北医三院研究团队解析胆固醇代谢异常导致骨关节炎的机制

研究人员首先收集了100例接受全膝关节置换术（TKA）的骨关节炎患者及91例非骨关节炎患者的临床数据。他们发现，骨关节炎患者的总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白（LDL）明显更高，表明高脂血症与骨关节炎发展之间可能存在关联。此外，与常规饮食相比，高胆固醇饮食会诱导小鼠模型发生更严重的软骨退变。

接下来，研究人员对两种饮食喂养的小鼠的RNA测序结果进行了全面筛选，发现LDL受体相关蛋白（LRP）家族的表达发生了显著变化（图1）。LRP家族是一组进化上保守的细胞表面受体，参与了胆固醇代谢的调节。具体来说，作为LRP家族中变化最明显的成员，在外源性胆固醇刺激后，LRP3在软骨细胞中的表达（mRNA和蛋白质水平）均显著下降，当炎症因子与胆固醇共同作用时，变化趋势更加明显。

高胆固醇导致LRP3在软骨中的表达下调^[1]

为了进一步阐明LRP3的表达与骨关节炎的关系，研究人员收集了5例骨关节炎患者和5例外伤对照患者的软骨组织，发现LRP3蛋白在骨关节炎软骨中下调。在前交叉韧带切断术（ACLT）诱导的大鼠骨关节炎模型中，软骨的LRP3表达也显著降低。此外在衰老诱导的小鼠骨关节炎模型中也观察到类似的结果。这些结果证实了在骨关节炎发展过程中，LRP3在软骨细胞中的表达下降。

之后，研究人员构建了LRP3敲低和过表达的慢病毒载体，以便鉴定LRP3在骨关节炎中的生物学功能。他们发现，LRP3敲低导致正常大鼠软骨细胞中的合成代谢基因（Col2a1、Acan和Sox9）表达下降，相应蛋白的表达也随之降低。此外，LRP3敲低还诱导了软骨细胞细胞外基质（ECM）的分解代谢（图2）。LRP3的过表达则逆转了这些影响。这些结果表明，LRP3正向调节了软骨细胞ECM的代谢。

利用赛业生物构建的LRP3基因敲除小鼠（Lrp3^−/−小鼠，产品编号：S-KO-10153），他们进一步确定了LRP3在骨关节炎发病机制中的作用。与野生型对照相比，Lrp3^−/−小鼠在第4周和第8周表现出更严重的ACLT诱导的软骨退变（图2）。Micro-CT 3D重建图像显示Lrp3^−/−小鼠的异位骨赘显著增加，关节表面也变得更粗糙。同时，自然衰老的Lrp3^−/−小鼠也表现出更严重的骨关节炎进展。总的来说，这些结果表明LRP3的缺乏加速了骨关节炎的发展。

LRP3正向调节软骨细胞ECM的代谢^[1]

那么，LRP3过表达是否可以延缓骨关节炎的进展？研究人员将过表达载体注射到在ACLT手术后的大鼠膝关节。通过番红O-固绿染色和IHC染色，他们观察到LRP3过表达显著抑制了关节软骨破坏。OARSI评分也表明过表达LRP3的膝关节表现出较轻的骨关节炎表型。与对照组相比，过表达载体处理组的关节表面更光滑，且异位骨赘的生成也更少。因此他们认为，LRP3的过表达减弱了骨关节炎发生时的软骨退变。

为了确定这背后的潜在机制，研究人员对LRP3敲低的大鼠软骨细胞开展了RNA测序分析。他们发现，与软骨退变密切相关的多配体蛋白聚糖4（syndecan-4, SDC4）在Lrp3敲低后显著上调。KEGG通路分析显示，在敲低LRP3后，调控炎症反应导致OA软骨退化的Ras/Raf/MEK/ERK信号通路明显被激活。免疫印迹结果显示，敲低LRP3可显著增加Ras和Raf表达，并显著提高MEK1/2和ERK1/2的磷酸化水平，同时显著增加SDC4的表达。Ras信号通路抑制剂则消除了LRP3敲低诱导的SDC4上调。根据这些结果，他们认为LRP3通过Ras/Raf/MEK/ERK信号通路负向调节软骨细胞中SDC4的表达。

为了探究SDC4表达与骨关节炎之间的关系，研究人员在正常大鼠软骨细胞中过表达SDC4，发现COL2A1和ACAN的表达显著降低，而基质金属蛋白酶3（MMP3）的表达增加。MMP3等基质降解酶对软骨ECM的降解是骨关节炎的重要特征之一。将过表达SDC4的慢病毒载体注射到大鼠膝关节后，大鼠表现出更严重的骨关节炎表型。他们还发现，SDC4过表达通过结合和激活ECM降解酶ADAMTS-5来诱导软骨ECM降解，从而加剧软骨退变。

胆固醇-LRP3-SDC4通路在骨关节炎软骨退变中的作用^[1]

总的来说，研究人员发现高胆固醇抑制了LRP3在软骨细胞中的表达，引发软骨ECM代谢的失衡，并导致软骨退变的发展。其中，SDC4作为LRP3的下游分子靶点，参与调节软骨细胞ECM的降解（图3）。LRP3的过表达可以有效延缓骨关节炎的软骨退变。这项研究强调了胆固醇-LRP3-SDC4通路在骨关节炎发病机制中的作用，为骨关节炎的治疗提供了新的潜在靶点。

赛业生物构建了LRP3基因敲除小鼠与条件性基因敲除小鼠，更有活体小鼠已加入『红鼠资源库』，快至2周交付！确保您在短时间内获得更具性价比的实验用鼠，为您的研究加点速~

LRP3 flox小鼠