炎症和压力感应导致骨关节炎的“前馈”回路

杜克大学和圣路易斯华盛顿大学的研究人员说，一个不幸的生物“前馈”循环驱动关节炎关节的软骨细胞，实际上促进了疾病的发展。

疼痛研究员、机械生物学家沃尔夫冈·利特克(Wolfgang Liedtke)是杜克大学的神经学教授软骨华盛顿大学医学院的专家Farshid Guilak对压力敏感的活动进行了研究离子通道在软骨。他们的研究发表在3月22日那周的美国国家科学院院刊。

软骨是高度润滑，低摩擦，弹性组织排列关节表面，缓冲运动和吸收数百万循环机械压缩。当软骨在疼痛的骨关节炎中被破坏时，骨头的末端会连在一起，从而加剧疼痛。

的细胞构建和维护软骨的细胞被称为软骨细胞，在软骨细胞的表面可以发现对力敏感的离子通道，称为压电1和压电2。为了响应关节上的机械载荷，压电通道向细胞内发送信号，从而改变细胞内的基因活性。

通常情况下,软骨细胞产生细胞外基质,结构蛋白以及其他赋予软骨机械硬度、弹性和低摩擦的生物分子。但在骨关节炎中，这些细胞退化和功能障碍，无法修复细胞分裂-导致软骨的渐进性破裂。

骨关节炎的另一个特征是由一种叫做白细胞介素-1 α的信号分子驱动的慢性、低度炎症。研究人员利用猪的软骨细胞和人类关节的软骨细胞进行置换手术，想要了解炎症如何影响软骨细胞。

他们发现，白细胞介素信号会让细胞产生更多的压电通道，使细胞对压力更加敏感，从而导致研究人员所说的有害的“前馈”循环，导致软骨更多的破裂。

“白细胞介素重新编程软骨细胞，使它们对机械创伤更敏感，”Liedtke说。“前馈循环将它们慢慢磨碎，电池无法被替代。”

Liedtke描述了一个健康的软骨细胞就像一个有弹性的球体，“像一个网球”，通过内部的肌动蛋白纤维基质保持坚硬。但当这些细胞失去替换肌动蛋白纤维的能力时，“它们就会变得更软、更黏。”

不幸的是，研究人员发现，它们变得越软，产生的压电通道就越多。

生物医学工程师Whasil Lee说:“过表达的压电通道使炎症的软骨细胞对机械性微创伤敏感，从而增加机械性诱导软骨细胞损伤和随后骨关节炎进展的风险。”第一个和合作通讯作者，她从liedtke实验室搬到罗彻斯特大学开设了自己的实验室

Liedtke说:“这是软骨自我重组，造成更多的损伤。”

为了进一步证实这一点，研究人员发现，通过阻断压电通道的活动，软骨细胞的黏性可以被恢复。

骨关节炎是最常见的关节炎形式，影响着全世界数百万人的关节疼痛和僵硬。它最常见于膝盖、臀部和脊柱。

奎拉克说:“我们已经知道，关节的机械载荷对维持软骨健康至关重要。“在这项研究中，我们发现了炎症条件下过度负荷会导致渐进性软骨退化的机制。”

Liedtke说:“我们一直在寻找作为慢性疾病促进因素的前馈机制。”“我们在这里发现了一种方法，它为我们打开了一扇门，让我们找到目前尚不存在的治疗骨关节炎的疾病的治疗方法。”

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