進化選擇和人類膝關節軟骨細胞調節影響骨關節炎風險

2020-12-07 科學網

進化選擇和人類膝關節軟骨細胞調節影響骨關節炎風險

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/3/29 12:40:03

2020年3月26日，美國哈佛大學Terence D. Capellini研究小組在《細胞》雜誌在線發表了他們的最新成果。他們發現，進化選擇和人類膝關節軟骨細胞調節的約束參與影響骨關節炎的風險。

據研究人員介紹，在人類進化過程中，膝蓋通過改變軟骨細胞發育程序適應了兩足動物的生物力學要求。這種適應性過程可能不會對健康造成有害影響。如今，骨關節炎發生在2.5億人中，其危險變異富集在軟骨細胞基因附近的非編碼序列，這些基因座可能在膝關節進化過程中得到了優化。

研究人員通過表觀遺傳分析關節軟骨細胞來探索了這種關係，並揭示出歷史選擇以及膝關節調節元件的近期約束和漂移，這也與骨關節炎變異重疊，這些變異通過傾向於修飾受約束的功能序列而有助於疾病遺傳。研究人員提出了一個模型，即膝關節發育過程中的遺傳改變導致成人病理。

因此，研究人員發現了數十億存在危險位點（GDF5- UQCC1）人群中的致病增強子變體（rs6060369），並揭示了它如何影響小鼠的膝蓋形狀和骨關節炎。總體而言，這一方法將人體解剖學的進化新方面與其發病機理聯繫起來。

附：英文原文

Title: Evolutionary Selection and Constraint on Human Knee Chondrocyte Regulation Impacts Osteoarthritis Risk

Author: Daniel Richard, Zun Liu, Jiaxue Cao, Ata M. Kiapour, Jessica Willen, Siddharth Yarlagadda, Evelyn Jagoda, Vijaya B. Kolachalama, Jakob T. Sieker, Gary H. Chang, Pushpanathan Muthuirulan, Mariel Young, Anand Masson, Johannes Konrad, Shayan Hosseinzadeh, David E. Maridas, Vicki Rosen, Roman Krawetz, Neil Roach, Terence D. Capellini

Issue&Volume: 2020-03-26

Abstract: During human evolution, the knee adapted to the biomechanical demands of bipedalismby altering chondrocyte developmental programs. This adaptive process was likely notwithout deleterious consequences to health. Today, osteoarthritis occurs in 250 millionpeople, with risk variants enriched in non-coding sequences near chondrocyte genes,loci that likely became optimized during knee evolution. We explore this relationshipby epigenetically profiling joint chondrocytes, revealing ancient selection and recentconstraint and drift on knee regulatory elements, which also overlap osteoarthritisvariants that contribute to disease heritability by tending to modify constrainedfunctional sequence. We propose a model whereby genetic violations to regulatory constraint,tolerated during knee development, lead to adult pathology. In support, we discovera causal enhancer variant (rs6060369) present in billions of people at a risk locus(GDF5-UQCC1), showing how it impacts mouse knee-shape and osteoarthritis. Overall, our methodslink an evolutionarily novel aspect of human anatomy to its pathogenesis.

DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.057

Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30234-8

Cell：《細胞》，創刊於1974年。隸屬於細胞出版社，最新IF：36.216

相關焦點

  • 細胞療法工具用於老年人膝關節骨關節炎的軟骨修復
    東京--(美國商業資訊)--江戶川病院院長加藤正二郎博士領導的骨科醫師們和細胞培養專家們報導稱，從受累於骨關節炎(OA)的老年人膝關節軟骨組織培養多能表達細胞取得了突破。OA累及全球數百萬膝關節和其他嚴重疾病患者，他們接受了全膝關節置換術(TKA)，其受損的軟骨被人工膝關節假體替換。加藤博士在TKA手術中取出了一部分本來會丟棄的受損組織，在組織工程實驗室中分離出軟骨細胞，或可將其培養為完全重組的健康軟骨組織，並表達與多能性相關的生物標記物。此新聞稿包含多媒體內容。
  • 軟骨細胞衰老在骨關節炎中的作用
    關節功能的喪失及致殘不僅嚴重影響老年人群的生活質量還加重家庭和社會的經濟負擔，有效預防該病已成為國內外重大的公共衛生問題。骨關節炎發病與衰老軟骨細胞的累積導致的軟骨細胞外基質合成降解平衡失調、關節軟骨組織的分解退變、關節內持續病理性炎症狀態密切相關。臨床骨關節炎患者的關節軟骨細胞常會出現衰老現象，且該現象隨著關節軟骨組織退變的嚴重程度越發明顯。
  • 補腎健脾活血中藥幹預膝骨關節炎模型大鼠軟骨細胞......
    ：是一種以膝關節軟骨退變、破壞和骨質增生為主要特徵的慢性關節病，多患於中老年人群，主要表現為膝關節疼痛，上下樓梯時疼痛加重，休息後緩解，局部腫脹，活動受限，晚期膝關節畸形，嚴重影響患者的生活質量。背景：膝骨關節炎是最常見的退行性關節疾病，其發病率和致殘率高，已嚴重影響患者的生活質量。研究發現，補腎健脾活血中藥能夠改善膝骨關節炎臨床症狀，但其具體機制仍未闡明。目的：通過膝骨關節炎去勢大鼠模型研究補腎健脾活血中藥調節IL-1β/ERRα/SOX9/Col2α1信號通路治療大鼠膝骨關節炎的作用機制。
  • 膝關節損傷,關節退變,關節炎,髕骨軟化,軟骨損傷,怎麼辦?
    摔斷腿無疑是痛徹心扉的體驗但長遠來看，膝關節損傷帶來的困擾恐怕更加糟糕人類的膝關節結構、功能複雜，又終日負重，各種急性損傷和慢性勞損都容易找上它。和骨骼相比，關節軟骨的損傷要難恢復得多。國內某醫學院第一附屬醫院觀察臍帶血來源的間充質幹細胞移植治療膝關節骨關節炎臨床療效。研究小組從2011年9月～2013年3月篩選該院住院的膝關節骨關節炎患者12例，隨機分為治療組和對照組各6例。治療組進行臍帶血來源的間充質幹細胞移植治療，對照組關節腔注射玻璃酸鈉。
  • 膝關節疼痛,是風溼,還是骨關節炎?
    但是，根本的病因是自身免疫系統出現問題，而老百姓平時遇到的關節疼痛，尤其是人過中年以後發生膝關節疼痛，大多則是由骨關節炎引起。關節，是骨與骨的連接之處。正常情況下，關節骨骼面上覆蓋著橡膠樣的軟骨，軟骨可以維護關節活動時的滑動，起到緩衝力量的作用。如果軟骨磨損或退化，關節活動時就失去緩衝，從而產生疼痛、腫脹、僵硬等症狀。
  • 幹細胞出手,骨關節炎「在劫難逃」!
    在中國，50歲以上人群約55%患有骨關節病，80歲以上80%者會患有骨關節炎，目前中國約有1.3億人深受其擾。 不死的癌症，骨關節炎 骨關節炎（簡稱OA)，又稱退化性關節炎。是因關節軟骨不斷退化和損害，上下骨相互直接摩擦，導致關節退變、骨質增生的慢性骨關節疾病。
  • 細胞應用 | 幹細胞再生關節軟骨 治療骨關節炎的最佳方式
    臨床表現為緩慢發展的關節疼痛、壓痛、僵硬、關節腫脹、活動受限和關節畸形等。▲造成骨關節炎因素：年齡、重複性創傷、遺傳因子、肥胖等膝關節炎是骨關節炎中主要的一種，此外，另一項世界衛生組織提供的數據也值得引起我們的關注：50歲以上人群的骨關節病發生率為50％，70歲的老年人發病率高達80％。
  • 【上海本正】神奇的幹細胞,修復膝關節軟骨
    這些治療如果沒有效果，最終將與退變性骨性關節炎的患者走向同一條路：人工關節置換，其對病人生活質量有很大的影響。用一層金屬或生物假體替代軟骨，而隨之帶來的是手術副損傷、高昂的費用、術後感覺異常以及植入材料使用壽命的限制等一系列問題。
  • 膝關節骨關節炎的症狀有哪些_膝關節骨關節炎的治療方法
    膝關節骨關節炎的症狀有哪些_膝關節骨關節炎的治療方法膝關節骨關節炎是骨科最常見的關節病變，也是中老年朋友最常患的疾病。俗稱「骨刺」「骨質增生」「退行性關節炎」「骨關節病」「老寒腿」。據大規模的人群調查，每十個人就有一個人有膝關節骨關節炎的症狀。而且女性比男性多發。其實骨關節炎不單純累及膝關節，也可以累及脊柱、髖關節、手指關節等等，只不過膝關節最容易受累。骨關節炎是退變性疾病，患病率隨著年齡增長而增加。
  • 骨關節炎軟骨細胞凋亡主要調控因子的研究新進展
    骨性關節炎(osteoarthritis，OA)是一種以關節軟骨退行性變和繼發性骨質增生為主要病理特徵的慢性骨關節疾病，臨床上以緩慢性關節疼痛、
  • 老年膝蓋骨關節炎怎麼治療_中老年人患了膝關節骨關節炎怎麼辦
    老年膝蓋骨關節炎怎麼治療_中老年人患了膝關節骨關節炎怎麼辦 說到骨關節炎，很多老年朋友都是苦不堪言。 數據顯示，65歲以上人群中，骨關節炎的患病率可達50%以上，而在75歲以上人群中，這一數值可達到約85%。
  • 老年膝蓋骨關節炎怎麼治療_中老年人患了膝關節骨關節炎怎麼辦
    老年膝蓋骨關節炎怎麼治療_中老年人患了膝關節骨關節炎怎麼辦說到骨關節炎，很多老年朋友都是苦不堪言。數據顯示，65歲以上人群中，骨關節炎的患病率可達50%以上，而在75歲以上人群中，這一數值可達到約85%。
  • 軟骨磨損,是骨關節炎發病的元兇!
    警惕骨性關節炎！年紀大了，身體小毛病好像也多了起來。比如，對著電腦的時間稍微一長，脖子、肩膀和後背就開始又酸又疼；幹點體力活、做點家務，發現手臂抬不起了，肩膀像「凍住了」；遇到下雨降溫，膝蓋酸脹地厲害，還隱隱作疼；偶爾爬個樓梯，竟然能聽到骨頭咔咔響.人體膝關節受損很多人以為年紀大了有點小毛小病很正常。沒想到，這些毛病其實都是骨關節炎常見的症狀。
  • 幹細胞應用:膝關節軟骨再生
    中國國民病：骨關節隨著全民健身運動的普及和人口老齡化的進展，因各種原因導致膝關節軟骨損傷的發病率逐年遞增
  • 膝關節骨性關節炎的病因與預防知識
    骨關節炎會導致膝關節的軟骨變薄，關節表面變得更粗糙，會導致膝關節的運動不如應有的平穩，就可能會感到疼痛和僵硬。但是，並非所有膝骨關節炎病例都與先前的受傷有關，科學家認為，遺傳學使某些人容易發生退行性關節炎。研究表明肥胖與膝骨關節炎也有關，僅減掉10磅即可將未來患膝關節骨性關節炎的風險降低50％。有研究表明，軟骨下骨的問題可能會觸發關節軟骨的變化。通常，關節軟骨保護軟骨下骨。
  • 識別軟骨細胞有了新「身份證」
    軟骨是一種生理上不可自我修復的組織，承擔著關節表面的承重和緩衝功能，其中包含有軟骨細胞。有研究發現，軟骨細胞的表型變化，如細胞肥大和基質鈣化等，能夠導致骨關節炎軟骨退變的發生。近日，國際權威雜誌《風溼病學年鑑》刊登了一項突破性研究：北京大學生命科學院湯富酬課題組和中國人民解放軍總醫院王巖課題組合作，首次在單細胞解析度層面對關節炎軟骨組織進行了全面分類，發現3種新的細胞亞型及其分子特徵，並界定出對骨關節炎發病有利和不利的亞型。
  • 膝關節軟骨磨損能恢復嗎?
    膝關節骨性關節炎是困擾老年朋友的常見病，而許多患者對骨關節炎這個詞並不感冒，相反，對於骨骨刺、滑膜炎等說法都很熟悉。當我們解釋骨關節炎時，我們經常說軟骨已經磨損和磨損。那麼，軟骨磨壞了怎麼辦？地面軟骨能再生嗎？可惜我們不能。由於軟骨本身不具有再生的營養物質，所以軟骨損傷後不能再生為軟骨細胞。那麼市場上市面上的氨糖和硫酸軟骨素等產品能再生軟骨嗎？
  • 膝關節軟骨磨損了能復原嗎?
    膝關節骨關節炎是困擾我國老年朋友的常見疾病，許多病友們對於骨關節炎這一詞彙並不感冒，相比之下，對於骨刺，滑膜炎等說法都是耳熟能詳。我們解釋骨關節炎時常常會說軟骨磨損了，磨沒了。由於關節軟骨中不含血管，營養物質依靠細胞間質液體供應，軟骨本身也不含可以分化再生的祖細胞，所以損傷後的關節軟骨很難自我修復或再生。那麼市面上賣的氨糖和硫酸軟骨素等產品能再生軟骨嗎？服用這些產品可以緩解關節疼痛，延緩關節的退變，但這和軟骨再生並不是一碼事。
  • 膝關節軟骨修復之幹細胞修復臨床
    不同來源MSCs膝關節軟骨修復的臨床研究從近些年國外文獻所報導的臨床試驗研究來看，MSCs在人膝關節軟骨修復中的臨床研究還缺乏足以達到臨床普及應用的標準，僅停留在初步階段。研究表明在軟骨損傷部位植入MSCs，會表現出歸巢、營養和免疫調節作用，而這些作用將影響周圍正常軟骨細胞壽命與活動能力。
  • miRNAs對骨關節炎調控的研究進展
    Freemont等[5]發現MMP-3在膝關節骨關節炎患者的軟骨中表達具有明顯的表達部位的特異性，MMP-3在骨關節炎早期和晚期明顯增高。此外，激活的MMP還可切除MMP酶原的前肽，使MMP進一步激活，從而產生瀑布式放大效應，因此在骨關節炎的發病過程中發揮了重要的促進作用。miRNAs可以直接調控軟骨中的MMP，miR-127-5p可以上調MMP-13的表達，使軟骨基質的降解加速[6]。