低氧诱导因子2α调控骨关节炎：机制研究与转化应用

www.CRTERwww.CRTER.org杨超，等.低氧诱导因子2α调控骨关节炎：机制研究与转化应用www.CRTERwww.CRTER.org杨超，等.低氧诱导因子2α调控骨关节炎：机制研究与转化应用PAGE3642P.O.Box10002PAGE3P.O.Box1200,中国组织工程研究第20卷第24期2016–06–10出版www.CRTER.orgChineseJournalofTissueEngineeringResearchJune10,2016Vol.20,No.24www.CRTER.org··综述·PAGE3634P.O.Box10002,低氧诱导因子2α调控骨关节炎：机制研究与转化应用杨超1，张雷2，周利武2，赵建宁2(1南京大学医学院临床学院(解放军南京军区南京总医院)骨科，江苏省南京市210000；2解放军南京军区南京总医院骨科，江苏省南京市210002)引用本文：杨超，张雷，周利武，赵建宁.低氧诱导因子2α调控骨关节炎：机制研究与转化应用[J].中国组织工程研究，2016，20(24):3634-3641.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.24.021ORCID:0000-0002-6790-4691(杨超)文章快速阅读：骨关节炎软骨退变过程中骨关节炎软骨退变过程中低氧诱导因子2α的调控机制HIF-2a↑软骨内成骨↑Fas↑NAMPT↑IL-6↑COL10A1，VEGF，NOS2，PTGS2，ADAMTS4等↑杨超，男，1990年生，安徽省滁州市人，南京大学医学院在读硕士，主要从事关节软骨修复的研究。并列第一作者：张雷,男，1987年生，安徽省芜湖市人，汉族，博士，主治医师，主要从事关节外科研究。HIF-2a↑软骨内成骨↑Fas↑NAMPT↑IL-6↑COL10A1，VEGF，NOS2，PTGS2，ADAMTS4等↑杨超，男，1990年生，安徽省滁州市人，南京大学医学院在读硕士，主要从事关节软骨修复的研究。并列第一作者：张雷,男，1987年生，安徽省芜湖市人，汉族，博士，主治医师，主要从事关节外科研究。通讯作者：赵建宁，主任医师，博士生导师，解放军南京军区南京总医院骨科，江苏省南京市210002中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)24-03634-08稿件接受：2016-0MMPs↑MMPs↑加速骨关节炎的发展软骨破坏或软骨细胞凋亡加速骨关节炎的发展软骨破坏或软骨细胞凋亡文题释义：低氧诱导因子：低氧诱导因子1是低氧诱导结合蛋白，是一种碱基-螺旋-环袢-螺旋PAS(过碘酸-希夫(PAS)显色法可以使卵清蛋白显红色)异二聚蛋白质，有α、β两个亚基构成。低氧诱导因子1源于1890年Viault高山滑雪后红细胞数量增多，1994年Semenza等发现缺氧刺激肾脏分泌红细胞生成素基因表达时一种DNA结合蛋白，广泛存在于慢性缺氧细胞中，结合点位于促红细胞生成素的3’低氧诱导因子2α：由Epas1基因编码的转录因子，通过直接调控各种分解代谢基因的表达来加强骨关节炎的软骨破坏，被认为是骨关节炎软骨退变和软骨内成骨的关键调控因子之一。摘要背景：低氧诱导因子2α与骨关节炎软骨退变的发生发展密切相关，被认为是关节软骨退变及软骨内成骨的关节调控因子之一。目的：综述低氧诱导因子2α在骨关节炎软骨退变中的调控机制及应用进展。方法：应用计算机检索PubMed数据库和CNKI数据库，中文关键词为“低氧诱导因子2α、骨关节炎、软骨组织”，英文检索词为“hypoxiainduciblefactor-2α；osteoarthritis；cartilage”，检索文献时间范围为1990年1月至2015年10月。结果与结论：①低氧诱导因子2α是由Epas1基因编码的转录因子，通过直接调控各种分解代谢基因的表达来加强骨关节炎的软骨破坏，被认为是骨关节炎软骨退变和软骨内成骨的关键调控因子之一；②研究表明，低氧诱导因子2α是通过介导Wnt/β-Catenin、核因子κB以及白细胞介素6等的表达以作用于软骨细胞。 关键词：组织构建；骨组织工程；低氧诱导因子2α；骨关节炎；NF-κB；Wnt/β-Catenin主题词：缺氧诱导因子1；骨关节炎；NF-κB；组织工程PAGE3635ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4P.O.Box1200,Shenyang110004kf23385083@基金资助江苏省临床医学科技专项资助(BL2012002)Regulationofosteoarthritishypoxia-induciblefactor-2alpharegulatorymechanismandapplicationprospectYangChao1,ZhangLei2,ZhouLi-wu2,ZhaoJian-ning2(1DepartmentofOrthopedics,ClinicalInstituteofNanjingMedicalUniversity,Nanjing210000,JiangsuProvince,China;2DepartmentofOrthopedics,NanjingGeneralHospitalofNanjingMilitaryCommand,Nanjing210002,JiangsuProvince,China)AbstractBACKGROUND:Hypoxiainduciblefactor-2α(HIF-2α)isoneofthekeyregulatorsinarticularcartilagedegenerationandendochondralosteogenesis.OBJECTIVE:ToreviewtheregulatorymechanismandapplicationdevelopmentofHIF-2αinarticularcartilagedegeneration.METHODS:Acomputer-basedretrievalofPubMedandCNKIdatabaseswasperformedforrelevantliteraturespublishedfromJanuary1990toOctober2015,usingthekeywordsof“hypoxiainduciblefactor-2α;osteoarthritis;cartilage”inChineseandEnglish,respectively.RESULTSANDCONCLUSION:HIF-2αisatranscriptionfactorencodedbytheEpas1gene,whichisoneofthekeyregulatorsinarticularcartilagedegenerationandendochondralosteogenesisbydirectlyregulatingtheexpressionsofvariouscatabolicgenestostrengthencartilagedestructioninosteoarthritis.IthasbeenreportedthatHIF-2αactsonthechondrocytesbyregulatingtheexpressionsofWnt/β-Catenin,nuclearfactor-κB,andinterleukin-6.Subjectheadings:Hypoxia-InducibleFactor1;Osteoarthritis;NF-kappaB;TissueEngineeringFunding:theMedicalScientificResearchFoundationofJiangsuCitethisarticle:YangC,ZhangL,ZhouLW,ZhaoJN.Regulationofosteoarthritishypoxia-induciblefactor-2alpharegulatorymechanismandapplicationprospect.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(24):3634-3641.PAGE3641ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4P.O.Box1200,Shenyang110004kf23385083@0引言Introduction1资料和方法Dataandmethods1.1资料来源由第一作者应用计算机检索获取文献资料，检索PubMed数据库和CNKI数据库,中文关键词为“低氧诱导因子2α、骨关节炎、软骨组织”，英文检索词为“hypoxiainduciblefactor-2α；osteoarthritis;cartilage”，检索文献时间范围为1990年1月至2015年10月。1.2纳入与排除标准纳入标准：低氧诱导因子2α在骨关节炎或软骨细胞中作用机制的相关文献；低氧诱导因子2α在骨关节炎或软骨细胞中研究进展的相关文献；低氧诱导因子2α在骨关节炎或软骨细胞中信号通路或基因调控的相关文献。排除标准：重复的文献以及内容陈旧的相关文献。1.3数据提取共检索到文献259篇，其中英文文献225篇，中文文献34篇，排除与本篇综述内容相关性差、内容重复、陈旧的文献222篇，共纳入37篇文献进行综述。文献检索流程见图1。2结果Results2.1低氧诱导因子的结构低氧诱导因子属于转录因子家族，低氧诱导因子家族有α-和β-两个亚基组成。α亚基对氧敏感，主要分为低氧诱导因子1α、低氧诱导因子2α和低氧诱导因子3α，其中低氧诱导因子1α和低氧诱导因子2α是细胞对氧敏感的关键效应器；β亚基又称为芳烃受体核转位因子(ARNT)，在细胞内稳定表达[3-4]。在常温下，α亚基残端的脯氨酸(P402和P564)和天冬酰胺(N803)相应地被低氧诱导因子脯氨酸羟化酶和HIF抑制因子所羟基化，脯氨酸羟基化检索时间：检索时间：1990年1月至2015年10月；检索词：中文关键词“低氧诱导因子2α，骨关节炎，软骨组织”；英文检索词“hypoxiainduciblefactor-2α，osteoarthritis，cartilage”；检索数据库：CNKI数据库、万方数据库、Pubmed数据库排除研究目的与本文无关及重复文献共检索到中英文文献259篇纳入有关HIF-2a结构、作用及相关调控机制的研究11篇文献探讨了低氧诱导因子2a的结构以及对关节软骨细胞的作用。26篇文献探讨了低氧诱导因子2a在骨关节炎中的相关调控机制。通过阅读摘要初步筛选，共选入37篇文献进行综述，其中英文文献35篇，中文文献2篇图1文献检索流程图诱发pVHL蛋白介导的泛素化，并促使α亚基在蛋白酶体中降解。然而，在低氧条件下，低氧诱导因子α脯氨酸羟基化受阻，pVHL所介导的泛素化-蛋白酶体受到抑制，导致α-亚基聚集并转入到细胞核内，与β-亚基结合形成异二聚体，从而激发下游的靶基因[5]。2.2低氧诱导因子对关节软骨细胞的作用关节软骨是一种无血管、神经分布的组织，软骨细胞主要从周围的关节滑液以及软骨下骨中摄取营养和氧，因此关节软骨细胞终身处于这种低氧的环境之中。正是由于软骨细胞这种的内在性质-缺乏神经分布和血管供应，导致成熟的软骨自我修复能力极低。关节软骨由两种主要的细胞外基质大分子构成：Ⅱ型胶原和蛋白聚糖。软骨细胞的退变坏死与骨关节炎的发生发展密切相关，骨关节炎中软骨细胞的退变坏死不仅与细胞外基质的流失有关，而且与软骨细胞的凋亡有关。低氧诱导因子1α在正常人和骨关节炎患者的软骨细胞中表达，因此软骨细胞中低氧诱导因子1α的表达增加可能是软骨处于低氧环境中的一种适应性改变。低氧诱导因子1α在软骨细胞分化的早期阶段表达，是机体在低氧环境下对体内氧平衡的关键调控因子；然而，低氧诱导因子2α于软骨细胞分化的后期阶段表达，在软骨退变以及软骨内成骨中扮演重要的角色。在软骨的组织工程研究中，低氧诱导因子1α表现出良好的软骨形成能力。在人骨髓细胞中过表达低氧诱导因子1α，甚至不需要外在的生长因子就能有效的诱导出软骨细胞[6]。在骨关节炎患者以及健康的人和大鼠的软骨中，低氧诱导因子2α的表达同样是增强的[5，7]。有研究表明，在低氧环境中，造血干细胞的移植效率以及低氧诱导因子的表达都显著提高[8]。低氧诱导因子1α和低氧诱导因子2α的分布和功能各不相同，在关节软骨及软骨细胞中的作用甚至相反[9]。研究表明低氧诱导因子1α不仅可以在基因水平调控SOX9、Ⅱ型胶原、蛋白聚糖的表达，并且可以同时抑制COL1A1、COL1A2和COL3A1的表达，从而促进软骨的形成；还可以调控软骨细胞的自噬和细胞凋亡，并在细胞的无氧酵解中起着重要的作用。因此，低氧诱导因子1α可能是通过促进软骨细胞形成，维持软骨细胞活性，促使软骨细胞适应低氧环境，从而来保护关节软骨[10]。相比于低氧诱导因子1α在软骨细胞中扮演一个保护性的角色，低氧诱导因子2α在软骨细胞中更像是一个分解代谢基因的调控者。低氧诱导因子2α似乎并不是通过直接调控细胞外基质的合成或者软骨细胞的细胞调亡作用于软骨细胞，而是通过调控软骨细胞靶基因的表达，扮演一个分解调控因子的角色(见图2)。低氧诱导因子2α是由Epas1基因编码，主要表达在软骨周边钙化层高分化的肥大软骨细胞中，诱导软骨凋亡[11]。低氧诱导因子2α是关节软骨破坏的调控者，通过调控各种分解代谢基因的表达来引发骨关节炎患者的软骨破坏，其中包括基质分解酶类和各种炎性因子等。所以目前认为低氧诱导因子2α可能与骨关节炎的发生发展以及软骨细胞的破坏关系更加密切。低氧诱导因子2α在骨关节炎患者以及骨关节炎模型大鼠的软骨细胞中显著地增加，Epas1转基因的小鼠在软骨细胞中表现出自发性的软骨破坏，然而Epas1基因缺失的小鼠则表现出抑制软骨破坏[12]。因此，通过调控关节软骨细胞中Epas1基因的表达，有针对性地抑制关节软骨的破坏，可能是一种可行的治疗骨关节炎的策略。尽管对不同亚型的低氧诱导因子在骨关节炎中的具体作用机制仍在探索中，但目前普遍认为低氧诱导因子1α对关节软骨主要起着保护作用；而低氧诱导因子2α则是关节软骨破坏的调控者，不同亚型的低氧诱导因子对软骨细胞的调控机制各不相同。所以只有明确了各亚型的低氧诱导因子在骨关节炎中不同的作用机制，以及低氧诱导因子对生理状态及病理状态下的关节软骨的不同影响，才能做到有选择的、明确的利用不同亚型的低氧诱导因子来调控软骨细胞的合成及分解代谢，最终达到促进关节软骨愈合的目的。HIFHIF-2a↑COL10A1，VEGF，NOS2，PTGS2，ADAMTS4等↑IL-6↑MMPs↑NAMPT↑Fas↑软骨破坏或软骨细胞凋亡加速骨关节炎的发展软骨内成骨↑图2低氧诱导因子2α对软骨细胞靶基因表达的调控作用2.3低氧诱导因子2α在骨关节炎中的相关调控2.3.1Wnt/β-Catenin信号通路在低氧诱导因子2α介导的骨关节炎中的作用关节软骨退变是骨关节炎最具特征性的表现，同时还伴随有骨、半月板、韧带、肌肉等其他关节组织的改变。而Wnt/β-Catenin信号通路被认为与软骨细胞的增殖、分化、凋亡等都密切相关。Wnt信号通路可分为经典的Wnt信号通路和非经典的Wnt信号通路，两种信号通路都能参与细胞的增殖、分化、凋亡等过程。β-Catenin是经典Wnt信号通路的核心分子，在骨关节炎的发生发展中至关重要。当Wnt结合它的受体Frizzled以及辅助受体LRP5/6时，下游的信号蛋白Dishevelled(Dsh)以及Axins1、Axins2的活性都发生改变，进而导致了丝氨酸/苏氨酸激酶GSK-3β的失活，而由GSK-3β介导的β-Catenin的泛素化和降解则受到了抑制，β-Catenin在细胞质中聚集并转移至细胞核内，通过结合转录因子LEF-1/TCF来调控下游的靶基因[13]。非经典的Wnt信号通路可以通过Wnt5a的介导作用推动软骨的分化，推迟软骨从成熟到肥大的阶段。有研究表明，Wnt/β-Catenin信号通路在阻止软骨分化，加强软骨成骨和推动软骨成熟等方面具有重要的意义Choi等[15]发现，在低氧环境中低氧诱导因子1α和低氧诱导因子2α对Wnt/β-Catenin信号通路的影响并不相同。低氧诱导因子1α通过直接降低β-Catenin/TCF中的β-Catenin，负性调控Wnt/β-Catenin信号通路，而低氧诱导因子2α则通过结合p300，直接绑定β-Catenin，进而加强β-Catenin/TCF的转录活性，加重了骨关节炎的软骨破坏。另外，β-Catenin的过表达会导致软骨细胞中Sox9和Ⅱ型胶原表达的下降，从而引起软骨细胞的减少[16]。正是低氧诱导因子1α和低氧诱导因子2α与Wnt/β-Catenin信号通路的调控作用截然相反，暗示了当低氧与Wnt/β-Catenin信号同时存在时，低氧诱导因子1α与低氧诱导因子2α之间的平衡可能决定了软骨细胞的生长与凋亡。或许未来可以通过调控低氧诱导因子1α与低氧诱导因子2α之间的平衡，或者研究低氧诱导因子1α与低氧诱导因子2α在骨关节炎的发病机制中谁起着主导作用，减少或降低低氧诱导因子2α的表达，从而减轻骨关节炎患者的软骨退变。2.3.2核因子κB信号通路在低氧诱导因子2α介导的骨关节炎中的作用有研究表明核因子κB可能是低氧诱导因子2α的上游信号，可以诱导低氧诱导因子2α的表达，而机械压力、炎性细胞因子等能够增强核因子κB的表达[3，9，13]。随着低氧诱导因子2α蛋白表达的增加，血管内皮生长因子的表达水平也大幅增加，低氧诱导因子2α/血管内皮生长因子信号通路参与了关节软骨退变，而且核因子κB/低氧诱导因子2α信号通路可能在骨关节炎软骨退化中起着重要作用[3，17]。Saito[5]和Yang等[12]证实，通过人类EPAS1基因的启动子分析可知，核因子κB家族成员之一的RELA是低氧诱导因子2α表达的有效诱导者。另外，低氧诱导因子2α可以直接诱导分解代谢因子的高表达，包括基质金属蛋白酶，蛋白聚糖酶1和2(ADAMTS4、ADAMTS5)，一氧化氮合酶2(NOS2)和前列腺内过氧化物酶2(PTGS2)等，在这些基质降解酶中,金属蛋白酶3，金属蛋白酶13，蛋白聚糖酶2在关节软骨退变中起着至关重要的作用，这些分解代谢因子加速了关节软骨的破坏。而通过纳米技术将抗HIF-2α-siRNA转染到关节炎小鼠的软骨细胞中，低氧诱导因子2α的蛋白表达水平、金属蛋白酶9和金属蛋白酶13、血管内皮生长因子、蛋白聚糖酶1、X型胶原蛋白以及核因子κB等分解因子的表达全部下降，并最终减缓了关节软骨的破坏另有研究表明，流体静压可以诱发关节软骨中核因子κB/低氧诱导因子2α信号，通过介导COL10A1、金属蛋白酶13、血管内皮生长因子的表达促使软骨细胞的形成。因此核因子κB/低氧诱导因子2α的信号通路不仅调控初始的软骨细胞肥大，也影响骨关节炎患者的软骨破坏以及软骨内成骨的形成[19-20]。在流体静压为5MPa下，低氧诱导因子2α、金属蛋白酶13和金属蛋白酶3的表达显著增加，而热休克蛋白70(HSP70)、核因子κB并没有显著增加；相反，当流体静压增加到50MPa时，热休克蛋白70、核因子κB的表达显著增加，而低氧诱导因子2α、金属蛋白酶13和金属蛋白酶3的表达并没有明显增加。故认为在5MPa的静压力时，软骨细胞通过增强低氧诱导因子2α的基因表达来诱导金属蛋白酶13、金属蛋白酶3的表达，并非是通过介导核因子κB的表达[20]。而Saito[3]则认为关节中机械压力的改变可引起上游的核因子κB信号和低氧诱导因子2α表达的改变；相反，低氧诱导因子1α则可通过促进软骨细胞形成，维持软骨细胞活性，促使软骨细胞适应低氧环境，从而来保护关节软骨。因此，低氧诱导因子基因表达的改变可能是骨关节炎的发病原因之一。因此，在研究骨关节炎软骨退变时，还要充分考虑到关节软骨所处的生理环境，正常关节腔是处于一个密闭低氧的环境中，软骨细胞对于这种低氧环境有着良好的适应能力。在低氧情况下不同的低氧诱导因子对软骨细胞的作用机制并不相同。2.3.3细胞因子、转录因子等在低氧诱导因子2α介导的骨关节炎中的作用一些炎性细胞因子也可触发软骨细胞中分解代谢因子的表达，Ryu等[21]发现白细胞介素6是关节软骨细胞中低氧诱导因子2α的直接靶基因之一(见图2)。在骨关节炎患者和关节炎模型大鼠的软骨细胞中，Epas1基因和白细胞介素6均表达增加，然而在低氧诱导因子2α基因敲除的大鼠模型中，白细胞介素6的表达和软骨破坏均受到抑制。白细胞介素6可上调金属蛋白酶3和金属蛋白酶13的表达水平，而金属蛋白酶类可以介导细胞炎性因子的产生以及细胞外基质的降解。所以低氧诱发了低氧诱导因子2α的表达增加，而低氧诱导因子2α又可以通过调控白细胞介素6，上调金属蛋白酶3和金属蛋白酶13的表达，从而诱发关节软骨的退变，加重了骨关节炎的发生发展。另外，低氧还可以影响软骨下骨的重塑，降低碱性磷酸酶的作用，调节白细胞介素6、白细胞介素1以及环加氧酶2等的表达[22]。低氧诱导因子2α还可直接诱导软骨细胞中白细胞介素1β介导的基质金属蛋白酶(MMP1、3、9、12、13)，蛋白聚糖酶1和2(ADAMTS4、ADAMTS5)，一氧化氮合酶2和前列腺内过氧化物酶2(PTGS2)的表达，这些基质降解酶可直接加速分解软骨细胞。不论是在正常氧分压下或是低氧状态下，低氧诱导因子2α可以通过调控某些特定靶基因的表达来调控软骨细胞的细胞凋亡，而不是直接影响软骨细胞的细胞凋亡或是细胞外基质的降解研究表明C/EBPβ和RNUX2转录因子是以金属蛋白酶13为靶基因，通过上调金属蛋白酶13的基因表达，进而介导细胞炎性因子的产生以及细胞外基质的降解，最终引起软骨细胞的凋亡，加速了骨关节炎的发生发展[23]。RNUX2转录因子被认为是C/EBPβ最有效的转录伙伴，将基因Cebpb和Rnux2联合敲除后会影响关节软骨的退化，这也是软骨内成骨的重要一步。C/EBPβ在结合RNUX2的情况下，可显著地增加金属蛋白酶13的表达，这表明RNUX2是金属蛋白酶13转录所必不可少的。Ding等[24]认为，低氧诱导因子2α是促进软骨细胞中CEBPB基因是表达C/EBPβ的关键。而RNUX2既是成骨细胞分化的主要转录调控因子，也是软骨细胞分化成熟的关键调控因子。所以C/EBPβ和RNUX2等转录因子在骨关节炎的软骨破坏中起到了一定的作用，未来可以通过某些途径来降低这些转录因子的活性，进而可有效的缓解骨关节炎的软骨退变。骨桥蛋白广泛的存在于骨组织中，由包括软骨细胞、滑膜细胞在内的各种细胞所分泌。有研究表明，骨桥蛋白在骨关节炎患者的软骨细胞中的含量较正常的软骨细胞中增多，而且，在血清、关节滑液和软骨细胞中，骨桥蛋白的表达水平和骨关节炎的严重程度呈正相关；在骨桥蛋白缺失的小鼠软骨细胞中，软骨组织结构的改变以及蛋白聚糖的流失较正常小鼠严重，并且骨桥蛋白缺失的小鼠软骨细胞中金属蛋白酶13的表达是升高的，这些都表明骨桥蛋白可能与骨关节炎的发病机制有关[25]。CD44受体已被证明与膝关节骨关节炎的软骨破坏的发生发展密切相关，而骨桥蛋白可以与许多细胞表面受体结合，其中就包括CD44和整合素integrin。研究表明骨桥蛋白可能通过与CD44的相互作用来抑制软骨细胞中低氧诱导因子2αmRNA的表达，从而抑制关节软骨的破坏[26]。所以骨桥蛋白可能在骨关节炎中起着保护性作用的角色，可作为治疗骨关节炎的研究靶点之一。有研究表明，VHL基因的失活可上调低氧诱导因子2α的表达，增加软骨细胞的细胞凋亡和细胞自噬。通过免疫组化的方法表证实，VHL基因的失活增加了Fas、p-mTOR、金属蛋白酶13的表达，而这些基因与细胞凋亡、细胞自噬和软骨基质的破坏密切相关[27-28]。另外，有研究表明，通过抑制小鼠软骨细胞中低氧诱导因子2α的表达，能够上调低氧诱导因子1α和ROS的表达，同时伴随着过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性的下降；而且，导致Akt-1和mTOK的活性以及Bcl-xl的表达均下降，它们的水平与低氧诱导因子2α的表达密切相关，最终可引起软骨细胞发生自噬，导致细胞凋亡，加速骨关节炎的发生发展[29]。同时，文章认为低氧诱导因子2α是成熟软骨细胞发生自噬的一个潜在的调控者，对低氧诱导因子1α介导的自噬起着阻碍作用。2.3.4NAMPT、Fas、Zn2+在低氧诱导因子2α介导的骨关节炎中的作用NAMPT即尼克酰胺磷酸核糖转移酶，按其功能可分为细胞内iNAMPT和细胞外eNAMPT，通过调节氧化型辅酶Ⅰ(NAD)的生成从而调控Sirt1的活性，参与细胞的增殖、分化和凋亡等过程。eNAMPT的水平与骨关节炎的发病机制密切相关[30]。eNAMPT在人类的关节软骨中抑制蛋白多糖的合成和增加基质降解酶的表达，另外软骨细胞中的白细胞介素1β可以通过促进NAMPT的表达来抑制Ⅱ型胶原蛋白(COL2A1)的合成[31]。Yang等[32]发现NAMPT是骨关节炎患者关节软骨中低氧诱导因子2α的直接靶基因之一(见图2)。NAMPT能够上调软骨细胞中金属蛋白酶3、12、13的表达，从而激活由低氧诱导因子2α介导的分解代谢类酶的活性。NAMPT的表达上调是低氧诱导因子2α所介导的基质降解酶的表达和关节软骨退变所必须的。有研究表明，低氧诱导因子2α与NAMPT-NAD+-SIRT轴呈相互作用关系，即低氧诱导因子2α促进NAMPT的表达，进而激活NAD+以及SIRT家族；相反，NAD+/SIRT的激活又可以促进低氧诱导因子2α蛋白的稳定性及提高其转录活性脂肪酸合成酶(Fas)是肿瘤坏死因子受体家族的一员，介导细胞凋亡，通过与配体FasL结合触发细胞凋亡信号[34]。尽管Fas在软骨细胞凋亡中的机制仍存在争议，但是许多研究证实Fas在骨关节炎软骨细胞中的表达比正常软骨细胞中高，Fas在骨关节炎软骨损伤部位的表达也比正常部位高。另外，在骨关节炎患者关节滑液中也可检测到大量的FasL，这表明Fas和配体FasL参与了关节软骨细胞的凋亡。Ryu等[35]研究发现低氧诱导因子2α与Fas的转录活性密切相关，低氧诱导因子2α通过直接上调Fas基因的表达，并且激活下游信号，激发了由抗Fas抗体介导的细胞凋亡，显著地增强由Fas所介导的细胞凋亡，进而加速了骨关节炎患者软骨细胞的破坏(见图2)。Kim等[36]研究认为zinc-ZIP8-MTF1轴是骨关节炎发病机制中重要的分解代谢调控者。在Zn2+的转运蛋白中，ZIP8在骨关节炎患者或是骨关节炎模型小鼠软骨细胞中的表达都显著地升高，ZIP8介导Zn2+向细胞内流入；由ZIP8所介导的软骨细胞中Zn2+的升高，上调了软骨细胞中基质降解酶类(金属蛋白酶3、9、12、13，蛋白聚糖酶2)的表达。MTF1是Zn2+/ZIP8下游中一个至关重要的转录调控因子，基因删除小鼠细胞中的Zip8或者Mtf1都会抑制骨关节炎的发生发展，表明zinc-ZIP8-MTF1轴是骨关节炎发病机制中重要的分解代谢因子调控者。Lee等[37]进一步证实低氧诱导因子2α可以通过上调Zn2+的转运蛋白ZIP8的表达，激活软骨细胞中zinc-ZIP8-MTF1轴，进而促进Zn2+向细胞内流入并激活下游的转录调控因子MTF1。zinc-ZIP8-MTF1轴作为低氧诱导因子2α的一个新的转录调控因子，与低氧诱导因子2α协同增强了基质降解酶的表达。所以，低氧诱导因子2α与zinc-ZIP8-MTF1轴通过协同加强分解代谢基因的表达，加重了关节软骨的破坏。因此，低氧诱导因子2α作为一个调控分解代谢的核心转录因子，通过靶向作用一些至关重要的调控基因，在骨关节炎以及软骨内成骨的形成中起着重要的作用，所以，低氧诱导因子2α可能成为骨关节炎的一个新的治疗靶点。3展望Prospects骨关节炎最主要的特征就是关节软骨的退变，由于软骨内在性质-缺乏神经分布和血管供应，导致成熟的软骨自我修复能力极低。通过了解低氧诱导因子2α在骨关节炎中的相关作用机制，发现低氧诱导因子2α在骨关节炎的软骨破坏中起到至关重要的作用，低氧诱导因子2α是骨关节炎中分解代谢因子的调控者，低氧诱导因子2α可直接诱导分解代谢因子的高表达，最终导致了关节内软骨的退变。同时，应该注意到人的软骨细胞与动物小鼠的软骨细胞即使对相同的信号通路也可能存在着不同的表现，所以如果想要研究出一种成功的、有效的治疗骨关节炎的方法，还要注意到不同种族之间的差异性，尽管小鼠软骨细胞的基础研究对理解人软骨细胞的病理生理有着非常重要的意义。对于未来，可通过抑制低氧诱导因子2α的表达，以减缓关节软骨的破坏，针对性治疗骨关节炎软骨破坏；研究骨关节炎的基因靶向治疗也可能作为骨关节炎治疗的突破点之一；了解不同氧分压下低氧诱导因子2α对关节软骨的作用是否相同；进一步探索研究低氧诱导因子与其他生长因子联合作用促进关节软骨修复。与此同时，不仅仅是对骨关节炎，了解低氧诱导因子在骨代谢及骨愈合方面的作用也十分有意义，比如低氧诱导因子对前交叉韧带重建中的腱-骨愈合的影响，以及对人造血干细胞移植效率的影响，这些都值得进一步探究其作用机制。致谢：感谢南京大学医学院与南京军区南京总医院骨科，感谢周利武教授、赵建宁教授、张雷博士的宝贵意见。作者贡献：杨超、张雷共同构思并完成本综述，所有作者共同起草，通讯作者赵建宁完成审校。利益冲突：所有作者共同认可文章无相关利益冲突。伦理问题：没有与相关伦理道德冲突的内容。文章查重：文章出版前已经过CNKI反剽窃文献检测系统进行3次查重。文章外审：文章经国内小同行外审专家双盲外审，符合本刊发稿宗旨。作者声明：第一作者对研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任。论文中涉及的原始图片、数据(包括计算机数据库)记录及样本已按照有关规定保存、分享和销毁，可接受核查。文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。4参考文献ReferencesNeogiT.Clinicalsignificanceofbonechangesinosteoarthritis.TherAdvMusculoskeletDis.2012;4(4):259-267.余扬，崔磊.膝骨性关节炎软骨组织低氧诱导因子1α和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子的表达[J].中国组织工程研究,2015(11):1683-1687.SaitoT,KawaguchiH.HIF-2alphaasapossibletherapeutictargetofosteoarthritis.OsteoarthritisCartilage.2010;18(12):1552-1556.SemenzaGL,PrabhakarNR.Theroleofhypoxia-induciblefactorsinoxygensensingbythecarotidbody.AdvExpMedBiol.2012;758:1-5.SaitoT,FukaiA,MabuchiA,etal.TranscriptionalregulationofendochondralossificationbyHIF-2alphaduringskeletalgrowthandosteoarthritisdevelopment.NatMed.2010;16(6):678-686.SemenzaGL.Hypoxia-induciblefactorsinphysiologyandmedicine.Cell.2012；148(3):399-408.MantelCR,O'LearyHA,ChittetiBR,etal.EnhancingHematopoieticStemCellTransplantationEfficacybyMitigatingOxygenShock.Cell.2015;161(7):1553-1565.WuL,HuangX,LiL,HuangH,etal.InsightsonBiologyandPathologyofHIF-1alpha/-2alpha,TGFbeta/BMP,Wnt/beta-Catenin,andNF-kappaBPathwaysinOsteoarthritis.CurrentPharmaceuticalDesign.2012；18(22):3293-3312.ZhangFJ,LuoW,LeiGH.RoleofHIF-1alphaandHIF-2alphainosteoarthritis.JointBoneSpine.2015;82(3):144-147.PatelSA，SimonMC.Biologyofhypoxia-induciblefactor-2alphaindevelopmentanddisease.CellDeathDiffer.2008;15(4):628-634.YangS,KimJ,RyuJH,etal.Hypoxia-induciblefactor-2alphaisacatabolicregulatorofosteoarthriticcartilagedestruction.NatMed.2010；16(6):687-693.WangM,ShenJ,JinH,etal.Recentprogressinunderstandingmolecularmechanismsofcartilagedegenerationduringosteoarthritis.SkeletalBiologyandMedicineIi:BoneandCartilageHomeostasisandBoneDisease.2011;1240:61-69.PremarajS,SouzaI,PremarajT.Mechanicalloadingactivatesbeta-cateninsignalinginperiodontalligamentcells.AngleOrthod.2011;81(4):592-599.ChoiH,ChunYS,KimTY,etal.HIF-2alphaenhancesbeta-catenin/TCF-driventranscriptionbyinteractingwithbeta-catenin.CancerRes.2010;s0(24):p.10101-10111.YangY.Wntsandwing:Wntsignalinginvertebratelimbdevelopmentandmusculoskeletalmorphogenesis.BirthDefectsResCEmbryoToday.2003;69(4):305-317.刘丰,彭昊,周建林,等.骨关节炎关节软骨细胞中低氧诱导因子2α及血管内皮生长因子的表达[J].中国组织工程研究,2015,19(2):201-206.PiY,ZhangX,ShaoZ,etal.Intra-articulardeliveryofanti-Hif-2alphasiRNAbychondrocyte-homingnanoparticlestopreventcartilagedegenerationinarthriticmice.GeneTher.2015;22(6):439-448.HiggsR.Osteoarthritis:HIF-2alphadrivesosteoarthritisdevelopment.NatRevRheumatol.2010;6(8):435.InoueH,AraiY,KishidaT,etal.HydrostaticpressureinfluencesHIF-2alphaexpressioninchondrocytes.IntJMolSci.2015;16(1):1043-1050.RyuJH,YangS,ShinY,etal.Interleukin-6playsanessentialroleinhypoxia-induciblefactor2alpha-inducedexperimentalosteoarthriticcartilagedestructioninmice.ArthritisRheum.2011;63(9):2732-2743.ChangJ,JacksonSG,WardaleJ,etal.Hypoxiamodulatesthephenotypeofosteoblastsisolatedfromkneeosteoarthritispatients,leadingtoundermineralizedbonenoduleformation.ArthritisRheumatol.2014;66(7):1789-1799.HirataM,KugimiyaF,FukaiA,etal.C/EBPbetaandRUNX2cooperatetodegradecartilagewithMMP-13asthetargetandHIF-2alphaastheinducerinchondrocytes.HumanMolecularGenetics.2012;21(5):1111-1123.DingM,LuY,AbbassiS,etal.TargetingRunx2expressioninhypertrophicchondrocytesimpairsendochondralossificationduringearlyskeletaldevelopment.JournalofCellularPhysiology.2012;227(10):3446-3456.ChengC,ZhangFJ,TianJ,etal.OsteopontininhibitsHIF-2alphamRNAexpressioninosteoarthriticchondrocytes.ExperimentalandTherapeuticMedicine,2015.9(6):2415-2419.WengT,XieY,YiL,etal.LossofVhlincartilageacceleratedtheprogressionofage-associatedandsurgicallyinducedmurineosteoarthritis.OsteoarthritisandCartilage.2014;22(8):1197-1205.YangX,YangZJ,LiuFX,eta