1
2
3
4
強直性脊柱炎（Ankylosing spondylitis, AS）號稱(chēng)"不死的癌癥"，是一種以脊柱為主要病變部位的自身免疫性疾病，并可累及骶髂關(guān)節，引起脊柱強直。與類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節炎等疾病不同，AS患者炎癥與骨侵蝕進(jìn)展時(shí)伴隨著(zhù)異位骨化。當異位骨化形成的骨贅充斥關(guān)節腔，進(jìn)而將關(guān)節中兩端骨連接可致關(guān)節僵硬、脊柱強直和脊柱變形，甚至形成"折疊人"。炎癥一直被認為是AS異位骨化的誘因，現有AS治療藥物如非甾體類(lèi)抗炎藥、anti-TNF-α;單抗可快速減輕炎癥與疼痛，但卻不能明顯阻止AS患者的骨病變進(jìn)展。
孫洋/徐強團隊長(cháng)期探究磷酸酶SHP2在炎癥相關(guān)疾病中的生物學(xué)功能及其作為藥物靶標的可行性（Nat Commun 2017; Acta Pharm Sin B 2019; J Biol Chem 2020; Signal Transduc Target Thera 2021; Arthritis Rheumatol 2021; Acta Pharm Sin B 2021）。一次偶然的機會(huì )研究人員發(fā)現CD4-Cre介導的SHP2條件性敲除小鼠在7月齡以上會(huì )出現脊柱、髖關(guān)節和骶髂關(guān)節等中軸關(guān)節變形與僵直癥狀。Micro-CT分析顯示在7月齡后CD4-Cre;SHP2f/f（CD4-CKO）小鼠異位骨化形成骨贅逐漸充斥關(guān)節腔并鉸鏈兩端骨，導致關(guān)節僵直，小鼠12月齡時(shí)脊柱、骶髂關(guān)節、髖關(guān)節和膝關(guān)節等大關(guān)節均出現骨融合和關(guān)節僵直，小鼠活動(dòng)艱難。
CD4-Cre;SHP2f/f小鼠自發(fā)骨病變癥狀
研究人員進(jìn)而對小鼠自發(fā)骨病變的原因進(jìn)行了探究。通過(guò)T細胞轉輸、骨髓移植以及使用Lck-Cre;SHP2f/f小鼠等實(shí)驗證實(shí)T細胞和其他免疫細胞并不是CD4-Cre;SHP2f/f小鼠骨病變的誘因。使用mTmG熒光示蹤技術(shù)發(fā)現CD4-Cre還介導了一群軟骨細胞中SHP2的敲除。SHP2缺失促進(jìn)軟骨細胞增殖分化，導致小鼠骨骺生長(cháng)板以及起止點(diǎn)等位置軟骨細胞異常增殖并分泌BMP6等蛋白促進(jìn)成骨細胞分化，加劇異位骨化形成。此結果與美國約翰斯霍普金斯大學(xué)醫學(xué)院曹旭教授團隊近期發(fā)表的AS患者骨切片結果（Bone Res 2021; 9:19）十分一致，均顯示異位軟骨細胞分化以及Smad1/5信號增強。
由此可見(jiàn)，軟骨內成骨在強直性脊柱炎骨贅形成中發(fā)揮重要作用，靶向軟骨可作為抑制骨贅形成的新策略。Hedgehog信號通路調控軟骨細胞的增殖分化，靶向抑制Hedgehog信號下游Smo可改善軟骨瘤。在CD4-Cre;SHP2f/f小鼠發(fā)病早期給予Smo抑制劑Sonidegib可顯著(zhù)抑制小鼠異位骨化和骨融合的癥狀。
Smo抑制劑Sonidegib抑制骨病變小鼠異位骨化與骨融合進(jìn)程
綜上所述，該研究揭示了強直性脊柱炎（AS）鉸鏈骨關(guān)節的骨贅是由軟骨內成骨所形成，靶向軟骨細胞可直接抑制軟骨內成骨過(guò)程的源頭，從而顯著(zhù)改善AS的骨病變進(jìn)展。
CD4-Cre介導的SHP2條件性敲除小鼠自發(fā)骨病變機制
2021年11月11日，南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫洋/徐強團隊和南京市兒童醫院風(fēng)濕免疫科俞海國團隊聯(lián)合在Nature Communications 上發(fā)表題為T(mén)argeting chondrocytes for arresting bony fusion in ankylosing spondylitis的研究論文（https://www.nature.com/articles/s41467-021-26750-6），提出異常軟骨內骨化是強直性脊柱炎（AS）異位骨贅形成的直接原因，使用Smo抑制劑Sonidegib靶向軟骨可顯著(zhù)阻止AS的骨融合進(jìn)程。南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院邵粉麗博士后、劉倩倩博士生和朱雨雨博士以及南京市兒童醫院樊志丹博士是該論文的共同第一作者，南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫洋教授、徐強教授和南京市兒童醫院俞海國主任為該論文的共同通訊作者。美國加州大學(xué)圣地亞哥分校馮根生教授、安捷倫公司宋越博士、南京市兒童醫院李小會(huì )醫生、南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院華子春教授和郭文潔副教授、江蘇省中醫院劉史佳研究員和陳文俊副主任醫師對該研究亦有貢獻。中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng )新中心鄒衛國研究員、華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院羅劍教授和中南大學(xué)湘雅醫院謝輝教授給該研究提供了寶貴建議。該研究工作也得到了國家自然科學(xué)基金疾病模型建立專(zhuān)項、重大研究計劃、面上項目和南京大學(xué)登峰計劃等項目的資助，在此一并致謝！
專(zhuān)家點(diǎn)評：
美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )會(huì )士 (AAAS fellow)、國際磷酸酶領(lǐng)域知名專(zhuān)家、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校馮根生教授評價(jià)道：孫洋/徐強團隊從小鼠軟骨細胞中SHP2的缺失誘發(fā)強直樣骨病變的現象出發(fā)，揭示了軟骨內成骨導致骨融合的嶄新分子機制。這是強直性脊柱炎發(fā)病機制的一大進(jìn)展，首次從骨穩態(tài)角度展示了強直性骨融合的全過(guò)程，并證實(shí)靶向軟骨細胞Hedgehog信號可抑制軟骨內成骨進(jìn)而阻止強直性骨融合進(jìn)程。值得一提的是，該研究還發(fā)現通過(guò)給予臨床老藥索尼德吉可抑制新骨形成延緩強直性脊柱炎的骨病變進(jìn)展，為強直性脊柱炎的治療提供了一種新的策略，具有潛在的臨床應用價(jià)值。
國際華人骨研協(xié)會(huì )（ICHTS）現任Chair、美國骨礦研究協(xié)會(huì )（ASBMR）執行委員會(huì )聯(lián)席Chair、Bone Research創(chuàng )刊主編、美國約翰斯霍普金斯大學(xué)醫學(xué)院肌肉骨骼研究中心主任曹旭教授評價(jià)道：由于目前對炎癥如何導致中軸關(guān)節骨融合認知有限，尚無(wú)強直性脊柱炎的特異性治療方法。孫洋/徐強團隊提供了堅實(shí)的證據，證實(shí)了強直性脊柱炎的進(jìn)展是由異位骨化的軟骨發(fā)生所驅動(dòng)，通過(guò)阻止軟骨生成從而減緩強直性脊柱炎骨病變進(jìn)展具有重要的臨床轉化意義。
香港浸會(huì )大學(xué)中醫藥學(xué)院副院長(cháng)、羅守輝骨與關(guān)節疾病轉化醫學(xué)研究所副所長(cháng)、精準醫學(xué)和創(chuàng )新藥物研究所所長(cháng)張戈教授評價(jià)道：長(cháng)期以來(lái)，由于難以從患者脊柱關(guān)節獲取組織，以及缺乏貼近臨床表型的理想動(dòng)物模型，強直性脊柱炎的發(fā)病機制研究舉步維艱。近日，孫洋、徐強團隊通過(guò)偶然發(fā)現的CD4-Cre條件性敲除SHP2的小鼠出現自發(fā)強直樣表型（骨變形、骨贅、骨質(zhì)疏松和骨融合），并以此小鼠為模型揭示了生長(cháng)板閉合延遲是強直性脊柱炎發(fā)病的一種嶄新機制，CD4-Cre條件性敲除SHP2的小鼠可作為一種新的探究強直性脊柱炎發(fā)病機制、干預靶標以及藥物研發(fā)的理想實(shí)驗動(dòng)物模型。
