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Li K. et al: Tyrosine kinase Fyn promotes osteoarthritis by activating the β-catenin pathway

中文标题:酪氨酸激酶Fyn通过激活β-连环蛋白途径促进骨关节炎

发表期刊:Ann Rheum dis

影响因子:14.299

发表时间:2018年

合作单位:南方医科大

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● 研究背景

骨关节炎(OA)是一种年龄相关性或创伤后退行性关节疾病,其确切的发病机制仍不明确。目前OA尚无有效的疾病修饰治疗方法,迫切需要开发新的治疗药物。因此,了解控制软骨细胞肥大和调控细胞外基质降解相关基因表达的机制对于开发有效的OA治疗方法具有重要意义。

 


● 研究结果

1. Fyn在老年小鼠、创伤后骨性关节炎小鼠和人类骨性关节炎的关节软骨中聚集

研究者首先选取年轻(2个月)和老年(12个月)小鼠的关节软骨来识别与软骨退化有关的蛋白质。其中酪氨酸激酶Fyn是老年软骨中表达最强的蛋白(图1A)。对4、13和24月龄小鼠的关节软骨进行Western blotting分析,证实了老化软骨中Fyn的显著增加(图1B),Fyn的积累伴随着老年小鼠软骨的退化和OARSI分级的增加(图1C,D)。为了确定Fyn在人OA关节软骨中的表达是否升高,研究者比较了接受过全膝关节置换术的老年OA患者(年龄67.00±3.03岁)软骨和无关节炎病史的年轻交通事故患者(30.25±8.18岁)的正常软骨中Fyn的表达。免疫荧光分析发现,老年组和OA组软骨细胞中Fyn水平明显升高,同时OA组软骨结构发生变性和丢失(图1E,F)。这些结果表明,Src激酶家族成员Fyn在老年小鼠和OA患者的退变和损伤的关节软骨中聚集。

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图1


2. Fyn基因缺失阻止小鼠创伤后和衰老相关OA的发生    

为了确定Fyn在退变或受损软骨的关节软骨细胞中积聚的意义,研究者进行了Fyn基因敲除实验。Western blotting分析显示了8周龄小鼠软骨中Fyn基因的缺失(图2A,B)。与对照组相比,基因敲除组(Fyn-KO小鼠)关节软骨或生长板的形态和组织均没有明显差异,这表明Fyn基因的缺失没有引起小鼠骨骼发育异常。与对照组相比,Fyn-KO组小鼠的软骨中的蛋白质含量显著减少,TUNEL染色显示Fyn-KO小鼠关节软骨细胞凋亡明显减少(图2G),软骨降解程度有所降低。这些结果表明,Fyn的缺失有效地阻止了小鼠创伤后和年龄依赖性OA的发展。

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图2


3. Fyn与软骨细胞中的β-catenin相互作用、磷酸化(Tyr142)并使其稳定

为了探讨Fyn促进OA发生的机制,研究者通过蛋白质组学的方法对软骨前体细胞系ATDC5中与Fyn相互作用的蛋白进行了鉴定,在纯化的复合物中发现β-catenin可能是FYN的潜在互作伙伴(图3A)。IP分析证实β-catenin与Fyn在ATDC5细胞(图3B)、原代软骨细胞和软骨组织中存在相互作用。β-catenin和Fyn的双重染色也显示β-catenin与Fyn在ATDC5细胞中共定位(图3C)。为了确定Fyn是否磷酸化软骨细胞中的β-catenin,研究者在ATDC5细胞中进行了体外Fyn激酶检测。结果显示,Fyn免疫沉淀使β-catenin在体外Tyr142处磷酸化,这种磷酸化被Fyn激酶抑制剂PP1或AZD0530抑制(图3D)。此外,β-catenin及其磷酸化(Tyr142)的表达通过Fyn SiRNA被显著下调(图3E),但在ATDC5细胞中通过Fyn编码质粒的Fyn过表达而增强(图3F)。为了验证Fyn在β-catenin信号通路中的关键作用,研究者在ATDC5细胞中检测了钙粘附素-catenin复合体的形成。PP1对Fyn的抑制或siRNA下调Fyn的表达可以稳定钙粘连蛋白-连环蛋白复合体,而Fyn的过度表达则破坏了该复合体(图3H)。这些数据表明,Fyn与β-catenin相互作用、磷酸化(Tyr142)并使其稳定,导致软骨细胞中钙粘连蛋白-catenin复合体的解离。

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图3


4. Fyn激活β-catenin途径促进OA的发生

在Fyn和β-catenin的双重染色中发现,随着Fyn水平的增加,β-catenin从细胞膜转移到了细胞核(图4A)。用促炎因子白细胞介素1β(IL-1β)处理ATDC5细胞,诱导Fyn和β-catenin在细胞浆和细胞核中的积聚(图4B),并增加Fyn的表达和磷酸化水平(Tyr416),β-catenin的表达和磷酸化水平(Tyr142),以及MMP13的表达(图4C)。接下来,研究者评估了老年小鼠和创伤后OA小鼠软骨中β-catenin及其磷酸化的水平。结果显示,β-catenin及其磷酸化水平随着年龄的增长和OA的加重而增加(图4D)。此外,创伤后FYN-KO小鼠关节软骨细胞中的β-catenin水平及其核定位明显低于对照组(图4F)。WNT3a是典型的Wnt/β-catenin途径的激活剂。Fyn的敲除实验显示,在OA的发生发展过程中,Fyn激活了不依赖Wnt信号的β-catenin通路,并增强了β-catenin在关节软骨细胞中的核转位。关节注射icg-001明显减少了软骨损伤,维持了关节软骨中蛋白多糖的含量,并降低了OA发生过程中的关节炎分级,退变软骨中MMP13和ADAMTS5的表达水平也相应降低。这些结果表明,β-catenin通路参与了Fyn刺激软骨细胞MMP13和ADAMTS5的表达以及小鼠OA的发生与发展。

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图4


5. FYN抑制剂AZD0530和PP1抑制β-catenin信号转导并阻止小鼠骨性关节炎的发生   

为了研究Fyn作为OA治疗靶点的潜在用途,研究者检测了Fyn的化学抑制剂在OA的发病和进展中的作用。AZD0530和PP1是Src激酶(包括Fyn)的选择性抑制剂,可用于癌症的治疗。注射小鼠后,与赋形剂治疗的小鼠相比,AZD0530和PP1治疗显著减少了软骨的破坏(图5A)、OARSI分级(图5B)和滑膜炎症,MMP13、ADAMTS5和X胶原含量、TUNEL阳性软骨细胞数和骨钙素表达也显著减少(图5C,D)。这些结果表明,抑制Fyn激酶活性可以阻止小鼠创伤后骨性关节炎的发生。Western blotting显示AZD0530或PP1可阻断IL-1β刺激引起的MMP13和ADAMTS5的上调,并抑制p-β-catenin(Tyr142)的增加(图5E)。接下来,研究者检测了用或不用AZD0530或PP1AZD0530或PP1治疗的创伤后OA小鼠的软骨样本中p-β-catenin(Tyr142)的表达。结果显示,AZD0530和PP1处理的小鼠,MMP13、p-FYN和p-β-catenin(Tyr142)的表达均明显降低(图5F)。此外,用AZD0530或PP1治疗OA时,Fyn和β-catenin在软骨细胞核中的共存也被取消(图5G)。这些结果表明,AZD0530和PP1通过抑制FYN诱导的磷酸化β-catenin的表达来预防OA的发生。

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图5




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