《Cell Proliferation》：Inhibition of Fibroblast Activation Protein-α Ameliorates Intervertebral Disc Degeneration via Reduced Vascular Invasion in Cartilage Endplate
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本研究揭示了成纤维细胞激活蛋白-α（FAP-α）在椎间盘退变（IDD）中的关键作用。文章通过生物信息学、临床样本及动物模型证实，FAP-α在退变软骨终板（CEP）中高表达，并通过PI3K/AKT/HIF-1α/VEGFA信号通路促进血管生成，加速IDD进程。抑制FAP-α功能可有效减少血管侵入和终板骨化，为IDD治疗提供了新靶点。
引言
下腰痛是全球成人致残的首要原因，而椎间盘退变（IDD）是其主要的病理基础。成人椎间盘（IVD）是人体最大的无血管组织，由髓核（NP）、纤维环（AF）和软骨终板（CEP）构成。CEP的扩散功能是NP主要的营养来源。在IDD进程中，CEP的微血管形成是一个关键的病理特征，它与终板钙化密切相关，并会加剧椎间盘内的营养缺乏和代谢紊乱。
FAP-α在退变椎间盘样本及老年大鼠中表达上调
生物信息学分析和免疫组化结果显示，在退变的人CEP组织中，FAP-α的表达显著上调，且与血管入侵和血管生成密切相关。MRI和组织标本显示，在严重IDD患者中，FAP-α、MMP3、CD31、VEGFA和Collagen X表达增加，而Collagen II发生降解。在老年大鼠的IDD模型中，也观察到了类似的现象：CEP出现钙化，FAP-α、MMP3、CD31、VEGFA和Collagen X表达升高，Collagen II表达降低。这些发现共同证实，FAP-α的上调是IDD的一个显著特征，与基质降解和异常血管生成紧密关联。
抑制FAP-α表达延缓IDD的发生
在腰椎失稳（LSI）诱导的大鼠IDD模型中，使用FAP-α抑制剂塔拉泊斯塔（talabostat）进行治疗。结果显示，与LSI模型组相比，塔拉泊斯塔治疗组大鼠的椎间隙高度和椎间盘信号强度保持得更好。组织学分析表明，治疗组NP组织损失减少，细胞外基质（ECM）保存更完整，AF裂隙减少。免疫荧光染色进一步证实，塔拉泊斯塔能降低FAP-α和促ECM降解的MMP3的表达，增加Collagen II的表达，并减少血管内皮标记物CD31阳性的血管数量。这表明抑制FAP-α能通过保护ECM、减少其降解并抑制异常血管生成，有效延缓IDD进程。
FAP基因敲除延缓IDD进展
利用16月龄的FAP基因敲除（KO）小鼠建立自然衰老IDD模型。与野生型（WT）小鼠相比，FAP KO小鼠的CEP中含有更多的软骨细胞，并保持纵向排列；其NP中含有丰富的具有大液泡状结构的脊索细胞，且组织排列有序。组织学退变评分显著低于WT小鼠。此外，FAP KO小鼠椎间盘中Collagen II和聚集蛋白聚糖（Aggrecan）表达显著增加，而MMP3和DNA损伤标记物H2AX水平降低，CEP中CD31表达减少，提示血管生成受到抑制。这表明FAP的基因缺失能保护ECM，抑制其降解，延缓衰老并减少异常血管形成，从而在IDD进程中发挥保护作用。
FAP-α增强HUVEC的血管生成活性并上调P-p65和MMP3表达
通过划痕实验、Transwell迁移实验和基质胶体外血管生成实验发现，FAP-α基因沉默的CEP细胞条件培养基显著抑制了人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的迁移和成管能力；而FAP-α过表达的CEP细胞条件培养基则促进了这些过程。免疫荧光染色显示，FAP-α过表达会增强p65的磷酸化（P-p65）并促进其核转位，同时上调MMP3的表达。这表明FAP-α通过调节P-p65磷酸化和MMP3表达来促进血管内皮细胞的迁移和血管生成。
FAP-α通过PI3K/AKT/HIF-1α/VEGFA通路促进血管生成并诱导炎症
对FAP-α基因沉默的CEP细胞进行RNA测序，差异表达基因（DEGs）主要富集在PI3K/AKT信号通路、HIF-1通路等领域。蛋白质印迹（Western Blot）验证表明，FAP-α沉默会抑制PI3K/AKT的活化，并降低HIF-1α和VEGFA的水平；而FAP-α过表达则产生相反效果。此外，FAP-α过表达会下调CEP细胞中Collagen II的表达，并促进炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α的释放。这表明FAP-α不仅通过PI3K/AKT/HIF-1α/VEGFA通路促进血管生成，还通过抑制基质合成和促进炎症反应来加速退变。
讨论
本研究系统阐明了FAP-α在IDD进程中的核心作用。FAP-α通过“信号诱导”（激活PI3K/AKT/HIF-1α/VEGFA通路）和“基质重塑”（直接或间接降解ECM，如与MMP13协同降解Collagen II）双重机制，驱动CEP的病理性血管生成和ECM代谢紊乱，从而加速IDD。此外，FAP-α还能促进炎症因子释放，形成恶性循环。在衰老的FAP KO小鼠中，椎间盘保持了年轻态特征，提示抑制FAP-α具有长期保护潜力。尽管存在模型局限性，但本研究为以FAP-α为靶点治疗IDD提供了坚实的理论依据。
结论
综上所述，本研究表明在人和大鼠的退变椎间盘中FAP-α表达上调。在体內，基因敲除FAP或使用FAP抑制剂可减轻CEP硬化、抑制血管生长，最终延缓IDD。在体外，FAP-α通过PI3K/AKT/HIF-1α/VEGFA通路影响血管生成和细胞迁移，同时促进CEP细胞释放炎症因子和ECM降解。这些结果表明，靶向FAP-α调控的通路有望成为临床IDD治疗的一种新策略。
材料与方法
研究涉及数据收集与预处理（GEO数据库分析GSE153761）、小鼠与基因分型（使用Fap KO小鼠）、CEP细胞的RNA测序、患者组织标本获取、免疫组织化学、动物实验设计（SD大鼠LSI模型）、影像学检查（X射线、MRI）、组织学分析（H&E、SO&FG染色）、细胞培养（CEP细胞、HUVEC）、FAP-α的抑制与过表达（siRNA、质粒转染）、免疫荧光染色、蛋白质印迹、Transwell迁移实验、体外血管生成实验、划痕愈合实验以及统计学分析等方法。所有实验均遵循相关伦理规范。
