水通道蛋白3的下调通过抑制PI3K/Akt/mTOR通路，促进由高渗透压引起的髓核细胞凋亡

《Frontiers in Genetics》：Downregulation of aquaporin 3 promotes hyperosmolarity-induced apoptosis of nucleus pulposus cells through PI3K/Akt/mTOR pathway suppression

水通道蛋白3（AQP3）在椎间盘退行化（IVDD）中调控NPCs凋亡的机制研究。通过体外实验和AAV病毒载体过表达AQP3，发现高渗环境（550 mOsm/kg）导致AQP3表达下调，抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路，引发线粒体功能障碍和ROS积累，从而诱导NPCs凋亡。AQP3过表达有效逆转上述过程，恢复细胞存活和基质结构，并在IVDD大鼠模型中验证其治疗效果。

　　在现代社会，随着人口老龄化和生活方式的变化，椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IVDD）已成为影响人类健康的重要问题之一。IVDD不仅会导致慢性下背部疼痛，还可能引发神经压迫，严重影响患者的生活质量。尽管已有大量研究揭示了IVDD的多种病理机制，但目前尚缺乏针对该疾病根本病因的有效治疗方法。因此，探索IVDD的分子机制，尤其是细胞凋亡的调控过程，对于开发新型治疗策略具有重要意义。

NPCs，即椎间盘髓核细胞，是维持椎间盘结构和功能的关键细胞类型。在IVDD过程中，NPCs的凋亡和细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）的降解是核心病理特征。研究表明，NPCs所处的微环境具有高渗透压、低氧、低pH和高机械应力等特性，这些因素共同作用，导致NPCs的功能受损和凋亡。其中，高渗透压被认为是IVDD进展的重要驱动因素之一。然而，高渗透压如何影响NPCs的凋亡过程，以及其潜在的调控机制仍不清楚。

在本研究中，我们聚焦于AQP3（Aquaporin 3）在高渗透压条件下对NPCs凋亡的影响。AQP3是一种膜通道蛋白，能够调节细胞内外的水分和溶质交换，从而维持细胞的渗透压平衡。在IVDD模型中，AQP3的表达水平显著下降，这提示其可能在疾病进展中发挥重要作用。我们通过体外实验和体内实验探讨了AQP3在NPCs凋亡中的具体作用机制，发现高渗透压条件下的AQP3表达降低，导致PI3K/AKT/mTOR信号通路的抑制，进而引发线粒体功能障碍和活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）的积累。这些变化最终导致NPCs的凋亡和ECM的降解。

在体外实验中，我们通过不同渗透压条件（330 mOsm/kg和550 mOsm/kg）培养NPCs，并观察其细胞凋亡情况。结果显示，550 mOsm/kg条件下的NPCs凋亡率显著增加，同时线粒体膜电位下降，ROS水平上升。进一步的Western blot分析表明，高渗透压条件下，促凋亡蛋白Bax表达上调，而抗凋亡蛋白Bcl-2表达下调。这些发现表明，高渗透压条件下的NPCs容易受到氧化应激的损害，从而导致细胞凋亡。

为了验证AQP3在调节NPCs凋亡中的作用，我们利用AAV（腺相关病毒）载体在NPCs中过表达AQP3。结果显示，过表达AQP3能够显著减少NPCs的凋亡率，恢复线粒体膜电位，并降低ROS的积累。这些结果表明，AQP3在维持NPCs的渗透压平衡和细胞存活方面具有关键作用。此外，我们还通过药理学手段抑制AQP3的表达，发现这会加剧NPCs的凋亡和ECM的降解，进一步支持AQP3在IVDD中的保护性作用。

在体内实验中，我们建立了IVDD的动物模型，并通过AAV-AQP3过表达和AQP3抑制剂处理，评估AQP3对疾病进展的影响。结果表明，AQP3过表达能够有效缓解IVDD的病理变化，包括椎间盘空间变窄、细胞丢失和纤维化。而AQP3抑制剂处理则加剧了这些病理变化。这些发现不仅证实了AQP3在IVDD中的关键作用，也为开发基于AQP3的治疗策略提供了理论依据。

此外，我们还通过RNA测序分析了高渗透压条件下NPCs的基因表达变化，并发现PI3K/AKT/mTOR信号通路的表达显著下调。这一通路的抑制与ROS的积累和线粒体功能障碍密切相关，提示AQP3可能通过调控这一信号通路来影响NPCs的凋亡过程。我们的研究进一步表明，AQP3的表达水平与NPCs的存活率呈正相关，而其下调则与IVDD的进展密切相关。

综上所述，本研究揭示了AQP3在高渗透压条件下对NPCs凋亡和ECM降解的调控作用。AQP3的表达下降会导致PI3K/AKT/mTOR信号通路的抑制，从而引发线粒体功能障碍和ROS的积累，最终导致NPCs的凋亡。通过过表达AQP3，我们能够显著改善这些病理变化，提示AQP3可能成为IVDD治疗的新靶点。这些发现不仅加深了我们对IVDD发病机制的理解，也为开发针对该疾病的新疗法提供了重要的理论基础和实验支持。未来的研究可以进一步探索AQP3在不同细胞类型中的作用，以及其在临床中的应用潜力。