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Cell Stem Cell | 白晓春/高学飞团队开发人软骨类器官高通量药物筛选系统鉴定软骨再生新靶点

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-10-01 08:41

正文

软骨组织由单一的软骨细胞组成，缺乏血管神经分布，同时软骨细胞增殖能力差，一旦损伤修复极其困难。自体软骨细胞移植是治疗软骨缺损的理想细胞来源，但供体细胞来源有限，体外扩增培养时容易产生去分化，丢失透明软骨的主要成分——Ⅱ型胶原（COL2A1）的表达。多能干细胞或成体干细胞可通过适当的诱导方式再生软骨，但现有的分化及扩增过程中难以完全消除异质细胞，并易产生肥大退变倾向，Ⅹ型胶原（COL10A1）表达增加。获得并维持软骨细胞的表型是软骨再生医学研究的关键。

2024年9月30日，南方医科大学白晓春、高学飞研究组在Cell Stem Cell 上发表标题为A human organoid drug screen identifies α2-adrenergic receptor signaling as a therapeutic target for cartilage regeneration的研究论文，报道了通过构建人软骨类器官高通量筛选系统，发现靶向α2肾上腺素受体（α-AR）促进软骨分化并抑制软骨肥大的研究。α2-AR抑制剂酚妥拉明（Phentolamine）是一种FDA批准的上市药物，能在体外抑制人软骨类器官及人软骨外植体的退变，并在体内促进内源性干细胞原位再生为透明软骨，避免了纤维软骨形成的命运。

该研究基于人扩展潜能干细胞（hEPSC），构建了含COL2A1^mCherry和COL10A1^eGFP双荧光报告基因的软骨类器官。该类器官可在体外实时监测软骨形成及肥大过程，并具有与人类软骨类似的层次结构。通过对两千余种FDA 批准的上市药物库进行高通量筛选揭示α-AR抑制剂酚妥拉明能诱导软骨形成并抑制肥大，而α2-AR激动剂抑制软骨形成并刺激肥大。机制分析揭示α2-AR信号通路通过cGMP依赖途径产生分泌性白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI），从而诱导肥大变性。体内研究发现，酚妥拉明可促进小鼠及小型猪软骨缺损及微骨折造模后激活的内源性干细胞向透明样软骨再生，避免了纤维软骨形成；体内移植SLPI敲除的软骨类器官可维持透明软骨表型，并促进关节软骨缺损的修复。

综上所述，该研究工作表明靶向α2-AR或SLPI是软骨再生的有效策略；α-AR抑制剂酚妥拉明是一种有前景并且易于临床转化的软骨损伤治疗手段。