JNK缺失增强关节组织衰老并加重小鼠年龄相关性骨关节炎的严重程度

Deletion of JNK Enhances Senescence in Joint Tissues and Increases the Severity of Age-Related Osteoarthritis in Mice

作者信息Richard F Loeser, Kathryn L Kelley, Alexandra Armstrong, John A Collins, Brian O Diekman, Cathy S Carlson
PMID32418287
发布时间2020-10
DOI10.1002/art.41312

实验完整度

包含DMM手术模型和18月龄自然衰老模型两个独立体内证据层级,并结合组织学评分、组织形态计量、免疫组化、免疫印迹和软骨外植体功能实验,明确进行功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠DMM手术模型 18月龄C57BL/6J小鼠自然衰老模型 小鼠关节软骨外植体

重点核对

DMM手术组和假手术组的小鼠周龄均为12周,术后8周进行组织学评估。 衰老研究中小鼠平均月龄为18个月(范围17-19个月),均为雄性。 JNK1/2双敲除使用JNK1fl/flJNK2−/−aggrecan-CreERT2小鼠,并在10周龄时连续5天腹腔注射他莫昔芬(40mg/kg)诱导Cre重组。 软骨外植体实验使用3-5周龄小鼠的股骨帽,用1μM纤连蛋白片段刺激48小时。

摘要

目的:确定c-Jun N末端激酶(JNK)信号在小鼠关节损伤和衰老诱导的骨关节炎(OA)发展中的作用。方法:对12周龄小鼠进行内侧半月板失稳(DMM)或假手术,术后8周评估OA。分组包括野生型对照、JNK1−/−、JNK2−/−和JNK1fl/flJNK2−/−aggecan-CreERT2双敲除。衰老研究使用野生型对照、JNK1−/−和JNK2−/−小鼠,在18月龄时评估。通过评估关节软骨结构(ACS)、甲苯胺蓝染色、骨赘、滑膜增生、组织形态计量学和衰老标志物p16Ink4a的免疫染色来评估膝关节。通过ELISA测量软骨外植体对纤连蛋白片段响应的MMP-13产生。结果:DMM手术后,野生型和JNK敲除组在ACS、甲苯胺蓝或骨赘评分方面没有差异,外植体中MMP-13的产生也没有差异。与野生型小鼠相比,所有三个敲除组的软骨下骨厚度和软骨坏死面积均增加。老年JNK敲除小鼠的ACS评分显著差于老年野生型对照(对照32±18,均值±标准差;JNK1−/− 52±24;JNK2−/− 60±25)。JNK1−/−小鼠的骨赘评分也较高。JNK缺失导致老年小鼠滑膜和软骨中p16Ink4a增加。结论:JNK1和JNK2不是小鼠DMM模型中OA发展所必需的。JNK1或JNK2的缺失与更严重的年龄相关性OA和细胞衰老增加相关,表明JNK可能作为关节中衰老的负调节因子。

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
JNK信号在关节损伤和衰老诱导的骨关节炎发展中的作用是什么?
核心机制
JNK信号可能作为关节组织衰老的负调节因子,其缺失导致p16Ink4a介导的细胞衰老增加,从而加重年龄相关性骨关节炎。
主要证据
在DMM模型中,JNK敲除不影响OA的组织学评分,但增加软骨下骨厚度和软骨细胞死亡;在18月龄衰老模型中,JNK1或JNK2敲除小鼠的ACS评分显著升高,滑膜中p16Ink4a阳性细胞增加,软骨裂解物中p16Ink4a蛋白水平升高。
研究意义
研究结果表明,JNK信号可能对关节组织稳态和预防细胞衰老具有必要性,这使JNK途径作为OA治疗靶点的可行性受到质疑。

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

建立JNK基因敲除小鼠模型

生成JNK1、JNK2单敲除及软骨诱导性双敲除小鼠,以研究JNK在OA中的作用。

将JNK1−/−、JNK2−/−和JNK1fl/flJNK2−/−aggrecan-CreERT2小鼠与野生型对照比较;对携带aggrecan-CreERT2的小鼠腹腔注射他莫昔芬(40mg/kg,每日一次,连续5天)诱导基因重组。

2

DMM手术诱导创伤后OA并评估组织学改变

评估JNK缺失对手术诱导的OA发展的影响。

对12周龄雄性小鼠进行DMM或假手术,术后8周收取膝关节,进行ACS评分、甲苯胺蓝染色、骨赘和滑膜评分以及组织形态计量分析。

3

评估自然衰老相关OA

评估JNK缺失对小鼠自然年龄相关OA发展的影响。

将野生型、JNK1−/−和JNK2−/−小鼠饲养至平均18月龄,进行膝关节组织学和形态计量分析。

4

检测软骨外植体MMP-13产生

验证JNK缺失是否影响软骨细胞对分解代谢刺激的反应。

分离3-5周龄小鼠股骨帽软骨外植体,用1μM纤连蛋白片段(FN-f)刺激48小时,通过活性ELISA检测培养基中MMP-13水平。

5

检测关节组织衰老标志物p16Ink4a

探讨JNK缺失对关节组织细胞衰老的影响,以解释年龄相关OA的加重。

对18月龄小鼠和DMM术后小鼠的膝关节切片进行p16Ink4a免疫组化染色,对滑膜中p16Ink4a阳性细胞计数;并用免疫印迹检测6周和6月龄小鼠软骨裂解物中的p16Ink4a。

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
JNK1敲除小鼠Jackson Laboratory004319
JNK2敲除小鼠Jackson Laboratory004321
他莫昔芬Sigma--
甲苯胺蓝----
p16Ink4A抗体Abcamab211542
EnVision兔二抗Dako--
DAB显色剂Dako--
Opal 570荧光染料Perkin Elmer--
DAPIThermofisher--
Nikon DS-Ri2相机Nikon--
Nikon Eclipse Ci显微镜Nikon--
Nikon Eclipse E800显微镜Nikon--
NIS Elements D软件Nikon--
DMEM/F12培养基----
胎牛血清----
重组纤连蛋白片段----
活性MMP-13荧光检测试剂盒R&D SystemsF13M00
木瓜蛋白酶----
Quant-iT PicoGreen dsDNA检测试剂盒Thermofisher Scientific--
Precellys匀浆器Bertin Technologies--
总蛋白染色试剂Thermo Fisher Scientific24580
JNK2抗体Cell Signaling Technology9258
p16Ink4a抗体Abcamab211542
Azure Biosystems c600成像仪Azure Biosystems--
GraphPad Prism 8.12GraphPad--

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
DMM手术模型
小鼠周龄、性别、手术方式、术后评估时间点;JNK敲除基因型;他莫昔芬给药方案。
阅读提示:Methods小节 'Mouse OA models' 和 'Mouse strains'
衰老模型
小鼠周龄、性别、饲养条件、评估时间点。
阅读提示:Methods小节 'Mouse OA models'
组织学评估
切片厚度、切片间隔、染色方法、评分系统、评分者盲法。
阅读提示:Methods小节 'Histological assessment of OA'
免疫组化/免疫荧光检测p16Ink4a
抗体浓度、抗原修复条件、阻断条件、阳性细胞计数方法。
阅读提示:Methods小节 'Immunostaining'
软骨外植体实验
小鼠年龄、软骨部位、培养基、FN-f浓度、刺激时间、MMP-13检测方法。
阅读提示:Methods小节 'Cartilage explant isolation, protein extraction and immunoblotting'