PKM2去泛素化調(diào)節(jié)軟骨細胞代謝和炎癥的新機制助力TMJOA研究與治療

顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)病(TMJOA)是一種嚴重的顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病(TMD)，嚴重損害關(guān)節(jié)功能，影響患者的生活質(zhì)量。軟骨細胞的代謝改變在TMJOA的進展中起著至關(guān)重要的作用。然而，這些變化背后的確切分子機制仍然知之甚少。2025年11月3日，西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院亓坤、劉中博研究團隊在Cell Death and Disease（IF 9.6）上發(fā)表了題為“USP32 promotes temporomandibular joint osteoarthritis by modulating PKM2 stability and glycolytic metabolism in chondrocytes”的文章。研究發(fā)現(xiàn)USP32通過PKM2去泛素化調(diào)節(jié)軟骨細胞代謝和炎癥的新機制，為TMJOA的發(fā)病機制和潛在的治療策略提供了新的見解。
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基因信息：USP32，泛素特異性蛋白酶32
實驗動物：6-8周齡雄性SD大鼠
病毒產(chǎn)品：AAV9-COL2A1-GFP-mir30shUSP32、AAV9-COL2A1-GFP-mir30shNC
注射方式：顳下頜關(guān)節(jié)腔注射
病毒用量：6×10^10vg/rat

研究結(jié)果
1、軟骨特異USP32敲低可減輕TMJOA退行性改變
研究人員發(fā)現(xiàn)USP32上調(diào)加劇TMJ軟骨細胞凋亡，鑒于USP32在關(guān)節(jié)炎軟骨中的持續(xù)上調(diào)，利用AAV-miR30shRNA進行了USP32的軟骨特異性敲低以闡明其在TMJOA的作用。USP32敲低后凋亡標志物以及ECM降解的指示物顯著減少。相反，在4周和8周時間點，Col2a1的表達都顯著增加。微計算機斷層掃描(Micro-CT)分析顯示軟骨下骨的結(jié)構(gòu)有了實質(zhì)性的改善，表明USP32敲低后骨骼質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性都得到了提高。組織學(xué)評估顯示軟骨保存得到改善，免疫組織化學(xué)分析證實USP32基因敲低可有效抑制IL-1β的表達。此外，研究發(fā)現(xiàn)抑制USP32通過減少細胞凋亡、使代謝改變正�；�和維持線粒體的完整性來減緩骨關(guān)節(jié)炎的進展。

2、糖酵解代謝通過USP32-PKM2軸驅(qū)動軟骨細胞的炎癥反應(yīng)
研究發(fā)現(xiàn)USP32通過其桶狀結(jié)構(gòu)域直接與PKM2相互作用，進一步研究了USP32與PKM2相互作用的調(diào)控機制，發(fā)現(xiàn)USP32通過切割K48和K11連接的泛素鏈來發(fā)揮PKM2的翻譯后調(diào)節(jié)作用，從而防止其蛋白酶體的降解，并顯著提高其四聚體的穩(wěn)定性。為了闡明USP32是否通過調(diào)節(jié)PKM2而發(fā)揮其炎癥作用，將siPKM2共轉(zhuǎn)染到USP32過表達的炎癥軟骨細胞中。在USP32過表達的軟骨細胞中抑制PKM2基因有效地逆轉(zhuǎn)了細胞外基質(zhì)的降解，恢復(fù)了Col2a1的表達，并抑制了Mmp13、ADAMTS等標志物以及Bax和裂解的caspase 3等凋亡指標，這種干預(yù)也改善了軟骨細胞的活力、線粒體功能和正�；�代謝紊亂。使用競爭性糖酵解抑制劑2-脫氧D-葡萄糖(2DG)抑制糖酵解顯著降低USP32過表達的影響，導(dǎo)致Col2a1表達增加，同時降低細胞外基質(zhì)降解的標記物以及凋亡相關(guān)蛋白；同時，2DG治療提高了軟骨細胞的活力。以上研究表明USP32通過穩(wěn)定PKM2介導(dǎo)的代謝重編程是驅(qū)動軟骨細胞炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵機制，糖酵解抑制劑的應(yīng)用有效地減輕了其對軟骨細胞的損傷作用。

結(jié)論
本研究發(fā)現(xiàn)USP32是骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，通過去除K48/K11連接的泛素鏈以穩(wěn)定PKM2，進而激活軟骨細胞中的糖酵解，突出了USP32-PKM2軸在TMJOA發(fā)病機制中的作用，揭示了代謝失調(diào)的新機制，并確定了OA干預(yù)的潛在治療靶點。