马克·戴维斯 [^1](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19479829/#affiliation-1 “阿斯利康制药，英国柴郡。”)^, 林恩Rosenbrier里贝罗， 马克·唐尼-琼斯， 莫里斯RC李约瑟， 卡罗琳奥克利， 约翰·沃代尔
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目的： 维生素 A 衍生物，包括全反式视黄酸 (ATRA)，在骨骼发育和肢体形成过程中具有公认的作用，并且已被证明对软骨细胞表型具有深远的影响。本研究的目的是阐明类维生素 A 和类维生素 A 代谢途径的成分对骨关节炎 (OA) 患者胫股关节软骨细胞表型的影响，以表明类维生素 A 可以具有与 OA 疾病过程相关的多种影响。
方法： 用ATRA处理人外植体组织和软骨细胞样细胞系，分析4个软骨细胞表型关键标志物的反应。此外，使用包含 80 个疾病标记基因的低密度微阵列评估了 ATRA 对许多与 OA 相关的新基因的影响。
结果： OA 患者的滑液、血清和软骨中的维生素 A 代谢物水平升高。视黄酸受体 α 共激活蛋白 P/CAF 的表达谱表明在 OA 患者中表达升高，表明该疾病中可能通过视黄酸受体增加信号传导。ATRA 增加了人软骨外植体和人软骨细胞系中基质金属蛋白酶 13 和蛋白聚糖酶活性的水平。此外，ATRA 改变了广泛的相关基因的表达，包括 I、II、IX 和 XI 型胶原基因，朝向非软骨形成和 OA 样表型。
结论： 这些结果表明类视黄醇信号传导可能在 OA 中发挥核心作用，该通路的组成部分可能为治疗干预提供潜在的疾病生物标志物或靶点。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19479829/
许多研究已经牵连类视黄醇信号在OA病理发展可能卷入，即在感应软骨细胞肥大的，增强的抗炎活性，在细胞外基质的基因（表达增加MMP基因的表达，和扰动31 - 35）。（此外，使用合成的RAR拮抗剂该途径的拮抗这些作用，无论是在体外研究和在研究中体内发生了逆转36 - 38）。然而，迄今为止，尚未对人类 OA 关节中活性类视黄醇代谢物的存在和水平进行研究。
软骨中维甲酸的唯一记录证据是对鹿角的研究 ( 26 )。该研究的作者在软骨膜、骨膜、软骨和骨骼中发现了 ATRA 和 4-氧代视黄酸。在软骨膜、矿化软骨和骨骼中检测到类视黄醇 9-顺式-视黄酸。作者还在软骨膜和血管周围细胞中检测到一种与类视黄醇代谢相关的酶（RALDH2 或 Aldh1a2），而在软骨细胞和祖细胞中的含量较低。Aldh1a2 也被证明被积极地排除在发展的软骨原素之外 ( 39 )。
在本研究中，我们证实了类视黄醇、类视黄醇相关酶及其受体在人类软骨中的存在。清一色反式视黄醇以及清一色反式在OA软骨中检测到视黄醛，表明有足够的配体，以驱动视黄酸介导的作用。更重要的是，我们首次证明，与来自未患病供体的样本中的水平相比，OA 患者的滑液和血清中的类视黄醇水平升高。OA 患者的滑液含有 34-190 n M 13-顺式-视黄酸或全反式- 视黄酸，与低于未患病对照样品中定量水平的水平相比。在OA和正常血清样品中，13-顺式-视黄酸或ATRA的水平低于定量水平。与正常滑液相比，OA 滑液中全反式视黄醇和全反式视黄醛的水平没有显着升高。然而，与未确诊疾病者的血清相比，OA 供体血清中全反式视黄醇和全反式视黄醛的水平分别高出约 2 倍和约 4 倍。
这些数据表明，关节液中类视色素的水平足够高，是 OA 病理发展的重要驱动因素。结果还表明，全反式视黄醇和全反式视黄醛有可能用作 OA 疾病过程的生物标志物。此外，鉴于西方世界越来越多地使用维生素 A 补充剂引起的持续担忧，我们的研究结果具有重要意义（40）。在维生素 A 缺乏的情况下，定期摄入是有益的，在推荐剂量下，维生素 A 似乎不会增加血清类视黄醇水平，除非水平最初低于正常水平。然而，以大大高于推荐水平的剂量摄入维生素 A 可能会导致关节损伤。一项研究表明，血清维生素 A 水平似乎随着年龄的增长而增加（41)，但测量具有挑战性，需要考虑身体不同部位存储的相对量的变化。此外，很少有研究将类视色素代谢物、辅因子和类视色素代谢相关因素与年龄或 OA 相关联，因此对于我们观察到的增加没有明确的解释。未来研究的一个重要领域将是确定何时何地发生从非活性代谢物到活性代谢物的转化。尽管迄今为止没有研究调查高剂量维生素 A 与 OA 之间可能存在的联系，但我们的数据表明循环中类视黄醇水平升高是晚期疾病存在的一个因素。
如果类视黄醇受体的水平在疾病中同时降低，那么在 OA 中增加的类视黄醇水平将无关紧要。然而，我们的研究表明，RARα 的基因表达水平或蛋白质水平没有显着下降，实际上，在任何 RAR 或 RXR 中（结果未显示）。然而，证明了 P/CAF（RAR 信号通路中的关键调节因子之一）的基因表达显着增加（图2）。阻止 P/CAF 活动阻止通过 RAR 发出信号（42）；因此，在 OA 软骨中 P/CAF 上调约 3 倍是另一个表明类维生素 A/RAR 通路在 OA 中上调的迹象。
由于大量研究证明类视色素对软骨细胞表型的影响，我们使用人类软骨样本和具有强软骨细胞表型的人类软骨细胞系重复了其中一些研究。我们的初步研究表明，用 1 μ M处理人类软骨ATRA 导致 OA 中涉及的 2 个关键蛋白水解过程的显着上调：MMP-13 表达和聚集蛋白聚糖酶产生的聚集蛋白聚糖新表位形成。在来自 6 个不同 OA 供体的样本培养物中，MMP-13 和蛋白聚糖酶的刺激在~2 倍和~8 倍之间变化，但与载体处理的对照相比，这些水平总是显着增加。使用人类软骨细胞系获得了类似但更一致的结果（结果未显示），但我们认为使用人类软骨样本是一种更相关的疾病模型。
这些发现表明类视黄醇代谢物可能与 OA 软骨降解有关。事实上，我们还通过证明 ATRA 可以显着下调人软骨细胞中 II 型胶原基因表达来增加这些数据的强度。II 型胶原蛋白是软骨细胞外基质的关键成分，也是分化成熟软骨细胞的标志物。相比之下，I 型胶原蛋白是去分化软骨细胞的已知标志物 ( 43 )，它的表达可以表明分化的软骨形成表型的丧失。I 型胶原基因表达的伴随增加表明，视黄酸的作用是改变软骨细胞表型，使其远离成熟的分化状态，这与其他几项研究中的观察结果一致（例如，参见参考文献 2）。44 )。
我们希望将研究扩展到这些经典的 OA 标志物之外，并检查了一系列与疾病过程有关的基因的表达。使用基于 TaqMan 的微流体系统的低密度微阵列使我们能够同时检查视黄酸对各种软骨细胞基因的影响。值得注意的是，软骨异型胶原原纤维（II、IX 和 XI 型胶原）的成分都因视黄酸处理而下调。据我们所知，这是能够产生这种作用的生理配体的第一份报告。此外，ATRA 还下调了关键蛋白聚糖、蛋白聚糖和连接蛋白。这些影响可能与 2 个关键基因有关，Sox9和FGFR3, 参与软骨细胞基质基因表达的控制，也被 ATRA 下调。仅这些基因变化就代表了 ATRA 对软骨细胞合成正常细胞外基质能力的非常广泛的有害影响。
当检查一些被 ATRA 上调的软骨细胞基因时，ATRA 对软骨基质完整性的潜在破坏性影响被进一步放大。MMP1表达增加了约 10 倍，而 MMP 抑制剂（MMP 1、2 或 3 的组织抑制剂）的水平没有随之增加，我们能够证明只有 1 种蛋白酶抑制剂 serpin H1 的表达发生改变。这些基因改变表明正常软骨中基质降解和基质合成之间存在的平衡发生了相当大的转变。
据报道，在 ATRA 调控的其余基因中，骨桥蛋白和血管内皮生长因子在 OA 中上调（45 , 46），而 Bcl2 修饰因子的作用与细胞凋亡的增加有关。一些作者 ( 47 )。最显着上调的细胞因子 IL-8（增加 4.33 倍）已被证明是一些被认为与 OA 表达有关的过程的潜在驱动因素（48）。
在试图了解参与维甲酸对这些关键基因的5机制（MMP-1 [ENSG00000196611]，MMP13 [ENSG00000137745]，COL2A1 [ENSG00000139219]，AGC1 [ENSG00000157766]和ADAMTS4 [ENSG00000158859]），我们寻找5个碱基启动子区域紧邻共有序列 RARE 的起始密码子上游，即半位点 RGKTCA 的 DR1、DR2 或 DR5 ( 49 )。尽管这些启动子区域均不包含完全匹配，但确定的最近候选位点位于ADAMTS4 内启动子，其中包含一个 DR10 元件。虽然这种类型的分析可以帮助识别候选响应元素以供进一步研究，但不应将启动子搜索视为发现结合位点的实验方法的替代品，这通常可以识别新的响应元素 ( 32 )。由于我们已经确定了许多与 OA 相关的靶基因，我们未来的研究将需要重点阐明其调控所涉及的机制。
总之，我们报告的表达数据表明视黄酸代谢物可能是 OA 病理发展的重要驱动因素，并且可能代表治疗干预的目标区域。一项研究表明，RARα 和 RARβ 受体的低分子量合成抑制剂可以诱导源自 OA 患者的间充质干细胞的软骨分化，这一观点得到了支持 ( 50 )。
因此，我们证明了类视黄醇信号通路的重要组成部分在 OA 期间存在于滑膜关节中并被上调，并且能够发挥广泛的疾病相关作用。据我们所知，还没有研究调查血清视黄醇水平升高与 OA 之间是否存在联系，或者维生素 A 自然摄入量高的人群是否比其他人群更容易患 OA。这些都是值得进一步研究的问题。
