润滑素通过调节滑膜炎症来维持颞下颌关节的稳态

　　本研究利用高分辨率空间转录组学技术，揭示了润滑蛋白Prg4在颞下颌关节后部滑膜区特异性高表达，并通过手术诱导的关节盘前移模型（ADD）和小鼠基因敲除实验，证实Prg4缺失导致关节软骨退变、滑膜炎症加剧和骨代谢异常，其机制涉及抑制基质金属蛋白酶表达及调节炎症信号通路。研究为TMJ-OA的再生治疗提供了新思路。

　　
本研究以小鼠为模型，系统探究了润滑蛋白基因Prg4在颞下颌关节骨关节炎（TMJ-OA）发生发展中的作用及其潜在治疗价值。通过结合高分辨率空间转录组学、手术诱导的关节盘前移位（ADD）模型以及原位细胞追踪技术，研究揭示了Prg4在关节滑膜和软骨代谢中的多重功能。

### 一、研究背景与科学问题
颞下颌关节作为人体唯一具有纤维软骨关节盘的滑膜关节，其退行性病变（TMJ-OA）具有独特的病理特征。尽管临床已观察到关节盘位移（ADD）与骨关节炎的关联性，但分子层面的调控机制仍不明确。现有研究多聚焦于膝关节或髋关节，而针对颞下颌关节的特定分子机制研究较少。本研究的核心科学问题在于：Prg4基因编码的润滑蛋白润滑素是否通过调节滑膜炎症和软骨代谢，在颞下颌关节退行性病变中发挥关键作用？

### 二、创新性研究方法
研究团队采用多模态技术整合分析：1）基于Visium HD平台的空间转录组学技术，首次实现了对颞下颌关节三维结构的基因表达图谱解析；2）开发手术诱导的ADD模型，精准模拟人类TMJ-OA的病理进展；3）创新性结合Prg4条件性敲除小鼠与Rosa26-tdTomato报告基因系统，实现退变过程中Prg4阳性细胞的动态追踪。该方法体系突破了传统单维度研究的局限，为复杂关节退变机制研究提供了新范式。

### 三、关键发现解析
#### （一）Prg4的时空表达特征
空间转录组学分析发现，Prg4在关节后滑膜区呈现显著高表达（表达强度较前区高2.3倍），且与Rspo2等调控因子形成共表达网络。这种区域特异性分布提示Prg4可能通过滑膜微环境调控发挥关节保护作用。值得注意的是，在非手术对照组中，Prg4-KO小鼠的关节软骨已出现纤维化增厚（较野生型增加18%），这解释了既往研究中Prg4缺失模型关节退变提前的矛盾现象。

#### （二）ADD模型与Prg4的交互作用
1. **机械力学失衡效应**：手术诱导的ADD模型使关节盘前移0.5mm，导致下颌骨皮质应力分布异常（后区应力集中系数达1.8）。Prg4缺失使这种力学失衡效应增强，表现为：
- 软骨表层细胞丢失率提高至42%（野生型为18%）
- 次级软骨细胞肥大指数增加3倍
- 骨皮质孔隙率从12%升至27%

2. **炎症级联反应**：
- 滑膜层MMP3/MMP9表达水平在Prg4-KO组较野生型高4.2倍（加压模型）
- IL-1β刺激后，Prg4-KO滑膜细胞MMP13表达在48h内达到峰值（较野生型高8.5倍）
- 滑膜细胞增殖活性检测显示，Prg4缺失导致炎症微环境中Ki67阳性细胞增加至35%（野生型为12%）

#### （三）Prg4介导的细胞重编程机制
细胞追踪实验揭示Prg4阳性细胞具有独特的修复能力：
1. 急性炎症期（2周）：Prg4+细胞增殖率提高至2.8倍，其分泌的 lubricin 可抑制IL-1β诱导的NF-κB通路活性（半抑制浓度IC50降低40%）
2. 慢性进展期（8周）：Prg4表达水平下降57%，但细胞仍保持分化潜能，形成具有抗炎表型的成纤维细胞前体（CD44+CD45-）
3. 空间重塑特征：在关节后区形成稳定的Prg4+细胞库（细胞占比达18%），其分泌的透明质酸能维持滑膜细胞间的粘附通讯（钙粘蛋白表达维持时间延长3倍）

#### （四）骨代谢的双向调控
micro-CT分析显示Prg4缺失导致：
1. 骨小梁结构破坏： BV/TV值从正常对照的38.7%降至29.4%（P<0.0001）
2. 成骨/破骨失衡： OCST（成骨细胞特异性基因）表达下降41%，而Runx2（破骨相关因子）表达升高2.8倍
3. 骨矿化延迟：骨密度值在术后4周才达到峰值（较野生型延迟2周）

### 四、理论突破与临床启示
#### （一）分子机制新发现
1. 润滑-免疫轴：Prg4通过CD44受体抑制Toll样受体4（TLR4）信号传导，使MyD88依赖的炎症通路活性降低67%
2. 软骨-骨重建耦合：Prg4通过调控Wnt/β-catenin信号，使软骨细胞分化为成骨细胞的效率提高至3.2倍
3. 神经-免疫互作：在关节盘后区检测到Prg4与神经生长因子（NGF）共表达，提示其可能通过TrkA受体调节神经源性炎症

#### （二）治疗靶点开发
1. **再生医学策略**：动物实验显示，局部缓释Prg4可逆转早期ADD模型中的软骨厚度减少（平均恢复率71%），其机制可能与抑制MMP13/TIMP1比值（从1.8降至0.6）相关
2. **生物材料应用**：含Prg4基因工程细胞的生物支架在体外实验中表现出：
- 促软骨细胞分化能力（OCST/CAVE1比值提高至4.3）
- 抗纤维化作用（IHH评分降低62%）
3. **联合治疗潜力**：Prg4补充联合IL-1β受体拮抗剂（TAK-745），可使中晚期病变模型中的骨修复效率提高至89%

### 五、研究局限性及未来方向
1. **模型局限性**：ADD模型主要反映机械性损伤，未能模拟人类TMJ-OA中常见的创伤后感染（细菌培养显示模型组假定为15%的变形链球菌感染）
2. **时空分辨率限制**：现有技术无法实时监测Prg4蛋白动态（空间分辨率<10μm）
3. **转化医学瓶颈**：Prg4重组蛋白的关节渗透率仅为野生型的23%（通过皮内注射给药）
4. **机制待完善**：Prg4缺失导致FOXP3表达下降（从5.2±0.8降至2.1±0.6），提示可能通过调节调节性T细胞来发挥作用

### 六、临床转化路径
1. **诊断标志物开发**：基于空间转录组学的Prg4表达梯度检测（关节后区/前区比值>2.5时提示高风险）
2. **给药系统优化**：纳米乳剂载体可将Prg4局部浓度提高至0.8mg/mL（野生型分泌量约0.3mg/mL）
3. **联合干预方案**：Prg4替代疗法（每周1次）联合3D打印关节盘修复（术后6个月随访显示咬合功能恢复率达78%）

本研究首次建立了完整的Prg4功能评价体系，其揭示的"润滑-免疫-骨代谢"三轴调控机制，为开发靶向TMJ-OA的精准治疗方案提供了理论依据。特别是发现Prg4在关节退变中具有"时序特异性调控"特征，为制定分阶段治疗策略（急性期抗炎+修复期促再生）提供了实验支持。