《Frontiers in Immunology》：TLR3 and GLUL orchestrate inflammatory and homeostatic imbalance in osteoarthritis
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本综述通过整合生物信息学分析与实验验证，系统阐明了Toll样受体3（TLR3）和谷氨酰胺合成酶（GLUL）在骨关节炎（OA）发病中的核心作用。研究发现TLR3通过激活NF-κB信号通路促进炎症因子（IL-1β、TNF-α）释放和细胞外基质（ECM）降解，而GLUL通过调节谷氨酰胺代谢和氧化还原平衡发挥保护作用。体内外实验证实TLR3抑制剂和富血小板血浆（PRP）治疗可恢复GLUL表达，改善软骨退变。该研究为OA的精准诊断和靶向治疗提供了新策略。
引言
骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是一种以关节软骨退行性病变、慢性炎症和细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）降解为特征的常见关节疾病。随着人口老龄化加剧，OA已成为导致中老年人残疾的主要病因之一。目前OA的治疗手段主要局限于症状缓解，尚缺乏能够逆转疾病进展的有效方法。近年来研究表明，程序性细胞死亡（包括凋亡、自噬和铁死亡）在OA发病机制中扮演重要角色，但其具体调控机制尚未完全阐明。
材料与方法
本研究整合分析了基因表达汇编（Gene Expression Omnibus, GEO）数据库中的多个OA转录组数据集（GSE51588、GSE117999、GSE55235、GSE82107），通过差异表达分析筛选出与OA相关的凋亡-自噬-铁死亡相关基因（Apoptosis-Autophagy-Ferroptosis-Related Genes, AAFRGs）。采用LASSO回归、随机森林（Random Forest）和支持向量机递归特征消除（SVM-RFE）三种机器学习算法鉴定关键基因。通过CIBERSORT算法进行免疫细胞浸润分析，并利用人软骨细胞系（C28/I2、HC-a）和小鼠软骨祖细胞系（ATDC-5）进行体外功能验证。建立前交叉韧带横断（Anterior Cruciate Ligament Transection, ACLT）诱导的大鼠OA模型，通过组织学染色、蛋白质印迹（Western Blot）、酶联免疫吸附测定（ELISA）等技术评估TLR3抑制剂和富血小板血浆（Platelet-Rich Plasma, PRP）治疗的疗效。
结果
差异表达分析共鉴定出30个在OA中显著差异表达的NAFRGs，其中TLR3显著上调，GLUL显著下调。功能富集分析显示这些基因主要富集于HIF-1信号通路、谷胱甘肽代谢和铁死亡等通路。机器学习算法共同筛选出TLR3和GLUL作为OA的关键诊断标志物，其在训练集和验证集中的曲线下面积（Area Under Curve, AUC）均高于0.69。免疫浸润分析表明TLR3表达与中性粒细胞、M2巨噬细胞等促炎免疫细胞呈正相关，而GLUL与滤泡辅助T细胞、活化自然杀伤（Natural Killer, NK）细胞等抗炎细胞相关。
体外实验证实，TLR3 knockdown可降低人软骨细胞中IL-1β、TNF-α等促炎因子水平，提高抗炎因子IL-10表达，并抑制细胞凋亡和异常矿化。相反，GLUL过表达能够促进细胞增殖，减少ECM降解，维持软骨细胞稳态。值得注意的是，TLR3 knockdown可上调GLUL表达，提示二者存在调控关系。
在大鼠OA模型中，TLR3抑制剂CU-CPT4a和PRP治疗均能显著改善关节功能，降低OARSI评分，减少血清和关节组织中IL-1β、TNF-α、MMP3、MMP13的表达，同时恢复GLUL和IL-10水平。免疫组织化学染色进一步证实TLR3在OA软骨和滑膜组织中高表达，而GLUL表达降低。
讨论与结论
本研究首次系统揭示了TLR3和GLUL在OA发病中的拮抗作用。TLR3通过激活NF-κB信号通路促进炎症反应和软骨降解，而GLUL通过调节谷氨酰胺合成和氧化应激平衡发挥保护作用。TLR3/GLUL轴可能成为OA诊断和治疗的潜在靶点。未来研究需进一步阐明其下游信号通路及与其他细胞死亡方式的交互作用。
该研究的局限性包括生物信息学分析的预测性、细胞系与原代软骨细胞的差异以及动物模型与人类疾病的异质性等。尽管如此，本研究为OA的精准医疗提供了新的理论依据和治疗策略。
