TGF-β增强磷酸盐驱动的人骨关节炎关节软骨细胞钙化：机制与治疗新靶点

　　编辑推荐：骨关节炎(OA)中关节软骨钙化的病理机制尚不明确。荷兰研究团队建立人OA软骨细胞体外磷酸盐驱动钙化模型，发现TGF-β通过ALK5信号通路增强钙化结节形成，改变ECM基因表达（COL1/III↑，MMP-1↓），促进ACP/α-TCP向brushite晶体转化，为开发抗钙化DMOADs提供新靶点。

为了促进科学的传播，生物通采集了这篇文章，如需英文原文，请点击！订阅BioHot索取原文

　　关节软骨钙化是骨关节炎

索取细胞因子ELISA试剂盒最新资料领 取

(OA)进展的关键病理特征，但驱动这一过程的分子机制尚未完全阐明。在OA关节微环境中，磷酸盐代谢失衡与转化生长因子β(TGF-β)信号异常激活并存，二者如何协同促进软骨钙化成为亟待解决的科学问题。荷兰马斯特里赫特大学医学中心Roderick H.M.J. Stassen团队在《Calcified Tissue International》发表研究，首次建立人OA关节软骨细胞

广告 赛默飞2025药典前瞻福利开启 有奖互动

(HACs)体外磷酸盐驱动钙化模型，揭示TGF-β通过改变ECM组成和晶体特性增强钙化的新机制。

研究采用6例OA患者膝关节置换术来源的软骨细胞，通过添加腺苷三磷酸(ATP)和β-甘油磷酸(BGP)建立钙化模型，结合von Kossa染色、SEM-EDX元素分析和钙/磷酸盐定量检测验证模型有效性。通过基因表达分析(COL2A1/ACAN/COL10A1等)、ALK5抑制剂SB505124干预实验和IL-6 ELISA检测，系统解析TGF-β的作用机制。

模型建立与表征：ATP+BGP联合处理7天可诱导HACs形成钙化结节，von Kossa染色阳性面积显著增加，钙/磷含量分别提升2.3倍和1.8倍。SEM-EDX显示结节含Ca/P/O元素，Ca:P比为1:1.41，符合无定形磷酸钙(ACP)或α/β-磷酸三钙(α/β-TCP)特征。基因分析显示钙化条件下SLC20A1(磷酸盐转运体)表达下调1.13倍，ALP(碱性磷酸酶)显著降低。

TGF-β的促钙化作用：10 ng/mL TGF-β3使钙化结节体积增大、形态改变，von Kossa阳性面积增加1.7倍。SEM显示结节呈"菜花状"结构，Ca:P比变为1:1.05，提示晶体类型转变为brushite或monetite。ALK5抑制剂SB505124可剂量依赖性逆转该效应，证实TGF-β通过ALK5信号通路促进钙化。

分子机制解析：TGF-β显著上调SLC20A1(2.1倍)和ENPP1(1.5倍)表达，促进磷酸盐摄取和PPi生成。ECM重构分析显示COL2A1↑(2.3倍)、ACAN↓(0.6倍)、COL10A1↑(4.8倍)，形成促钙化基质环境。同时COL1A1/COL3A1分别上调1.8倍和2.4倍，MMP-1↓(0.5倍)减少胶原降解，而MMP-13↑(1.7倍)可能加速II型胶原分解。

讨论与意义：该研究创新性揭示TGF-β在OA软骨钙化中的双重作用——既通过SLC20A1增加磷酸盐摄取，又通过ECM重构创造有利矿物沉积的微环境。特别值得注意的是，TGF-β改变晶体类型为brushite（临床已发现于OA滑液），这种晶体转换可能通过不同生物力学特性加速软骨退化。建立的体外模型可模拟OA中观察到的"自上而下"钙化模式，为研究其他微环境因素（如炎症因子）提供平台。靶向TGF-β/ALK5通路或可成为开发疾病修饰型OA药物(DMOADs)的新策略，但需考虑TGF-β在软骨保护与退化中的复杂平衡。

打赏

下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究

10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！

欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书

单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析

下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》