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骨关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种退行性骨关节病,该病的发生率随着年龄增高而增多。由于目前没有很好的预防和治疗骨关节炎的药物,所以进一步的阐明该疾病的发生发展的机制,对于开发新的药物有重要意义。第一部分:软骨特异性敲除AMPK加重成年小鼠关节不稳和老年自发性的骨关节炎AMPK是一种进化上保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,包含一个催化亚基(α1和α2)和两个调节亚基。正常的关节软骨细胞表达AMPK。已有研究表明软骨细胞中AMPK活性下降与OA和衰老相关。在小鼠膝关节不稳OA模型和人OA膝关节软骨中均发现AMPKα的磷酸化水平降低。在老年的小鼠膝关节软骨中AMPKα 的磷酸化水平也降低。Interleukin-1β(IL-1β)和 tumor necrosis factor αα(TNFα)都可以下调软骨细胞中AMPK活性。体外上调AMPK活性会减轻IL-1β或TNFα介导的分解代谢。此外,研究也发现了 AMPK激活剂在体内具有软骨保护作用。但是最近的一项研究却发现软骨特异性敲除AMPKα1在手术诱导的小鼠OA模型中不会影响骨关节炎进程。在本项研究中,我们利用Cre-Loxp技术,获得了软骨特异性敲除AMPK的小鼠(AMPKα1 cKO,AMPKα2 cKO和AMPKα cDKO小鼠)来研究其在骨关节炎发生发展中的作用。结果发现,和同窝野生小鼠相比,AMPK敲除小鼠创伤后关节炎加重,特别是AMPKα cDKO小鼠。此外,雄性的AMPKα cDKO小鼠在老年自发性骨关节炎模型中关节损伤也加重。非常有意思的是,雌性老年AMPKαcDKO小鼠关节损伤不严重。进一步的体外研究发现小鼠原代软骨细胞中敲除AMPK会增强IL-1β刺激后的分解代谢。体内研究表明AMPKα cDKO小鼠关节面上MMP-3,MMP-13,phospho-NF-KB和凋亡标记物的表达增高。综上所述,我们的结果发现软骨细胞中的AMPK活性对于维持关节软骨稳态具有重要作用。第二部分:小鼠高表达SOST蛋白会加重内侧半月板不稳定造成的骨关节炎Wnt/β-catenin信号通路在维持骨和软骨稳态中扮演重要角色。骨关节炎患者的软骨损伤与Wnt/β-catenin信号通路异常有关。Sclerostin(SOST)是一种可溶的Wnt信号通路的抑制剂,可以调节骨稳态。SOST最初被认为只是骨细胞分泌的多肽,但是最近的研究表明肥大软骨细胞也可以分泌SOST蛋白。小鼠和绵羊手术诱导的OA关节软骨和人晚期OA关节软骨中SOST的表达也增多。此外,Interleukin-1α(IL-1α)会上调SOST的mRNA水平。最近的研究表明上调的SOST在关节损伤中具有保护作用。体外实验表明SOST可以剂量依赖性的抑制IL-1α介导的分解代谢,体内实验表明Sost敲除会加速手术介导的关节损伤。在本项研究中,我们利用SOST转基因(SOST Tg)小鼠来研究它在维持关节稳态中的作用。结果发现,与对照组相比,SOST Tg小鼠创伤后关节损伤没有减轻,反而加重。此外,SOST Tg小鼠非手术侧的软骨下骨厚度均比对照组小,但是术后8周,SOST Tg小鼠的手术组的软骨下骨厚度比非手术组有显著性增厚。SOST Tg小鼠骨关节炎加重可能与β-catenin信号通路下调和软骨细胞凋亡增多有关。高表达SOST会加重关节不稳诱导的OA。我们的结果进一步表明关节软骨的稳态需要精密调控的Wnt信号通路。