SESN2通过调控SREBP1介导的脂代谢维持骨关节炎进程中软骨稳态的作用与机制研究

《iScience》：SESN2 maintains cartilage homeostasis by SREBP1-mediated lipid metabolism during osteoarthritis progression

本研究针对骨关节炎（OA）软骨退变中脂代谢紊乱的核心问题，揭示了应激诱导蛋白SESN2通过直接结合SCAP抑制转录因子SREBP1的活化，进而下调ACLY、FASN、SCD1等关键脂合成酶的表达，改善软骨细胞脂毒性损伤。动物实验证实SESN2过表达可显著延缓小鼠OA进展并改善行为学表现，为靶向脂代谢治疗OA提供了新策略。

　　

随着全球人口老龄化加剧，骨关节炎（Osteoarthritis, OA）已成为导致中老年人致残的首要关节疾病，给社会带来沉重负担。这种疾病的核心特征在于关节软骨的进行性退化，伴随滑膜炎、骨赘形成等病理变化。然而令人遗憾的是，目前尚无能够逆转OA病程的根治性疗法。近年来，科学家们逐渐意识到代谢异常在OA发生发展中的关键作用——特别是肥胖人群的OA发病率显著升高，提示脂代谢紊乱可能与软骨健康密切相关。在OA的病理环境中，软骨细胞会经历独特的代谢重编程，表现为脂肪酸合成亢进、脂质异常沉积，这些变化最终加剧软骨基质降解。但这一现象背后的分子开关究竟如何调控，始终是未解之谜。

在这项发表于《iScience》的研究中，南京大学鼓楼医院史东泉教授团队将目光投向了一个应激调控蛋白——Sestrin2（SESN2）。这个高度保守的蛋白此前已被发现在糖尿病、脂肪肝等代谢性疾病中扮演重要角色，但在OA软骨代谢中的作用仍是空白。研究人员通过临床样本分析、细胞实验和多组动物模型验证，首次揭示SESN2是维持软骨脂代谢平衡的关键守护者。

研究团队主要运用了以下关键技术方法：收集OA患者膝关节置换术中的软骨样本进行分区对比分析；通过siRNA（小干扰RNA）和慢病毒载体在原代小鼠软骨细胞中实现基因敲低与过表达；建立小鼠内侧半月板失稳（Destabilization of Medial Meniscus, DMM）手术诱导的OA模型；结合免疫组化/免疫荧光、蛋白质印迹（Western blot）、实时定量PCR（qPCR）、共免疫沉淀（Co-IP）、分子对接模拟等技术多维度验证分子机制；通过步态分析、旷场实验、冯弗雷纤维测痛等行为学方法评估关节功能改善效果。

SESN2缺陷与OA软骨脂合成酶上调相关

通过对人OA软骨样本的分区检测，研究发现受损区域SESN2蛋白表达显著降低，且与基质金属蛋白酶13（MMP13）升高、Ⅱ型胶原（COL2A1）减少相关。同时，关键脂合成酶FASN（脂肪酸合酶）、SCD1（硬脂酰辅酶A去饱和酶1）在受损软骨中明显上调。在DMM手术诱导的小鼠OA模型及自然衰老小鼠中，同样观察到SESN2随软骨退化而递减的趋势。相关性分析进一步显示SESN2表达与MMP3、MMP13、FASN、SCD1 mRNA水平呈显著负相关，提示SESN2可能通过调控脂代谢影响OA进程。

SESN2维持软骨稳态

细胞实验表明，敲低SESN2会导致软骨合成代谢标志物（COL2A1、SOX9）下降、分解代谢标志物（MMP13、ADAMTS5）上升，且在白细胞介素1β（IL-1β）刺激下加剧。相反，SESN2过表达能逆转IL-1β引起的代谢失衡。此外，SESN2缺陷还伴随线粒体功能相关基因（Pgc-1α、Tfam等）下调及活性氧（ROS）水平升高，说明其参与软骨细胞质量调控。

SESN2通过下调脂合成酶改善脂肪酸代谢紊乱

机制探索发现，SESN2敲低显著提升FASN、ACLY（ATP-柠檬酸裂解酶）、SCD1的表达，增加游离脂肪酸（Free Fatty Acid, FFA）水平和细胞内脂质沉积，同时加剧脂质过氧化和细胞凋亡。而过表达SESN2则能有效抑制IL-1β诱导的脂合成酶上调和脂毒性损伤。这些结果确认SESN2是抑制软骨细胞脂质合成的关键分子。

SESN2通过抑制SREBP1介导的脂肪酸合成维护软骨稳态

研究人员进一步追踪到SESN2的作用靶点——固醇调节元件结合蛋白1（Sterol Regulatory Element-Binding Transcription Factor 1, SREBP1），这是调控脂合成酶转录的关键因子。实验证实SESN2敲低会促进SREBP1核转位，分子对接和Co-IP实验揭示SESN2直接与SREBP1的 escort 蛋白SCAP（SREBP Cleavage-Activating Protein）结合。使用SREBP1激活剂NH₄Cl可逆转SESN2过表达对脂合成酶的抑制作用，并重新引发软骨代谢异常；而抑制剂fatostatin则能缓解SESN2缺失带来的损害，明确SESN2-SREBP1轴的核心地位。

SESN2过表达改善脂肪酸代谢紊乱并缓解OA病理表现

动物实验表明，关节腔内注射SESN2过表达慢病毒能显著减轻DMM小鼠的软骨磨损、降低OARSI（Osteoarthritis Research Society International）评分、增加软骨厚度和细胞数量。组织染色显示SESN2过表达组COL2A1阳性区域增多，MMP13、SREBP1、FASN、SCD1阳性细胞减少，PGC-1α（过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α）表达升高，细胞凋亡减少。Micro-CT及行为学测试进一步证实SESN2过表达可抑制骨赘形成、减轻滑膜炎、改善步态参数、提升运动活性并降低机械痛敏，全面验证其治疗潜力。

本研究系统阐明了SESN2在OA软骨脂代谢调控中的核心作用：通过相互作用SCAP阻断SREBP1活化通路，进而抑制ACLY、FASN、SCD1等脂合成酶转录，减轻脂毒性损伤，维护软骨细胞稳态。这不仅深化了对OA代谢异常机制的理解，更揭示了靶向SESN2-SREBP1轴作为OA治疗新策略的可行性。尽管研究存在未涉及SESN家族其他成员、未使用细胞特异性敲除动物模型等局限，但其创新性地连接了应激反应蛋白与脂代谢调控网络，为开发代谢干预疗法提供了重要理论依据。