作者：句朝暉 北京積水潭醫院

谷氨酰胺轉胺酶2（TG2），也稱為組織谷氨酰胺轉酰胺酶，是一種鈣依賴性酶，具有多種細胞內和細胞外底物。TG2不僅增加骨關節炎（OA）組織，而且影響OA的進展。然而，TG2在分子水平上如何影響OA軟骨降解尚不清楚。手術誘導的OA導致關節軟骨和生長板中TG2的增加，并且依賴于初級軟骨細胞中的TGFβ。關節內注射基于肽的特異性TG2抑制劑ZDON抑制TG2酶活性，可改善手術誘導的OA的嚴重程度以及MMP-3和MMP-13的表達。ZDON以Runx2獨立的方式減弱TGFβ和鈣離子載體處理的軟骨細胞中MMP-3及MMP-13表達。用ZDON抑制TG2通過減少β-連環蛋白（由泛素化依賴的蛋白酶體降解介導）抑制典型Wnt信號。此外，鈣離子載體激活TG2可增強AMPK和FoxO3a的磷酸化以及FoxO3a的核移位，這是MMP-13增加的原因。總之，TG2在OA的發病機制中起著重要作用，是影響β-catenin穩定性和FoxO3a-介導的MMP-13生成的主要分解代謝介質。
骨關節炎（OA）是最常見的關節炎形式，其特征是軟骨細胞外基質受損，導致透明關節軟骨丟失。這種變化伴隨著軟骨下骨重塑和關節邊緣骨贅形成。在這個過程中，軟骨細胞產生的蛋白酶，尤其是基質金屬蛋白酶（MMP）-13和A解整合素以及具有凝血酶原反應蛋白基序（ADAMTS）-5的金屬蛋白酶在基質降解中起著重要作用，基質片段的蛋白水解生成被認為會驅動軟骨細胞肥大。然而，MMPs和AMDATS產生的調節機制，以及穩定或激活這些蛋白酶的轉錄后修飾，尚未完全闡明。
轉谷氨酰胺酶2（TG2）是谷氨酰胺γ-谷氨酰轉移酶家族中一種78 kDa的鈣依賴酶。在鈣存在的情況下，TG2起到催化酶的作用，可以修改蛋白結合的谷氨酰胺側鏈，通過轉酰胺或脫酰胺導致蛋白交聯。當該蛋白在細胞內與GTP結合時，TG2在構象上變得封閉，并作為G蛋白相關的信號分子發揮作用。通過其酶和信號功能，TG2具有多種生物學作用，例如促進炎癥、凋亡調節、細胞分化和細胞外基質相互作用。在軟骨細胞生物學中，眾所周知，TG2不僅是肥大軟骨細胞的標記物，也是軟骨細胞成熟的誘導劑。在手術誘導的OA模型中，TG2基因敲除小鼠的軟骨降解和骨贅形成較對照野生型小鼠輕。
最近，我們報道，早期OA軟骨下骨重塑增強可增加關節軟骨中的鈣水平，這種變化與MMP-3和MMP-13的生成有關。早期OA關節軟骨中鈣水平的增加可影響TG2的酶活性，可能影響MMPs的生成和穩定性，從而加速軟骨降解。然而，TG2在OA進展中分解代謝作用的分子機制尚不清楚。在本研究中，我們研究了抑制TG2酶活性對手術誘發OA嚴重程度的影響。在分子水平上，TG2穩定了β-連環蛋白，以增加Wnt信號傳導，并增強FoxO3a的核轉位，這是MMP-3和MMP-13產生的原因。
在本研究中，我們發現TGFβ在關節軟骨中誘導的TG2加重了手術誘導的OA的嚴重程度，并增加了MMP-3和MMP-13的生成。TG2不僅通過β-catenin穩定增強了經典Wnt信號，而且還增強了AMPKa/FoxO3a信號。
本研究顯示關節軟骨細胞在OA早期特異性表達TG2。此外，TGFβ以劑量依賴的方式特異性誘導TG2。OA早期破骨細胞的激活誘導軟骨下骨的主動重塑。這一過程可以釋放基質衍生的耦合因子，如胰島素樣生長因子1（IGF-1）和TGFβ，軟骨下骨中TGFβ的抑制可以減弱手術誘導OA19的進展。然而，TGFβ信號的關鍵成分的基因缺失，包括TGFβ受體II型或Smad3，會加重OA20、21的嚴重性。這些相互矛盾的結果可以用化學物質或阻斷抗體的部分抑制與基因模型的完全抑制之間TGFβ信號阻斷程度的差異來解釋。這種差異還可能是由于TGFβ根據軟骨細胞的分化狀態，即靜止、增殖和肥大的軟骨細胞而發揮的不同作用。TGFβ可能天然具有合成代謝和分解代謝功能，其總體效果可能因軟骨細胞的分異狀態而不同。我們的研究為TGFβ通過TG2在軟骨下骨中的分解代謝功能提供了可能的解釋。骨性關節炎早期軟骨下骨的主動重塑可以增加軟骨下細胞中TGFβ和鈣的水平。TGFβ可以增加鄰近軟骨下骨中肥大軟骨細胞中TG2的表達，軟骨下骨內這種富含鈣的環境可能增強TG2的鈣依賴酶活性。
幾條證據表明，規范的NF-kB信號通路有助于OA軟骨細胞中HIF-2α的上游信號通路的肥厚分化以及MMP和一氧化氮的產生。已知TG2通過非蛋白酶體和蛋白酶體降解增強IkBα的降解來構成性激活NF-kB信號通路。然而，我們的數據表明，TG2的激活或抑制未能影響原代軟骨細胞中NF-kB的激活或核移位，這表明TG2介導的NF-kB信號的激活可能因細胞環境而異。
總之，主要由TGFβ誘導的TG2可以穩定β-catenin，增強典型Wnt信號傳導，促進FoxO3a的核移位，這可能是MMP-13產生的原因。這些發現揭示了TG2在軟骨退變中的分解代謝機制，抑制TG2活性可能是開發治療OA疾病藥物的良好策略。