四面体骨架核酸汉黄芩素复合物对骨关节炎的影响

作者：句朝晖 北京积水潭医院

骨关节炎（OA）是最常见的慢性关节疾病，其特征是骨赘形成、轻度滑膜炎症、软骨下骨损伤和关节软骨破坏。 OA的发病率已证明随着年龄的增长而增加，尤其是65岁以上的患者。据估计，全世界有1亿多人受到OA的影响。这些人在日常生活中经历疼痛、肿胀、僵硬、关节变形和功能障碍、运动受限和功能性残疾。目前OA的治疗方案，即传统的非甾体抗炎药和透明质酸，主要通过抑制炎症和减轻疼痛发挥作用。在发达国家，全膝关节置换术是目前治疗OA最有效的方法之一。OA的治疗与高昂的费用有关，其发生和进展与各种风险因素有关，如老化、遗传、肥胖、过度使用、感染和关节损伤.软骨是众所周知的一种无血管结缔组织，其中唯一的细胞类型软骨细胞通过从滑液和软骨下骨扩散获得营养和氧气。大量证据表明，软骨细胞凋亡、软骨细胞表型丢失和滑膜炎症，其特征是促炎介质（包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素（IL）-1β）的过度产生，在OA的发生和进展中起着重要作用，尤其是在早期阶段。OA软骨细胞凋亡涉及多种信号通路和细胞因子。由于OA关节中存在高水平的促炎细胞因子和许多死亡的软骨细胞，OA治疗的近期研究重点在于探索能够抑制软骨细胞凋亡、促进软骨细胞增殖、降低OA相关分解代谢因子水平以减缓或逆转OA进展的药物。
就软骨保护作用而言，我们发现四面体骨架核酸（TFNA）是一种特殊的、新颖的、非常有前途的DNA纳米材料，它可以通过激活Notch信号通路来维持软骨细胞的形态并增强软骨细胞的增殖，通过激活RhoA/ROCK信号通路来促进软骨细胞的迁移，最佳浓度为250 毫摩尔·升− TFNA也可以通过几种独特的方法和特殊设计的单链DNA（ssDNA），利用独特而复杂的Watson–Crick碱基配对，轻松合成。越来越多的证据表明，TFNA（而非ssDNA或其他DNA）可以通过小窝蛋白介导的内吞作用渗透细胞并进入哺乳动物细胞，在这种内吞作用中，TFNA可以保持完好长达48 h、 同时，TFNA可以通过核定位信号从溶酶体中逃逸，在基因传递中起着重要作用。由于其机械刚性、结构稳定性和高效功能化，TFNA已被探索并使用DNA片段、荧光团、各种RNA、单分子蛋白质和小分子药物（如siRNA、microRNAs、CpG和金属络合物）进行功能化。
黄芩素（5,7-二羟基-8-甲氧基黄烷酮）是从黄芩的根提取物中分离得到的一种天然类黄酮和中药。汉黄芩素具有许多生物活性，如抗炎和抗癌活性，重要的是，它在正常组织中没有明显毒性。已经证明，汉黄芩素通过抑制主要蛋白酶（包括基质金属蛋白酶（MMP）-3、MMP-9和MMP-13）抑制氧化应激的关键介质，抑制炎症和基质降解，并促进OA软骨细胞和软骨外植体中COL2A1和AGC等软骨生成标记物的表达。最重要的是，汉黄芩素可以作为DNA插入剂和小沟粘结剂结合到DNA上。除了保持软骨细胞的形态、促进软骨细胞增殖和促进软骨细胞的迁移外，TFNA作为一种新型DNA材料，还可以通过抑制MAPK亚家族成员的磷酸化，在巨噬细胞中表现出抗炎和抗氧化活性。因此，在本研究中，我们旨在探讨TFNA与汉黄芩素的结合如何影响IL-1β诱导的炎性软骨细胞和大鼠膝关节炎症。
在本研究中，我们成功合成了一种新型物质TWC，用于治疗OA（。大量的TFNA被证明可以快速且容易地内化到炎性软骨细胞中。TFNA、汉黄芩素和TWC也显示出在体内外有效减轻炎症反应和防止大鼠软骨破坏的潜力；然而，TWC的效果优于其他两种药物。根据我们的结果，这三种材料可以显著抑制OA大鼠膝关节模型中的细胞凋亡，增加软骨生成标记物（COL-II和AGC）的表达，并抑制炎症介质（IL-1β和TNF-α）的表达。由于TWC比其他两种材料更能延缓OA的进展，我们相信TWC可能是一种潜在的OA注射治疗形式。