞嘧啶核苷(5Aza, 5-Aza-2'-deoxycytidine) 能夠有效去除IL-1b及DMM誘導的PPARg啟動子超甲基化，緩解PPARg下調及相關的氧化應激失衡和過度的炎癥反應， 改善骨關節炎相關蛋白的表達和骨關節損傷。 進一步對野生小鼠和PPARg基因敲除小鼠的比較研究表明藥理性抑制DNMT1/3a能夠顯著的緩解野生型小鼠的骨關節炎病理改變，但對PPARg基因敲除小鼠的保護作用不明顯，說明PPARg是骨關節炎表觀遺傳DNA甲基化紊亂病理機制中的關鍵效應蛋白，其上游DNMT1/3a的異常升高能夠導致PPARg啟動子超甲基化及PPARg表達下降，降低了PPARg拮抗骨關節氧化應激失衡和過度炎癥反應能力，最終誘導并加重骨關節炎的發生發展 (見插圖)。

　　這些研究結果表明DNMT1/3a/PPARg軸在表觀遺傳失常和關節炎發生發展中起重要作用，揭示了骨關節炎表觀遺傳DNA甲基化異常的關鍵調控通路和基因靶點，提示由于家庭遺傳或環境因素，過去疾病或服藥史導致該通路相關基因表達失常有可能增加罹患骨關節炎的風險或加重骨關節炎病程。該研究還為進一步研發靶向DNMT/PPARg通路的有效制劑治療骨關節炎和相關疾病提供新的契機。

　　該論文第一作者為朱曉波碩士，博士研究生陳芳，陸克和韋噯提供了轉基因小鼠等技術支持，曹望森教授和蔣青教授為共同通訊作者。研究受到國家自然基金委重點項目(81730067)，面上項目 (81470940, 81670762) 和國際合作項目 (81420108021) 資助。