作者：唐浩 北京積水潭醫院

轉谷氨酰胺酶2（TG2），也稱為組織轉谷氨酸酶，是一種鈣依賴性酶，具有多種細胞內和細胞外底物。TG2不僅在骨關節炎（OA）組織中增加，而且影響OA的進展。然而，TG2在分子水平上如何影響OA中的軟骨降解仍不清楚。手術誘導的OA導致關節軟骨和生長板中TG2的增加，并依賴于原代軟骨細胞中的TGFβ。通過關節內注射基于肽的特異性TG2抑制劑ZDON抑制TG2酶活性，改善了手術誘導OA的嚴重程度以及MMP-3和MMP-13的表達。ZDON以Runx2非依賴性方式減弱了TGFβ-和鈣離子載體處理的軟骨細胞中MMP-2和MMP.13的表達。ZDON抑制TG2通過β-連環蛋白的減少來抑制典型的Wnt信號，這是由泛素化依賴性蛋白酶體降解介導的。此外，鈣離子載體激活TG2增強了AMPK和FoxO3a的磷酸化以及FoxO3a的核移位，這是導致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-連環蛋白和FoxO3a介導的MMP-3產生穩定性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1丟失。這種變化伴隨著軟骨下骨重塑和關節邊緣的骨贅形成。在此過程中，軟骨細胞產生的蛋白酶，尤其是基質金屬蛋白酶（MMP）-13和去整合素和具有血小板反應蛋白基序的金屬蛋白酶（ADAMTS）-5，在基質降解中起主要作用，基質片段的蛋白水解生成被認為是軟骨細胞增生的驅動因素。然而，MMP和AMDAT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）是蛋白質谷氨酰胺γ-谷氨酰轉移酶家族的一種78 kDa鈣依賴性酶。在鈣存在下，TG2作為一種催化酶，修飾蛋白質結合的谷氨酰胺側鏈，通過轉酰胺或脫酰胺作用導致蛋白質交聯。當該蛋白質在細胞內結合GTP時，TG2在構象上變得封閉，并充當G蛋白相關的信號分子。通過其酶和信號功能，TG2具有多種生物學作用，如炎癥、凋亡調節、細胞分化和細胞外基質相互作用的增強子。在軟骨細胞生物學中，TG2不僅是肥大軟骨細胞的標志物，而且是軟骨細胞成熟的誘導劑。在手術誘導的OA模型中，與對照野生型小鼠相比，TG2基因敲除小鼠的軟骨降解和骨贅形成較輕。
最近，我們報道了早期OA軟骨下骨重建的增強可增加關節軟骨中的鈣水平，這種變化與MMP-3和MMP-13的產生有關。早期OA關節軟骨中鈣水平的增加可影響TG2的酶活性，這可能影響MMP的產生和穩定性，從而加速軟骨降解。然而，TG2在OA進展中的分解代謝作用的分子機制仍不清楚。在本研究中，我們研究了TG2酶活性抑制對手術誘導OA嚴重程度的影響。在分子水平上，TG2穩定β-連環蛋白以增加Wnt信號并增強FoxO3a的核易位，FoxO3a負責MMP-3和MMP-13的產生。
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OA的嚴重程度，并增加了MMP-3和MMP-13的產生。TG2不僅通過β-連環蛋白穩定增強了典型的Wnt信號，而且還增強了AMPKa/FoxO3a信號。
本研究顯示在OA早期關節軟骨細胞特異性表達TG2。此外，TGFβ以劑量依賴性方式特異性誘導TG2。OA早期破骨細胞的激活可誘導軟骨下骨的主動重塑。這一過程可釋放基質衍生的偶聯因子，如胰島素樣生長因子1（IGF-1）和TGFβ，軟骨下骨中TGFβ的抑制可減弱手術誘導OA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OA的嚴重性。這些相互矛盾的結果可以通過化學物質或阻斷抗體的部分抑制與遺傳模型的完全抑制之間TGFβ信號傳導阻斷程度的差異來解釋。這種差異也可能是由于TGFβ根據軟骨細胞的分化狀態（即靜止、增殖和肥大軟骨細胞）所起的不同作用造成的。 TGFβ可能自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。早期OA期間活躍的軟骨下骨重塑可增加軟骨下環境中的TGFβ和鈣水平。TGFβ可增加相鄰軟骨下骨中肥大軟骨細胞中TG2的表達，軟骨下骨的這種富含鈣的環境可增強TG2的鈣依賴性酶活性。