SIRT3-PINK1-PKM2 轴：对抗骨关节炎的新希望

为探究骨关节炎（OA）中细胞代谢和线粒体自噬机制，研究人员发现 SIRT3-PINK1-PKM2 轴可通过线粒体更新和代谢转换预防 OA。

　　骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是一种常见的关节疾病，它就像隐藏在关节里的 “小恶魔”，悄无声息地引发慢性疼痛，还会导致不可逆的关节畸形，严重威胁着人们的生活质量。在关节软骨中，软骨细胞是维持关节健康的 “小卫士”，而线粒体则是软骨细胞的 “能量工厂”，对维持细胞功能和防止软骨退化至关重要。然而，当 OA 发生时，线粒体的自我更新和能量产生机制却变得迷雾重重。在 OA 的晚期，受损线粒体不断积累，就像工厂里出故障的机器越堆越多，此时就需要激活一种内在的清理和自我更新机制 —— 选择性线粒体自噬（mitophagy）。虽然已有研究发现异常的 mitophagy 与多种肌肉骨骼疾病相关，但 OA 中 mitophagy 的潜在机制仍不明确。同时，软骨细胞的代谢方式也在 OA 发展过程中发生着变化，从主要通过无氧呼吸产生能量，转变为依靠三羧酸（TCA）循环来满足细胞增殖和分化的能量需求，但这其中的具体调控机制同样有待探索。

为了揭开这些谜团，苏州大学附属第一医院以及苏州大学医学院骨科研究所的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Bone Research》上，为 OA 的治疗带来了新的希望。

研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，通过分离和培养小鼠及人类的软骨细胞，给予不同的处理，如用白细胞介素 - 1β（IL-1β）诱导炎症环境，使用腺相关病毒（AAV）转染或小干扰 RNA（siRNA）干扰特定基因的表达。在动物实验中，构建了多种基因敲除小鼠模型，包括 PINK1 基因敲除（Pink1^-/-）小鼠和 SIRT3 基因敲除（Sirt3^-/-）小鼠，还通过手术建立了 OA 动物模型（如内侧半月板不稳定手术，DMM）。此外，运用了定量实时逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）、蛋白质免疫印迹（Western blotting）、免疫共沉淀（Co-IP）、线粒体膜电位检测、 Seahorse 分析等技术，从分子、细胞和整体动物水平全面地研究相关机制。

研究结果主要如下：

1. 线粒体损伤和异常 mitophagy 参与 OA 进展：研究人员收集了 OA 患者的关节软骨样本，发现受损软骨中软骨细胞外基质（C-ECM）大量流失，线粒体形态异常，膜电位降低，mitophagy 相关蛋白 PINK1 和 PRKN 表达减少，自噬通量降低。在体外实验中，用 IL-1β 处理小鼠软骨细胞，同样观察到线粒体功能受损，但此时 PINK1 会代偿性增加以激活 mitophagy。在 DMM 诱导的 OA 动物模型中，随着疾病进展，PINK1 和 PRKN 的表达先升高后降低，表明 mitophagy 在 OA 中是一种代偿性保护机制，但在疾病晚期会失效。
2. 靶向 PINK1 可激活 mitophagy 并促进线粒体自我更新：研究人员通过 AAV-Pink1 转染小鼠软骨细胞，发现 PINK1 过表达可激活 PRKN-P62-LC3B 通路，促进自噬通量，增强受损线粒体的清除，恢复线粒体功能。相反，Pink1^-/-小鼠的软骨细胞中 mitophagy 相关蛋白表达下调，mitophagy 受到抑制，线粒体损伤加重。
3. SIRT3-PINK1 轴通过去乙酰化激活 mitophagy 和软骨合成代谢以对抗 OA：研究发现，SIRT3 是 PINK1 的上游调节分子，SIRT3 可通过去乙酰化激活 PINK1。Sirt3^-/-小鼠的软骨退化和 C-ECM 流失加剧，mitophagy 受到抑制，而 AAV-Pink1 可部分恢复 Sirt3^-/-小鼠的软骨功能和 mitophagy 水平，表明 SIRT3-PINK1 轴对维持软骨稳态至关重要。
4. PINK1 直接磷酸化 PKM2 并抑制其核转位以促进能量产生：通过磷酸化蛋白质组学测序，研究人员发现 PINK1 可直接磷酸化丙酮酸激酶 M2（PKM2）。PINK1 缺失会导致 PKM2 核转位增加，与 β -catenin 相互作用增强，促进糖酵解。而 PINK1 过表达则抑制 PKM2 核转位，促进其形成活性四聚体，使代谢从糖酵解向有氧呼吸转变，增加能量产生。
5. SIRT3 和 PINK1 双敲除加重软骨 - 骨退化和运动功能障碍：研究人员构建了 Sirt3^-/-Pink1^-/-双敲除小鼠模型，发现双敲除小鼠的关节软骨磨损严重，C-ECM 代谢失衡，骨赘形成明显，运动功能显著下降。同时，双敲除导致 PINK1-PRKN 轴失活，PKM2 核转位增加，进一步证实了 SIRT3-PINK1 轴在保护关节稳态中的重要作用。

在讨论部分，研究人员指出，mitophagy 在 OA 中的动态表达受早期代偿和晚期失代偿机制的调节，因此针对 mitophagy 的治疗策略应根据疾病阶段进行调整。此外，糖酵解在 OA 中的作用复杂，既参与能量供应，又与炎症和细胞凋亡相关。PKM2 作为糖酵解的关键酶，其磷酸化状态和核转位对 OA 的发展具有重要影响。

总的来说，该研究揭示了 SIRT3-PINK1-PKM2 轴在 OA 中的重要调控作用，为 OA 的治疗提供了新的潜在靶点和理论依据。未来，有望基于这些发现开发出更有效的 OA 治疗方法，帮助众多患者摆脱病痛的折磨。