Tcirg1缺陷通过损伤破骨细胞溶酶体酸化和外周积聚延缓骨关节炎进展

Tcirg1 deficiency delays osteoarthritis progression by impairing lysosome acidification and peripheral accumulation in osteoclasts.

作者信息Rui Sun, Yang Yang, Qi Ma, Gang Wu, Zhibin Lan, Di Xue, Zhirong Chen, Yajing Su, Zhaopu Tuo, Jiangbo Yan, Long Ma, Xin Zhao, Kuanmin Tian, Xiaoxin He, Ye Ma, Xue Lin, Qunhua Jin
PMID40995561
发布时间2025-09-09
DOI10.3389/fcell.2025.1621648

实验完整度

包含人体样本蛋白质组学、小鼠DMM模型、体外破骨细胞分化及功能验证(融合、骨吸收、溶酶体功能),并进行了机制验证(Co-IP、蛋白表达)。

主要模型

人OA胫骨平台软骨下骨(WBR和NWBR) Tcirg1杂合敲除小鼠(C57BL/6J背景)DMM诱导OA模型 原代骨髓巨噬细胞(BMM)分化的破骨细胞

重点核对

人体样本:20例OA患者,WBR与NWBR分组,TCIRG1差异表达(|logFC|>1,P<0.05) 小鼠模型:7-8周龄雄性野生型和Tcirg1+/−小鼠,DMM手术诱导OA,术后2、4、8周分析 Tcirg1敲低:si-Tcirg1-2,最终浓度50 nM,转染BMM 体外破骨细胞分化:BMM用30 ng/mL M-CSF和100 ng/mL RANKL诱导7天 骨吸收检测:BMM种植于牛骨切片,培养7天后SEM分析吸收陷窝面积

摘要

骨关节炎(OA)是一种慢性退行性关节疾病,以关节软骨丢失和异常软骨下骨重塑为特征。'T细胞免疫调节因子1'(Tcirg1),编码V-ATP酶的a3亚基,已被证明通过减少细胞内钙振荡来抑制大破骨细胞的形成。Tcirg1基因序列的突变与骨硬化症相关,通过损伤破骨细胞中的溶酶体转运。本研究旨在评估Tcirg1对OA进展的影响,并探索其治疗潜力。方法:对20例接受全膝关节置换术的OA患者软骨下骨的负重区(WBR)与非负重区(NWBR)进行蛋白质组学比较。然后通过内侧半月板失稳手术在野生型和Tcirg1敲除小鼠中诱导OA;通过组织学和显微CT评估疾病严重程度和软骨下骨结构。体外,将原代骨髓巨噬细胞分化为破骨细胞,以评估Tcirg1在破骨细胞生成中的作用,重点关注细胞融合、骨吸收以及溶酶体酸化和分布。结果与讨论:蛋白质组学分析显示,与NWBR相比,OA患者软骨下骨WBR中TCIRG1显著上调,功能富集分析表明TCIRG1与溶酶体相关生物过程相关。在小鼠OA模型中,Tcirg1表达随破骨细胞活性增加而增加,在术后4周达到峰值,与严重软骨下骨丢失同时发生。敲除小鼠中Tcirg1缺陷延缓了OA进展,表现为软骨损伤减少、软骨下骨量改善和破骨细胞活性降低。体外,Tcirg1表达在破骨细胞分化过程中增加,其敲低通过损伤溶酶体酸化和外周积聚抑制破骨细胞融合和骨吸收。结论:Tcirg1调节溶酶体酸化和外周积聚,从而影响软骨下骨中的破骨细胞活性。鉴于Tcirg1敲低被发现能减缓OA进展,靶向Tcirg1可能作为治疗OA的潜在策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Tcirg1是否通过调节溶酶体酸化和外周积聚影响破骨细胞功能,从而参与OA进展?
核心机制
Tcirg1通过维持溶酶体酸化和促进溶酶体外周积聚(与Rab7相互作用,调控Plekhm1和Lis1表达),促进皱褶缘形成,维持破骨细胞骨吸收活性。
主要证据
人OA样本WBR中TCIRG1上调;Tcirg1+/−小鼠DMM术后软骨损伤减轻、骨量改善、破骨细胞减少;Tcirg1敲低抑制破骨细胞融合和骨吸收,降低溶酶体酸化和外周积聚。
研究意义
靶向Tcirg1可能成为治疗OA的潜在策略(作者明确提出)。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

临床样本蛋白质组学分析

筛选OA软骨下骨中差异表达蛋白,并评估其与溶酶体相关过程的关联。

对20例OA患者胫骨平台WBR和NWBR软骨下骨进行LC-MS/MS蛋白质组学分析,鉴定差异蛋白,并进行KEGG富集分析。

2

小鼠OA模型建立及表型分析

在体内评估Tcirg1表达与OA进展及破骨细胞活性的关系,并观察Tcirg1缺陷对OA的影响。

对野生型和Tcirg1+/−小鼠进行DMM手术诱导OA,通过组织学染色、Trap染色、免疫荧光和micro-CT评估OA严重程度、软骨下骨结构和破骨细胞数量。

3

体外破骨细胞分化及功能验证

验证Tcirg1在破骨细胞生成和骨吸收中的作用,并探究其机制。

分离BMM,用M-CSF和RANKL诱导分化为破骨细胞;通过Trap染色、F-actin染色、骨吸收陷窝实验、ELISA检测CTX-1,评估破骨细胞形成和功能;通过siRNA敲低Tcirg1,检测相关标志物表达。

4

溶酶体功能分析

阐明Tcirg1对溶酶体酸化和分布的影响。

使用LysoSensor Green DND-189染色检测溶酶体酸化;免疫荧光分析Tcirg1、Lamp2、Rab7的定位;Western blot检测Lamp2、Rab7、Plekhm1、Lis1蛋白水平。

5

蛋白互作验证

验证Tcirg1与Rab7的相互作用。

使用Co-IP实验检测内源性Tcirg1与Rab7的结合。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Easy-nLC 1200Thermo Fisher Scientific--
Q-Exactive质谱仪Thermo Fisher Scientific--
α-MEM培养基ProcellPM150210
胎牛血清Procell164210-50
青霉素-链霉素Thermo Fisher Scientific5070063
重组巨噬细胞集落刺激因子MCE--
核因子κB受体激活剂配体MCE--
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
Opti-MEM培养基Thermo Fisher Scientific31985062
M-PER哺乳动物蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific78505
蛋白酶抑制剂Thermo Fisher Scientific78429
磷酸酶抑制剂Thermo Fisher Scientific78420
BCA蛋白定量试剂盒Kaiji BiotechnologyKGP903
ECL化学发光试剂ABclonalRM0021
Tcirg1抗体Proteintech12649-1-AP
Lamp2抗体InvitrogenMA1-205
Rab7抗体Abcamab137029
Ctsk抗体Santa Cruzsc-48353
Mmp9抗体Proteintech10375-2-AP
Nfatc1抗体Santa Cruzsc-7294X
Acp5抗体Santa Cruzsc-376875
Dc-stamp抗体ABclonalA14630
αv整合素抗体Santa Cruzsc-6617-R
β3整合素抗体Cell Signaling Technology4702
Plekhm1抗体Proteintech16202-1-AP
Lis1抗体Santa Cruzsc-374586
β-actin抗体Proteintech66009-1-Ig
山羊抗兔IgG-HRPAbcamab205718
山羊抗小鼠IgG-HRPAbcamab205719
TRIzol试剂Takara9109
PrimeScript RT试剂盒TakaraRR036Q
ChamQ SYBR qPCR预混液VazymeQ311-02
iQ5实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
Pierce经典磁性IP/Co-IP试剂盒Thermo Fisher Scientific88805
Tcirg1抗体(sc-293491)Santa Cruzsc-293491
Rab7抗体(R8779)Sigma-AldrichR8779
CTX-1 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3023
SkyScan 1276显微CTBruker--
CTAn软件Bruker--
CTVox软件Bruker--
Corning 96孔板Corning4442
Hitachi S-3400N扫描电子显微镜Hitachi--
TRAP染色试剂盒PH BiotechnologyCTCC-JD005
F-actin染色试剂盒PH BiotechnologyCTCC-JD006
光学显微镜(CX43)OlympusCX43
α-tubulin抗体Santa Cruzsc-8035
Alexa Fluor Plus 594抗兔二抗Thermo Fisher ScientificA32754
Alexa Fluor Plus 594抗小鼠二抗Thermo Fisher ScientificA32744
Alexa Fluor Plus 488抗兔二抗Thermo Fisher ScientificA32790
Alexa Fluor Plus 488抗小鼠二抗Thermo Fisher ScientificA32766
LysoSensor Green DND-189探针Thermo Fisher ScientificA66463
DAPI染色液Thermo Fisher ScientificR37605
DAPI染色液Thermo Fisher ScientificR37606
STELLARIS 5共聚焦显微镜Leica--
GraphPad Prism 9.0GraphPad Software Inc.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
临床样本蛋白质组学
OA患者样本量20例,WBR和NWBR分组,样本大小约0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm,液氮速冻,蛋白提取、胰酶消化,LC-MS/MS条件。
阅读提示:Methods 2.1和2.2
小鼠模型
小鼠品系(C57BL/6J野生型和Tcirg1+/−),性别(雄性),年龄(7-8周),DMM手术步骤,术后时间点(2、4、8周),麻醉剂量(戊巴比妥40 mg/kg)。
阅读提示:Methods 2.3和2.4
细胞培养和分化
BMM分离方法,培养条件(α-MEM、10% FBS、1%青霉素-链霉素),诱导因子浓度(30 ng/mL M-CSF、100 ng/mL RANKL),培养时间(1、3、5、7天)。
阅读提示:Methods 2.5
siRNA转染
siRNA序列(见补充表S1),转染试剂(Lipofectamine 3000),siRNA浓度(50 nM),转染时间(24-48小时)。
阅读提示:Methods 2.6
骨吸收实验
牛骨切片制备(4 mm×4 mm,厚度300±30 μm),细胞密度(1×10^4 cells/well),培养时间(7天),使用Corning 96-well板(Cat#4442)。
阅读提示:Methods 2.12