SPI1通过激活PERK介导的线粒体未折叠蛋白反应抑制软骨细胞衰老并缓解骨关节炎

本研究针对骨关节炎(OA)中软骨细胞衰老的关键机制展开探索。研究人员发现转录因子SPI1可通过结合PERK启动子促进其转录，进而激活线粒体未折叠蛋白反应(UPRmt)，显著抑制机械应力诱导的软骨细胞衰老。通过建立SPI1条件性敲除小鼠模型和腺病毒干预实验，证实SPI1-PERK-UPRmt信号轴可维持线粒体功能、降低SASP分泌，为OA治疗提供了新靶点。该研究发表于《Bone Research》，揭示了机械应力与细胞衰老的分子桥梁。

　　

骨关节炎作为最常见的退行性关节疾病，其核心病理特征是软骨细胞衰老和细胞外基质降解。尽管异常机械应力被公认为加速软骨退变的关键因素，但机械力如何转化为细胞衰老信号的分子机制始终是未解之谜。更令人困扰的是，目前针对OA的治疗仍以症状缓解为主，缺乏有效阻止疾病进展的靶向策略。在这种背景下，探索软骨细胞衰老的核心调控机制，寻找可干预的关键分子靶点，成为突破OA治疗瓶颈的重要方向。

安徽医科大学的研究团队在《Bone Research》发表的研究中，首次揭示了转录因子SPI1通过调控线粒体未折叠蛋白反应(UPR^mt)抑制软骨细胞衰老的全新机制。研究人员发现，在OA患者和衰老小鼠的软骨组织中，SPI1和PERK表达显著降低，而这两种分子的缺失正与线粒体功能紊乱和衰老标记物p16^INK4A、p21的上调密切相关。通过建立梯度机械应力模型，他们观察到20%应力作用48小时可最有效诱导软骨细胞衰老，此时SPI1和UPR^mt关键组分(HSP60、LONP1、ClpP)呈现先升后降的动态变化，提示细胞存在代偿性保护反应。

该研究运用了多种关键技术方法：从OA患者和髋关节置换对照组获取人软骨样本(n=30/20)建立原代软骨细胞培养体系；通过Flexcell系统建立梯度机械应力模型(0-25%，12-60小时)；构建SPI1^f/fCol2a1-CreERT2条件性敲除小鼠并进行13.5N力学加载；采用腺病毒载体(AAV-SPI1/AAV-PERK)进行关节腔注射治疗；结合染色质免疫共沉淀(ChIP)、双荧光素酶报告基因等技术验证SPI1与PERK启动子的直接结合。

研究结果部分首先揭示临床相关性："SPI1和PERK表达显著降低于骨关节炎关节软骨"显示，OA患者软骨中SPI1和PERK蛋白及mRNA水平较对照组降低50%以上，免疫荧光证实SPI1主要定位于细胞核而PERK位于胞质。在机械超负荷小鼠模型中，13.5N组软骨退化最显著，且伴随SPI1和PERK表达下降，而GCN2无显著变化。

"SPI1和PERK参与机械应力诱导的软骨细胞衰老"部分发现，20%机械应力作用48小时可使β-半乳糖苷酶阳性细胞增加3倍，线粒体膜电位下降40%，呼吸链复合体I-IV活性降低35-50%。透射电镜显示衰老细胞线粒体出现双膜结构破坏和嵴消失。SPI1条件敲除小鼠在力学加载后表现出更严重的软骨退化(OARSI评分增加2.5倍)和亚软骨骨硬化(微CT显示BV/TV增加28%)。

"SPI1抑制机械应力诱导的软骨细胞衰老"部分证实，LV-SPI1处理可使衰老标记物p16^INK4A和p21降低60%，恢复线粒体膜电位至正常水平80%，并使IL-6、IL-8分泌减少45-55%。相反，siSPI1使线粒体形态学损伤加剧，出现空泡化改变。

机制探索部分"SPI1通过PERK而非GCN2激活UPR^mt"表明，SPI1过表达使p-eIF2α/eIF2α比值提高2.1倍，ATF5上调1.8倍，而GCN2沉默无此效应。双荧光素酶和ChIP实验锁定SPI1与PERK启动子+572至+553位点(GAAGAATAGGAAGAGACATC)直接结合，突变该位点使报告基因活性降低75%。

最终"AAV-SPI1和AAV-PERK关节注射缓解OA进展"显示，治疗组OARSI评分降低60%，Col2a1表达恢复至正常水平70%，MMP13下降55%。微CT证实亚软骨骨硬化显著改善(Tb.Th增加22%)。

该研究的突破性发现在于阐明了机械应力-转录调控-线粒体质量控制的全新信号轴：SPI1→PERK→eIF2α磷酸化→UPR^mt→线粒体功能维持→抑制软骨细胞衰老。这不仅解释了异常力学如何转化为细胞衰老信号，更重要的是提出了通过关节局部递送SPI1/PERK基因治疗OA的转化医学思路。研究也存在一定局限，如未阐明早期机械应力下SPI1短暂升高的调控机制，PERK在UPR^mt与内质网应激中的交叉作用也有待明确。这些发现为开发针对软骨细胞衰老的精准干预策略奠定了理论基础，也为其他机械应力相关退行性疾病的治疗提供了新视角。