无细胞脂肪提取物通过抑制ATF3结合染色质的可及性来缓解颞下颌关节骨关节炎

《Biomaterials》：Cell-Free Fat Extract Attenuates Temporomandibular Joint Osteoarthritis via Repressing ATF3-Binding Chromatin Accessibility

细胞外脂肪提取物（CEFFE）通过调节ATF3/ABLIM1/NF-κB信号通路抑制炎症并促进软骨再生，在动物模型中显示安全性和有效性，为颞下颌关节骨关节炎提供新型生物材料疗法。

　　

作者：张大河、康碧军、万绍南、刘晓涵、夏思摩、张旭欣、张文杰、沈培、杨驰

上海交通大学医学院口腔医学院口腔外科；国家口腔疾病临床研究中心；中国上海市志造居路639号，邮编200011

摘要

颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）是一种以软骨退化和滑膜炎症为特征的退行性疾病，治疗选择有限。在本研究中，我们从脂肪组织中提取的无细胞脂肪提取物（CEFFE）作为TMJOA的治疗策略进行了评估。在软骨细胞中，CEFFE能够促进细胞增殖和存活，减轻炎症性凋亡，并通过上调Col2a1和Sox9基因同时抑制基质金属蛋白酶来维持细胞外基质的稳态。整合的转录组学和表观基因组学分析表明，CEFFE通过抑制ATF3结合染色质的可及性，减少了激活转录因子3（ATF3）与肌动蛋白结合LIM蛋白1（ABLIM1）启动子的结合，从而抑制核因子κB（NF-κB）信号通路。在TMJOA的大鼠模型中，关节内注射CEFFE可以减轻软骨退化、软骨下骨丢失和滑膜炎，且无全身毒性。此外，CEFFE还能抑制促炎M1型巨噬细胞的极化，并降低滑膜组织中白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α的表达。这些发现表明CEFFE是一种双重靶点的治疗剂，可通过表观遗传调控ATF3/ABLIM1/NF-κB信号通路来调节软骨细胞和巨噬细胞。本研究证实CEFFE是一种安全且易于获取的生物材料，具有作为TMJOA再生和抗炎治疗的临床应用潜力。

引言

颞下颌关节（TMJ）是颌面区域唯一的可动关节，也是人体中唯一的双侧对称关节，承担着咀嚼、吞咽、说话、呼吸和面部表情等重要生理功能。[1],[2] 颞下颌关节骨关节炎（TMJOA）是一种复杂的退行性疾病，其特征是滑膜炎、软骨退化和软骨下骨重塑。[3] 在TMJOA的病理微环境中，浸润滑膜组织的巨噬细胞会分泌大量促炎因子，如白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）[4]。这些细胞因子一方面会加剧巨噬细胞和软骨细胞的炎症反应，另一方面会抑制细胞外基质成分的合成，并激活基质金属蛋白酶（MMPs）家族成员（如MMP13和MMP3）的表达，最终导致髁状软骨的破坏。[5] 由于髁状软骨是TMJ的主要生长中心，其破坏会严重影响关节功能，可能导致牙面畸形、气道狭窄甚至睡眠呼吸暂停。[6],[7],[8],[9] 因此，炎症和髁状软骨退化被认为是TMJOA进展的关键病理机制，抑制炎症或维持软骨稳态成为TMJOA治疗的关键目标。[3],[10] 目前TMJOA的临床治疗策略包括保守治疗和手术干预，具体选择取决于疾病阶段和患者个体特征。[11],[12] 早期TMJOA通常推荐保守治疗方法，如药物治疗、物理治疗和咬合夹板。[12] 然而，现有的大多数药物主要提供止痛和抗炎作用，如美洛昔康和塞来昔布，无法促进软骨再生。[13] 因此，开发能够维持软骨稳态的药物仍是亟待解决的需求。随着再生医学的进步，干细胞疗法已被广泛研究作为TMJOA的潜在治疗方法。[14] 已探索了多种策略，包括外源性间充质干细胞的注射、干细胞衍生的外泌体以及刺激内源性TMJ干细胞的方法。[15] 然而，基于干细胞的疗法在临床应用中受到潜在的致瘤性、免疫原性、细胞滞留能力差以及自体组织供应有限等限制。[16] 对于晚期TMJOA患者，手术可能是缓解症状的有效手段。[17] 微创手术（如关节盘复位术）已被证明能有效缓解症状并促进髁状软骨再生。[18],[19],[20] 因此，促进术后恢复（特别是通过促进髁状软骨再生同时减轻炎症反应）具有重要的临床意义。在这方面，关节内自体脂肪移植在TMJ关节盘复位和置换手术中显示出有益效果。[21],[22] 但自体脂肪移植受供体组织采集需求和治疗效果不可预测性的限制。[23] 为了克服这些限制，近期研究重点关注了无细胞脂肪提取物（CEFFE），这是一种从脂肪组织中分离出的无细胞液体成分，通常通过吸脂术副产品获得。CEFFE具有多种优势，包括制备简单可重复、无致瘤性或免疫原性风险，以及富含类似干细胞衍生物的抗炎和生长因子。[24] 先前的研究已证实其抗炎、抗凋亡和促进细胞增殖的作用。[24],[25],[26] 这些特性表明CEFFE不仅对早期TMJOA有效，也可用于促进术后髁状软骨再生。 本研究系统探讨了CEFFE在TMJOA中的治疗潜力和分子机制。具体而言，CEFFE通过抑制ATF3结合染色质的可及性，减少了激活转录因子3（ATF3）与肌动蛋白结合LIM蛋白1（ABLIM1）启动子的结合，从而下调ABLIM1表达并抑制核因子κB（NF-κB）信号通路。这一机制在软骨细胞和巨噬细胞中均得到了验证，证实CEFFE可以维持软骨稳态、减轻滑膜炎并抑制炎症细胞因子的表达（图1A,B）。这些发现表明CEFFE是一种有前景的治疗生物材料，具有在TMJOA疾病干预和术后治疗中的临床应用潜力。

CEFFE通过维持软骨稳态缓解TMJOA

首先，确认了CEFFE在不同储存或冻融条件下的稳定性（图S1A）。随后，在体外条件下检测了CEFFE对ATDC5软骨细胞的影响。100 μg/mL和200 μg/mL浓度的CEFFE处理显著增强了细胞增殖（图2A）和细胞存活率（图2B），表现为碘化丙啶（PI）阳性细胞比例降低。通过同时使用10 ng/mL IL-1β和10 ng/mL TNF-α模拟了炎症微环境。

讨论

TMJOA是一种高发率的退行性疾病，临床表现包括疼痛、关节咔嗒声和开口受限。[1] 疾病进展可能导致牙面畸形、气道狭窄和睡眠呼吸暂停等并发症，严重影响生活质量。[8],[9] TMJOA的病理特征包括滑膜炎、软骨退化和软骨下骨重塑。[3] 炎症是该疾病的重要病理过程。

结论

本研究系统证实并阐明了CEFFE在TMJOA中的治疗潜力。CEFFE通过调节软骨细胞和巨噬细胞中的染色质可及性，调控ATF3/ABLIM1/NF-κB信号通路，从而减轻软骨退化和炎症。凭借简单的提取过程、无免疫排斥反应和患者高依从性等优势，CEFFE是一种临床可行的治疗剂。这些发现为TMJOA的治疗提供了有力支持。

伦理批准

所有涉及人类和动物组织的实验均获得了上海交通大学医学院人类研究伦理委员会的批准（批准编号SH9H-2020-T7-1），并遵循《赫尔辛基宣言》的原则。所有参与者均签署了书面知情同意书。动物实验符合美国国立卫生研究院的实验室动物护理和使用指南，并获得了相关机构的批准。

作者贡献声明

沈培：撰写、审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。 夏思摩：撰写、审稿与编辑、资金获取、数据分析、数据管理。 张文杰：撰写、审稿与编辑、资源协调、项目管理、概念构思。 张旭欣：撰写、审稿与编辑、资金获取、数据分析、概念构思。 刘晓涵：撰写、审稿与编辑、实验设计、资金获取、数据分析。

数据可用性

本研究生成和/或分析的数据集可向通讯作者索取。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

伦理批准

使用人类组织获得了上海交通大学医学院人类研究伦理委员会的批准（批准编号SH9H-2020-T7-1），所有患者均签署了知情同意书。研究遵循1964年《赫尔辛基宣言》及其后续修订版的伦理标准。

患者同意书

所有患者均签署了知情同意书。

其他来源材料的复制许可

不适用。

临床试验注册

不适用。

资金支持

本研究得到了以下机构的资助： - 国家自然科学基金（82501187、82370980、82401148） - 国家重点研发计划（2023YFC2509100） - 上海市重点研发中心（2022ZZ01017） - 上海市科学技术委员会（23Y31900400） - 上海交通大学医学院附属第九人民医院的生物样本项目（YBKA201908） - 中国博士后科学基金会