作者：句朝暉 北京積水潭醫(yī)院

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶2（TG2），也稱為組織谷氨酰胺轉(zhuǎn)酰胺酶，是一種鈣依賴性酶，具有多種細胞內(nèi)和細胞外底物。TG2不僅增加骨關節(jié)炎（OA）組織，而且影響OA的進展。然而，TG2在分子水平上如何影響OA軟骨降解尚不清楚。手術誘導的OA導致關節(jié)軟骨和生長板中TG2的增加，并且依賴于初級軟骨細胞中的TGFβ。關節(jié)內(nèi)注射基于肽的特異性TG2抑制劑ZDON抑制TG2酶活性，可改善手術誘導的OA的嚴重程度以及MMP-3和MMP-13的表達。ZDON以Runx2獨立的方式減弱TGFβ和鈣離子載體處理的軟骨細胞中MMP-3及MMP-13表達。用ZDON抑制TG2通過減少β-連環(huán)蛋白（由泛素化依賴的蛋白酶體降解介導）抑制典型Wnt信號。此外，鈣離子載體激活TG2可增強AMPK和FoxO3a的磷酸化以及FoxO3a的核移位，這是MMP-13增加的原因。總之，TG2在OA的發(fā)病機制中起著重要作用，是影響β-catenin穩(wěn)定性和FoxO3a-介導的MMP-13生成的主要分解代謝介質(zhì)。
骨關節(jié)炎（OA）是最常見的關節(jié)炎形式，其特征是軟骨細胞外基質(zhì)受損，導致透明關節(jié)軟骨丟失。這種變化伴隨著軟骨下骨重塑和關節(jié)邊緣骨贅形成。在這個過程中，軟骨細胞產(chǎn)生的蛋白酶，尤其是基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-13和A解整合素以及具有凝血酶原反應蛋白基序（ADAMTS）-5的金屬蛋白酶在基質(zhì)降解中起著重要作用，基質(zhì)片段的蛋白水解生成被認為會驅(qū)動軟骨細胞肥大。然而，MMPs和AMDATS產(chǎn)生的調(diào)節(jié)機制，以及穩(wěn)定或激活這些蛋白酶的轉(zhuǎn)錄后修飾，尚未完全闡明。
轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2（TG2）是谷氨酰胺γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶家族中一種78 kDa的鈣依賴酶。在鈣存在的情況下，TG2起到催化酶的作用，可以修改蛋白結(jié)合的谷氨酰胺側(cè)鏈，通過轉(zhuǎn)酰胺或脫酰胺導致蛋白交聯(lián)。當該蛋白在細胞內(nèi)與GTP結(jié)合時，TG2在構象上變得封閉，并作為G蛋白相關的信號分子發(fā)揮作用。通過其酶和信號功能，TG2具有多種生物學作用，例如促進炎癥、凋亡調(diào)節(jié)、細胞分化和細胞外基質(zhì)相互作用。在軟骨細胞生物學中，眾所周知，TG2不僅是肥大軟骨細胞的標記物，也是軟骨細胞成熟的誘導劑。在手術誘導的OA模型中，TG2基因敲除小鼠的軟骨降解和骨贅形成較對照野生型小鼠輕。
最近，我們報道，早期OA軟骨下骨重塑增強可增加關節(jié)軟骨中的鈣水平，這種變化與MMP-3和MMP-13的生成有關。早期OA關節(jié)軟骨中鈣水平的增加可影響TG2的酶活性，可能影響MMPs的生成和穩(wěn)定性，從而加速軟骨降解。然而，TG2在OA進展中分解代謝作用的分子機制尚不清楚。在本研究中，我們研究了抑制TG2酶活性對手術誘發(fā)OA嚴重程度的影響。在分子水平上，TG2穩(wěn)定了β-連環(huán)蛋白，以增加Wnt信號傳導，并增強FoxO3a的核轉(zhuǎn)位，這是MMP-3和MMP-13產(chǎn)生的原因。
在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)TGFβ在關節(jié)軟骨中誘導的TG2加重了手術誘導的OA的嚴重程度，并增加了MMP-3和MMP-13的生成。TG2不僅通過β-catenin穩(wěn)定增強了經(jīng)典Wnt信號，而且還增強了AMPKa/FoxO3a信號。
本研究顯示關節(jié)軟骨細胞在OA早期特異性表達TG2。此外，TGFβ以劑量依賴的方式特異性誘導TG2。OA早期破骨細胞的激活誘導軟骨下骨的主動重塑。這一過程可以釋放基質(zhì)衍生的耦合因子，如胰島素樣生長因子1（IGF-1）和TGFβ，軟骨下骨中TGFβ的抑制可以減弱手術誘導OA19的進展。然而，TGFβ信號的關鍵成分的基因缺失，包括TGFβ受體II型或Smad3，會加重OA20、21的嚴重性。這些相互矛盾的結(jié)果可以用化學物質(zhì)或阻斷抗體的部分抑制與基因模型的完全抑制之間TGFβ信號阻斷程度的差異來解釋。這種差異還可能是由于TGFβ根據(jù)軟骨細胞的分化狀態(tài)，即靜止、增殖和肥大的軟骨細胞而發(fā)揮的不同作用。TGFβ可能天然具有合成代謝和分解代謝功能，其總體效果可能因軟骨細胞的分異狀態(tài)而不同。我們的研究為TGFβ通過TG2在軟骨下骨中的分解代謝功能提供了可能的解釋。骨性關節(jié)炎早期軟骨下骨的主動重塑可以增加軟骨下細胞中TGFβ和鈣的水平。TGFβ可以增加鄰近軟骨下骨中肥大軟骨細胞中TG2的表達，軟骨下骨內(nèi)這種富含鈣的環(huán)境可能增強TG2的鈣依賴酶活性。
幾條證據(jù)表明，規(guī)范的NF-kB信號通路有助于OA軟骨細胞中HIF-2α的上游信號通路的肥厚分化以及MMP和一氧化氮的產(chǎn)生。已知TG2通過非蛋白酶體和蛋白酶體降解增強IkBα的降解來構成性激活NF-kB信號通路。然而，我們的數(shù)據(jù)表明，TG2的激活或抑制未能影響原代軟骨細胞中NF-kB的激活或核移位，這表明TG2介導的NF-kB信號的激活可能因細胞環(huán)境而異。
總之，主要由TGFβ誘導的TG2可以穩(wěn)定β-catenin，增強典型Wnt信號傳導，促進FoxO3a的核移位，這可能是MMP-13產(chǎn)生的原因。這些發(fā)現(xiàn)揭示了TG2在軟骨退變中的分解代謝機制，抑制TG2活性可能是開發(fā)治療OA疾病藥物的良好策略。