椎间盘退变
(IDD)
是椎间盘源性疼痛的主要原因，主要由于髓核、纤维环和软骨终板
(CEP)
功能障碍所致。骨桥蛋白
(Osteopontin,OPN)
是一种糖蛋白，在
CEP
中高度表达。在这里，研究者研究了
OPN
在腰椎不稳定诱导的小鼠
IDD
模型中
CEP
退变的作用及其在病理条件下对终板软骨细胞
(EPC)
退变的影响。
OPN
主要在
CEP
中表达，在严重
IDD
的小鼠和人类患者中随着退变而减少。成年小鼠
EPC
的条件性
Spp1
敲除增强了
IDD
期间与年龄相关的
CEP
变性并加速了
CEP
重塑。机制上，
OPN
缺乏增加
EPC
中
CCL2
和
CCL5
的产生，以招募巨噬细胞，并通过促进
IRAK1-TRAF6
复合物的组装，增强
NLRP3
炎性体和
NF-κB
信号的激活，从而在时空模式上加剧
CEP
变性。更重要的是，药理抑制
NF-κB/NLRP3
轴可减轻
OPN
缺陷小鼠
IDD
的
CEP
变性。总的来说，本研究强调了
OPN
在维持
CEP
和椎间盘稳态中的重要性，并提出了一种通过靶向
NF-κB/NLRP3
轴治疗
IDD
的策略。
首先，研究者通过小鼠腰椎间盘的
IHC
分析，
OPN
的表达水平随着年龄的增长而显著下降，特别是在
CEP
中。与假手术组相比，
LSI
手术后
4
周和
8
周
CEP
中
OPN
阳性细胞数量呈时间依赖性显著减少。接下来，
WB
和
IF
分析显示，
TNF-α
处理以剂量依赖方式显著降低
EPC
中
OPN
的相对表达水平。此外，研究者还发现重度
IDD
患者
CEP
中
OPN
的表达水平明显低于轻度
IDD
患者，
CEP
中
OPN
的相对水平与
EP
评分呈负相关（图
1
）。因此，
OPN
主要在
CEP
中表达，并在退变过程中减少，提示
OPN
在
CEP
稳态和
IDD
中可能起关键作用。
然后，作者通过
Acan-CreERT2Spp1
fl/fl
小鼠模型成功构建了
OPN
条件性敲除（
cKO
）小鼠，并通过
IF
和
WB
验证了
OPN
在
CEP
中的表达缺失。
OPN
缺乏降低了
CEP
中
Aggrecan
和
Collagen II
的表达，同时增加了
MMP13
和
Collagen X
的表达，表明
ECM
的合成代谢受损和分解代谢增强。
OPN
缺乏还促进了
H
型血管的萌发和破骨细胞及巨噬细胞的增加，扰乱了
CEP
的稳态（图
2
）。在
LSI
模型中，
OPN
缺乏加速了
CEP
的退变，包括
ECM
降解和孔隙率增加（图
3
）。
LSI
处理的
cKO
小鼠表现出更多的空腔，组织学评分更高，表明
OPN
缺乏加剧了
CEP
的退行性变化。
之后，研究者建立共培养体系发现，
cKO
小鼠的
CEP
组织中，与炎症相关的基因和趋化因子的表达水平显著高于对照组小鼠。在体外实验中，
OPN
敲除（
shOPN
）的
EPC
培养基显著促进了
BMDMs
的迁移。
OPN
敲除提高了巨噬细胞迁移的重要趋化因子
CCL2
和
CCL5
的水平。研究者使用选择性
CCR2
、
CCR5
拮抗剂
PF-4136309
、
maraviroc
（
MVC
）或
cenicriviroc
（
CVC
）显著减轻了由
shOPNEPC
条件培养基诱导的巨噬细胞迁移。该结果支持了
OPN
缺乏通过增加
CCL2
和
CCL5
的表达来促进巨噬细胞的招募。
cKO
小鼠
CEP
中
CCL2
和
CCL5
的表达显著高于
Spp1
fl/fl
小鼠，并且在重度
IDD
患者的
CEP
中，这些趋化因子的表达水平也显著高于轻度
IDD
患者（图
4
）。这表明
OPN
敲除增强
EPC
中
CCL2
和
CCL5
的表达，以招募巨噬细胞，破坏
CEP
的稳态。
接着，在
LSI
手术后初期
CCR5
巨噬细胞增加，推测可能在
CEP
退变的初期通过分泌主要的炎症因子来建立炎症微环境，从而促进
CEP
的退行性变。
CCR2
巨噬细胞则在后期增加，主要参与组织修复和血管生成，帮助恢复受损区域的结构（图
5
）。
OPN
缺失加剧了上述变化，表明不同亚型巨噬细胞在
CEP
退变和修复中的功能具有时空差异。
随后，作者发现
shOPN
组中细胞因子
IL-1β
和
TNF-α
的表达显著高于对照组，提示
OPN
缺失促使
EPC
调节巨噬细胞的促炎表型，从而加剧炎症微环境。
OPN
缺乏导致
NLRP3
炎性小体的激活。通过使用
NLRP3
选择性抑制剂
MCC950
能够减轻
EPC
中
NLRP3
的激活和
MMP13
表达，同时保护
Aggrecan
的表达不降低（图
6
）。这些实验结果支持
OPN
缺乏通过增强
EPC
与巨噬细胞的相互作用，促进
NLRP3
炎症小体的激活。
此外，研究者发现
OPN
缺失导致
CEP
组织中基因表达显著变化，增加了细胞趋化性，并且在炎症通路（如
TNF
、
NF-κB
）中富集，促进了炎症反应，
cKO
小鼠中
NF-κB p65
的磷酸化水平增加，表明
OPN
缺乏激活了
NF-κB
信号通路，推动了炎症进程，此外，
OPN
缺失提高了
CCL2
和
CCL5
的表达，促进了巨噬细胞迁移，进一步加剧了
CEP
的炎症。异常机械应力和
TNF-α
刺激降低
OPN
表达，增强
NLRP3
和
NF-κB
活性。
OPN
缺失通过影响
IRAK1
和
TRAF6
的相互作用，进一步激活
NF-κB
通路，促进炎症（图
7
）。
最后，通过
CAPE
和
MCC950
给药发现这种联合治疗可以改善
LSI
诱导的
cKO
小鼠
CEP
退变，减少
ECM
降解和
IVD
炎症。
C/M
治疗显著改善了
LSI
诱导的
CEP
退变
(
图
8)
。
综上，本研究阐明
OPN
在维持
CEP
和椎间盘稳态中的重要性，并提出通过靶向
NF-κB/NLRP3
轴来治疗
IDD
是一种可行的治疗策略。
本研究由陆军军医大学的刘铭汉教授课题组与周跃教授课题组共同合作完成，
并于
2024
年9
月
发表于
Bone Research
。
文献信息：
Yanqiu Wang
#
, Wanqian Zhang
, Yi Yang, Jinghao Qin, Ruoyu Wang, Shuai Wang, Wenjuan Fu, Qin Niu, Yanxia Wang, Changqing Li, Hongli Li, Yue Zhou* and Minghan Liu*. Osteopontin deficiency promotes cartilaginous endplate degeneration by enhancing the
NF-κB
signaling to recruit macrophages and activate the
NLRP3
inflammasome.
Bone Res
2024, 12: 53
.
供稿：李凯华
审校：马进进
编辑：苏妍
