《Scientific Reports》：Repurposing metformin for treating osteoarthritis via leveraging Nrf2 signaling
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本研究针对骨关节炎(OA)缺乏有效疾病修饰药物的临床难题，创新性地探讨了经典降糖药二甲双胍通过激活核因子E2相关因子2(Nrf2)信号通路发挥抗氧化应激作用，从而延缓OA进展的潜力。研究人员通过MIA诱导的小鼠OA模型发现，二甲双胍不仅能显著缓解疼痛症状、改善软骨下骨微结构，还能降低氧化应激标志物MDA水平并提升SOD活性。机制研究表明，二甲双胍通过促进Nrf2核转位，上调血红素加氧酶-1(HO-1)等下游抗氧化基因表达，进而抑制活性氧(ROS)积累和细胞外基质(ECM)降解。值得注意的是，在Nrf2基因敲除(KO)小鼠中，二甲双胍的保护作用显著减弱，证实Nrf2通路的核心地位。临床数据荟萃分析进一步显示，接受二甲双胍治疗的2型糖尿病患者膝关节置换术比例降低。该研究为二甲双胍老药新用治疗OA提供了坚实的临床前证据，揭示了靶向氧化应激通路的治疗新策略。
随着全球人口老龄化加剧，骨关节炎(Osteoarthritis, OA)已成为导致中老年人残疾的首要疾病之一。这种退行性关节疾病以关节软骨进行性破坏、滑膜炎症和骨赘形成为特征，患者常遭受持续性疼痛和关节功能受限的困扰。目前临床治疗主要依赖非甾体抗炎药(NSAIDs)和关节腔内皮质类固醇注射等对症处理手段，这些方法仅能暂时缓解症状，无法逆转疾病进程。更令人担忧的是，长期使用NSAIDs可能带来胃肠道和心血管不良反应。因此，探索OA发病新机制并开发能延缓疾病进展的疾病修饰药物，成为风湿病学研究领域的迫切需求。
近年来，氧化应激在OA发病中的作用日益受到关注。关节腔内过量的活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)会攻击软骨细胞，导致细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)降解加速和软骨细胞凋亡，从而破坏关节软骨的稳态平衡。核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)作为细胞内抗氧化应激的关键转录因子，其激活可启动一系列保护性基因的表达，如醌氧化还原酶1(NAD(P)H quinone dehydrogenase 1, NQO1)和血红素加氧酶-1(Heme Oxygenase-1, HO-1)，从而抵御氧化损伤。与此同时，二甲双胍这一经典降糖药物因其多重获益作用（如抗炎、抗氧化和抗衰老）而备受关注，但其在OA治疗中的具体机制尚不明确。发表在《Scientific Reports》上的这项研究，正是着眼于这一科学问题，系统探讨了二甲双胍是否通过调控Nrf2信号通路发挥软骨保护作用。
研究人员综合运用了多种关键技术方法：通过碘乙酸单钠(Monosodium Iodoacetate, MIA)关节腔注射建立小鼠OA模型；采用行为学测试（包括Von Frey纤毛机械痛阈测试、旋转棒测试和平衡木测试）评估疼痛和运动功能；利用微型电子计算机断层扫描(Micro-CT)分析软骨下骨微结构；通过组织化学染色（苏木精-伊红染色和番红O-固绿染色）和OARSI评分系统评估软骨病理变化；采用免疫组织化学染色检测基质金属蛋白酶13(Matrix Metalloproteinase 13, MMP13)、含血小板凝血酶敏感蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶5(A Disintegrin and Metalloproteinase with Thrombospondin Motifs 5, ADAMTS5)和II型胶原(Collagen II)的表达；通过蛋白质印迹法(Western Blot)分析Nrf2信号通路蛋白表达；使用细胞计数试剂盒-8(Cell Counting Kit-8, CCK-8)检测细胞活力；通过流式细胞术和荧光探针2',7'-二氯二氢荧光素二乙酸酯(2',7'-Dichlorodihydrofluorescein diacetate, DCFH-DA)测定细胞内ROS水平；利用小干扰RNA(Small Interfering RNA, siRNA)敲低Nrf2表达；并对7项临床研究（涉及2型糖尿病患者队列）进行了系统评价。
Metformin alleviated OA pain in MIA-induced mouse model
通过MIA诱导的OA小鼠模型，研究发现二甲双胍治疗能显著改善疼痛相关行为学指标。Von Frey测试显示，OA模型组小鼠后爪撤回阈值显著降低，表明机械性痛觉过敏，而二甲双胍治疗使这一阈值明显回升。平衡木实验进一步证实，二甲双胍处理组小鼠的滑倒次数显著减少，提示运动协调性改善。这些结果表明，二甲双胍在OA早期干预中具有缓解疼痛的潜力。
Metformin attenuated the progression of OA in an MIA-induced mouse model
影像学和组织学分析揭示了二甲双胍对OA结构性进展的抑制作用。Micro-CT显示二甲双胍治疗增加了软骨下骨小梁数量(Trabecular Number, Tb.N)。组织染色表明，二甲双胍能有效保护蛋白聚糖，减少软骨纤维化和侵蚀。虽然OARSI评分未达统计学显著性，但免疫组化显示二甲双胍显著降低了MMP13和ADAMTS5的表达，同时增加了II型胶原的合成，表明其能延缓软骨基质降解。
Metformin suppressed oxidative stress through promoting Nrf2, NQO1, and HO-1 expression in MIA-induced mouse model
在氧化应激指标检测中，OA小鼠血浆丙二醛(Malondialdehyde, MDA)水平显著升高，而超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)活性下降，二甲双胍治疗逆转了这些变化。同时，关节软骨中Nrf2、NQO1和HO-1阳性软骨细胞数量显著增加，提示二甲双胍可能通过激活Nrf2信号通路缓解氧化应激。
Metformin inhibited H2O2-induced inflammatory factor secretion, ECM degradation, and chondrocyte apoptosis
体外实验表明，200μM过氧化氢(H2O2)可诱导软骨细胞活性下降、形态皱缩和凋亡相关基因Caspase3、Caspase9表达上调。而50μM二甲双胍预处理能显著改善细胞存活率，并降低H2O2引起的白细胞介素-1β(Interleukin-1β, IL-1β)、MMP13和X型胶原(Collagen X)表达升高，证实其对抗氧化损伤的保护作用。
Metformin protected cartilage against oxidative stress by activating Nrf2 signaling in chondrocytes
机制深入探讨发现，二甲双胍能显著降低H2O2引起的细胞内ROS水平升高。蛋白质印迹显示二甲双胍促进Nrf2核转位和胞浆HO-1表达。当使用siRNA敲低Nrf2后，二甲双胍的保护作用被削弱，同时炎症因子IL-6、诱导型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase, iNOS)、MMP13和衰老标志物p16表达增加，证明Nrf2通路在二甲双胍抗氧化效应中的核心地位。
Nrf2 deficiency significantly impaired the alleviated effect of metformin on OA development in MIA-induced mouse model
在Nrf2基因敲除小鼠中，二甲双胍对OA疼痛和软骨结构的改善作用几乎完全消失。行为学测试显示二甲双胍未能改善Nrf2-/-OA小鼠的痛阈和运动功能。Micro-CT和组织学分析表明，二甲双胍对软骨下骨微结构和软骨降解无显著保护作用。氧化应激指标MDA和SOD也未因二甲双胍治疗而明显改善，充分说明Nrf2是二甲双胍发挥软骨保护作用的必要介质。
Retrospective analysis of OA progress in type 2 diabetes patients showed the lower ratio of knee arthroplasty in patients with metformin treatment
对7项临床研究的系统评价显示，接受二甲双胍治疗的2型糖尿病患者全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty, TKA)风险降低，提示二甲双胍在人类OA中可能具有类似的保护作用，为临床转化提供了初步证据。
本研究通过多层次证据链证实，二甲双胍能通过激活Nrf2信号通路缓解氧化应激，从而延缓OA进展。在MIA诱导的OA小鼠模型中，二甲双胍不仅改善疼痛症状，还保护软骨完整性。细胞实验表明，二甲双胍通过促进Nrf2核转位，增强抗氧化基因表达，抑制H2O2诱导的软骨细胞损伤和ECM降解。值得注意的是，Nrf2基因缺失小鼠实验证明该通路是二甲双胍发挥保护作用的必要条件。临床数据荟萃分析进一步支持二甲双胍可能降低OA患者关节置换风险。这些发现不仅深化了对OA氧化应激机制的理解，还为老药新用提供了理论依据。二甲双胍作为一种安全性良好、成本低廉的经典药物，其用于OA治疗的临床转化前景值得期待。未来需要更多设计严谨的临床试验验证其疗效，并探索最佳治疗时机和剂量，以期早日惠及广大OA患者。
