中文標題：酪氨酸激酶Fyn通過激活β-連環(huán)蛋白途徑促進骨關節(jié)炎
發(fā)表期刊：Ann Rheum dis
影響因子：14.299
發(fā)表時間：2018年
合作單位：南方醫(yī)科大學
運用技術：TMT標記定量蛋白質(zhì)組學分析（由輝駿生物提供技術支持）
● 研究背景
骨關節(jié)炎(OA)是一種年齡相關性或創(chuàng)傷后退行性關節(jié)疾病，其確切的發(fā)病機制仍不明確。目前OA尚無有效的疾病修飾治療方法，迫切需要開發(fā)新的治療藥物。因此，了解控制軟骨細胞肥大和調(diào)控細胞外基質(zhì)降解相關基因表達的機制對于開發(fā)有效的OA治療方法具有重要意義。
● 研究路線
樣本分析證實Fyn在老年小鼠、創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎小鼠和人類骨性關節(jié)炎的關節(jié)軟骨中聚集
基因敲除實驗表明Fyn基因缺失阻止小鼠創(chuàng)傷后和年齡相關骨性關節(jié)炎的發(fā)生
蛋白質(zhì)組學技術證實Fyn與軟骨細胞中的β- catenin相互作用、磷酸化(Tyr142)并使其穩(wěn)定
抑制劑治療顯示FYN抑制劑AZD0530和PP1抑β- catenin信號轉導并阻止小鼠骨性關節(jié)炎的發(fā)生
● 研究結果
1. Fyn在老年小鼠、創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎小鼠和人類骨性關節(jié)炎的關節(jié)軟骨中聚集
研究者首先選取年輕(2個月)和老年(12個月)小鼠的關節(jié)軟骨來識別與軟骨退化有關的蛋白質(zhì)。其中酪氨酸激酶Fyn是老年軟骨中表達最強的蛋白(圖1A)。對4、13和24月齡小鼠的關節(jié)軟骨進行Western blotting分析，證實了老化軟骨中Fyn的顯著增加(圖1B)，F(xiàn)yn的積累伴隨著老年小鼠軟骨的退化和OARSI分級的增加(圖1C，D)。為了確定Fyn在人OA關節(jié)軟骨中的表達是否升高，研究者比較了接受過全膝關節(jié)置換術的老年OA患者（年齡67.00±3.03歲)軟骨和無關節(jié)炎病史的年輕交通事故患者(30.25±8.18歲)的正常軟骨中Fyn的表達。免疫熒光分析發(fā)現(xiàn)，老年組和OA組軟骨細胞中Fyn水平明顯升高，同時OA組軟骨結構發(fā)生變性和丟失(圖1E，F(xiàn))。這些結果表明，Src激酶家族成員Fyn在老年小鼠和OA患者的退變和損傷的關節(jié)軟骨中聚集。
圖1
2. Fyn基因缺失阻止小鼠創(chuàng)傷后和衰老相關OA的發(fā)生
為了確定Fyn在退變或受損軟骨的關節(jié)軟骨細胞中積聚的意義，研究者進行了Fyn基因敲除實驗。Western blotting分析顯示了8周齡小鼠軟骨中Fyn基因的缺失(圖2A，B)。與對照組相比，基因敲除組（Fyn-KO小鼠）關節(jié)軟骨或生長板的形態(tài)和組織均沒有明顯差異，這表明Fyn基因的缺失沒有引起小鼠骨骼發(fā)育異常。與對照組相比，F(xiàn)yn-KO組小鼠的軟骨中的蛋白質(zhì)含量顯著減少，TUNEL染色顯示Fyn-KO小鼠關節(jié)軟骨細胞凋亡明顯減少(圖2G)，軟骨降解程度有所降低。這些結果表明，F(xiàn)yn的缺失有效地阻止了小鼠創(chuàng)傷后和年齡依賴性OA的發(fā)展。
圖2
3. Fyn與軟骨細胞中的β-catenin相互作用、磷酸化(Tyr142)并使其穩(wěn)定
為了探討Fyn促進OA發(fā)生的機制，研究者通過蛋白質(zhì)組學的方法對軟骨前體細胞系ATDC5中與Fyn相互作用的蛋白進行了鑒定，在純化的復合物中發(fā)現(xiàn)β-catenin可能是FYN的潛在互作伙伴(圖3A)。IP分析證實β-catenin與Fyn在ATDC5細胞(圖3B)、原代軟骨細胞和軟骨組織中存在相互作用。β-catenin和Fyn的雙重染色也顯示β-catenin與Fyn在ATDC5細胞中共定位(圖3C)。為了確定Fyn是否磷酸化軟骨細胞中的β-catenin，研究者在ATDC5細胞中進行了體外Fyn激酶檢測。結果顯示，F(xiàn)yn免疫沉淀使β-catenin在體外Tyr142處磷酸化，這種磷酸化被Fyn激酶抑制劑PP1或AZD0530抑制（圖3D）。此外，β-catenin及其磷酸化(Tyr142)的表達通過Fyn SiRNA被顯著下調(diào)(圖3E)，但在ATDC5細胞中通過Fyn編碼質(zhì)粒的Fyn過表達而增強(圖3F)。為了驗證Fyn在β-catenin信號通路中的關鍵作用，研究者在ATDC5細胞中檢測了鈣粘附素-catenin復合體的形成。PP1對Fyn的抑制或siRNA下調(diào)Fyn的表達可以穩(wěn)定鈣粘連蛋白-連環(huán)蛋白復合體，而Fyn的過度表達則破壞了該復合體(圖3H)。這些數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)yn與β-catenin相互作用、磷酸化(Tyr142)并使其穩(wěn)定，導致軟骨細胞中鈣粘連蛋白-catenin復合體的解離。
圖3
4. Fyn激活β-catenin途徑促進OA的發(fā)生
在Fyn和β-catenin的雙重染色中發(fā)現(xiàn)，隨著Fyn水平的增加，β-catenin從細胞膜轉移到了細胞核(圖4A)。用促炎因子白細胞介素1β(IL-1β)處理ATDC5細胞，誘導Fyn和β-catenin在細胞漿和細胞核中的積聚(圖4B)，并增加Fyn的表達和磷酸化水平(Tyr416)，β-catenin的表達和磷酸化水平(Tyr142)，以及MMP13的表達(圖4C)。接下來，研究者評估了老年小鼠和創(chuàng)傷后OA小鼠軟骨中β-catenin及其磷酸化的水平。結果顯示，β-catenin及其磷酸化水平隨著年齡的增長和OA的加重而增加(圖4D)。此外，創(chuàng)傷后FYN-KO小鼠關節(jié)軟骨細胞中的β-catenin水平及其核定位明顯低于對照組(圖4F)。WNT3a是典型的Wnt/β-catenin途徑的激活劑。Fyn的敲除實驗顯示，在OA的發(fā)生發(fā)展過程中，F(xiàn)yn激活了不依賴Wnt信號的β-catenin通路，并增強了β-catenin在關節(jié)軟骨細胞中的核轉位。關節(jié)注射icg-001明顯減少了軟骨損傷，維持了關節(jié)軟骨中蛋白多糖的含量，并降低了OA發(fā)生過程中的關節(jié)炎分級，退變軟骨中MMP13和ADAMTS5的表達水平也相應降低。這些結果表明，β-catenin通路參與了Fyn刺激軟骨細胞MMP13和ADAMTS5的表達以及小鼠OA的發(fā)生與發(fā)展。
圖4
5. FYN抑制劑AZD0530和PP1抑制β-catenin信號轉導并阻止小鼠骨性關節(jié)炎的發(fā)生
為了研究Fyn作為OA治療靶點的潛在用途，研究者檢測了Fyn的化學抑制劑在OA的發(fā)病和進展中的作用。AZD0530和PP1是Src激酶(包括Fyn)的選擇性抑制劑，可用于癌癥的治療。注射小鼠后，與賦形劑治療的小鼠相比，AZD0530和PP1治療顯著減少了軟骨的破壞(圖5A)、OARSI分級(圖5B)和滑膜炎癥，MMP13、ADAMTS5和X膠原含量、TUNEL陽性軟骨細胞數(shù)和骨鈣素表達也顯著減少(圖5C，D)。這些結果表明，抑制Fyn激酶活性可以阻止小鼠創(chuàng)傷后骨性關節(jié)炎的發(fā)生。Western blotting顯示AZD0530或PP1可阻斷IL-1β刺激引起的MMP13和ADAMTS5的上調(diào)，并抑制p-β-catenin(Tyr142)的增加（圖5E）。接下來，研究者檢測了用或不用AZD0530或PP1AZD0530或PP1治療的創(chuàng)傷后OA小鼠的軟骨樣本中p-β-catenin(Tyr142)的表達。結果顯示，AZD0530和PP1處理的小鼠，MMP13、p-FYN和p-β-catenin(Tyr142)的表達均明顯降低(圖5F)。此外，用AZD0530或PP1治療OA時，F(xiàn)yn和β-catenin在軟骨細胞核中的共存也被取消(圖5G)。這些結果表明，AZD0530和PP1通過抑制FYN誘導的磷酸化β-catenin的表達來預防OA的發(fā)生。
圖5
實驗熱線：4006991663
