骨关节炎治疗新靶标｜祝文涛教授团队阐明mtDNA-IRF1-ZBP1-RIPK1是参与软骨细胞损伤的病理轴
骨关节炎（OA）是最常见的退行性疾病之一，影响全球5亿多人。关节软骨的破坏是OA最基本的病理特征，而软骨细胞是关节软骨中的主要细胞类型，控制着软骨的完整性和稳态。目前，OA软骨细胞损伤和OA发病的分子机制在很大程度上仍有待阐明。Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）是一种参与多种炎症性疾病的核酸传感器，但它是否以及如何导致OA尚不清楚。
2024年7月18日，华中科技大学同济医学院附属同济医院祝文涛教授团队在Cell Communication and Signaling (IF 8.2) 上发文“IRF1 regulation of ZBP1 links mitochondrial DNA and chondrocyte damage in osteoarthritis”，研究发现ZBP1表达与OA进展呈正相关，mtDNA-IRF1-ZBP1-RIPK1是参与软骨细胞损伤的病理轴，抑制该轴可能是治疗OA的可行方法。
IHC染色显示AAV9-shZBP1有效减少了ZBP1阳性细胞数量
研究结果
1、AAV9-shZBP1敲低保护小鼠免受DMM诱导的软骨退化和骨赘形成
OA样本和创伤后OA小鼠模型中ZBP1的表达水平上调，表明ZBP1表达与OA进展密切相关。为验证软骨细胞中ZBP1的缺失是否能保护小鼠免受OA的侵害，研究团队将AAV9-shZBP1注射到小鼠膝关节腔内，IHC结果证实，与AAV9-shGFP组相比，AAV9-shZBP1有效地减少了ZBP1软骨细胞的数量。在首次注射AAV9两周后，进行DMM手术或假手术，并在术后第56天处死小鼠。与DMM组相比，AAV9-shZBP1组小鼠关节软骨退化较少，OARSI评分较低。通过评估软骨下骨和骨赘的变化，发现接受DMM手术的AAV9-shZBP1注射小鼠骨赘形成减少，骨赘评分降低。上述结果表明，软骨中ZBP1的下调保护了小鼠免受DMM诱导的软骨退化和骨赘形成的影响。
ZBP1对DMM小鼠的OA进展至关重要
2、ZBP1与RIPK1相互作用，通过NF-κB信号通路促进软骨细胞损伤
由于ZBP1含有RIP同型相互作用基序（RHIM），ZBP1与其他含RHIM的蛋白质的相互作用是ZBP1信号转导的基础，之前的研究表明了RIPK1-NF-κB信号通路在炎性软骨细胞中的病理作用，因此研究团队分析了ZBP1和RIPK1在软骨细胞中的相互作用。IF共定位结果显示，在TNF-α处理的软骨细胞中，ZBP1与P-RIPK1的共定位增加，与TNF-α组相比，ZBP1敲低降低了TAK1、P65和RIPK1的磷酸化；IHC结果显示，与DMM组相比，AAV9-shZBP1还降低了关节软骨中P-P65和P-RIPK1的表达水平，表明ZBP1可以与RIPK1相互作用以激活RIPK1-TAK1-NF-κB信号通路，介导软骨细胞炎症和ECM降解。进一步研究证明ZBP1的表达受IRF1的调节，过表达ZBP1逆转了IRF1敲低对软骨细胞的保护作用。
ZBP1与RIPK1相互作用，激活TAK1-NF-κB通路
3、CsA治疗抑制ZBP1，减轻软骨细胞损伤
由于在细胞应激和线粒体功能障碍的条件下，mtDNA可以释放到细胞质或细胞外空间，与包括ZBP1在内的模式识别受体结合，因此研究团队进一步探讨了OA软骨细胞释放的mtDNA是否调节ZBP1。研究发现，TNF-α导致线粒体释放更多的dsDNA，增加ZBP1和dsDNA的共定位，而CsA（线粒体通透性转换孔抑制剂）治疗不仅降低了细胞质中的mtDNA水平以及ZBP1和dsDNA的结合，还降低了ZBP1、p-RIPK1的表达水平，表明CsA可以抑制mtDNA-ZBP1-RIPK1轴。先前的研究证实IRFs可能受到mtDNA的调控，检测发现CsA降低了TNF-α处理的软骨细胞中核IRF1的比例，显著减轻了软骨细胞的炎症反应和ECM降解，表明mtDNA可能在ZBP1的活性和表达中发挥双重作用，导致软骨细胞损伤，CsA抑制mtDNA的释放可以防止TNF-α诱导的软骨细胞损伤。
mtDNA对IRF1和软骨细胞损伤的影响
结论
本研究揭示了ZBP1表达与OA之间的正相关关系，mtDNA-IRF1-ZBP1-RIPK1是参与软骨细胞损伤的病理轴。此外，CsA抑制mtDNA-IRF1-ZBP1轴可保护小鼠免受DMM诱导的OA进展。研究结果强调了ZBP1在连接mtDNA和软骨细胞损伤中的重要作用，并揭示了一个可能用作OA治疗靶点的新轴。
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