《Osteoarthritis and Cartilage》：A CREB5-NR4A1 checkpoint protects against disc degeneration by controlling ferroptosis
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椎间盘退行化（IDD）的病理机制及CREB5调控的抗氧化和铁死亡抑制研究，通过生物信息学、qRT-PCR和Western blot分析发现CREB5表达下调与IDD相关，其过表达可恢复GPX4表达、抑制ACSL4诱导，降低Fe2?积累，并通过激活NR4A1-PGC-1α轴增强线粒体抗氧化能力，在大鼠模型中证实其保护椎间盘结构和功能的作用。
黄业恒|肖冰茹|梁海波|朱旭轩|杨舒|李顺龙|史一峰|王学强|王向阳
中国浙江省温州市温州医科大学第二附属医院及玉英儿童医院骨科
摘要
目的
椎间盘退变（IDD）是导致腰痛（LBP）的主要原因之一，最近研究发现铁死亡（ferroptosis）是其进展的关键机制。本研究探讨了cAMP反应元件结合蛋白5（CREB5）在IDD中的保护作用，重点研究其通过激活NR4A1–PGC-1α信号通路来维持细胞外基质（ECM）完整性的能力，以及调节铁死亡和线粒体氧化应激的作用。
方法
采用生物信息学、定量RT-PCR（qRT-PCR）和Western blotting相结合的方法，识别IDD中与铁死亡相关的基因变化。评估了CREB5过表达和敲低对叔丁基过氧化氢（TBHP）诱导的髓核（NP）细胞铁死亡和细胞外基质重塑的影响。通过免疫沉淀、免疫荧光和Western blot分析揭示了相关机制。此外，在IDD的大鼠模型中通过放射学和组织学评估了CREB5的治疗效果。
结果
人类退化椎间盘中的CREB5表达显著降低（?0.41，95% CI [?0.48, ?0.34]；P < 0.001）。在氧化应激的NP细胞中，CREB5过表达恢复了抗铁死亡酶GPX4的表达（0.52，95% CI [0.44, 0.60]；P < 0.001），并抑制了ACSL4的诱导（?0.90，95% CI [?0.98, ?0.82]；P < 0.001），同时细胞内Fe2?水平显著降低（?2.52，95% CI [?2.70, ?2.34]；P < 0.001）。从机制上看，CREB5直接激活了NR4A1（0.86，95% CI [0.70, 1.02]；P = 0.001），从而促进了NR4A1依赖的PGC-1α转录（2.13，95% CI [1.90, 2.35]；P < 0.001），并恢复了线粒体的抗氧化能力。在体内实验中，CREB5的应用保持了椎间盘高度（42.84，95% CI [31.04, 54.65]；P < 0.001），并减少了脂质过氧化（?1.00，95% CI [?1.12, ?0.88]；P < 0.001）。
结论
CREB5通过NR4A1–PGC-1α通路发挥转录调控作用，限制铁死亡的发生，从而维持椎间盘的结构完整性。
章节摘录
引言
腰痛（LBP）是最常见的肌肉骨骼疾病之一，影响全球高达84%的成年人，带来了巨大的社会经济负担[1]，[2]。椎间盘退变（IDD）是导致腰痛的主要病因，约占腰痛病例的40%[3]，[4]。椎间盘由髓核（NP）、纤维环（AF）和软骨终板（EP）组成。髓核维持椎间盘高度并吸收压缩负荷[5]，[6]，[7]。
IDD中CREB5表达降低
为了系统研究IDD中与铁死亡相关的调控机制，我们整合了两个人类基因表达数据集（GSE245147和GSE167199），经过标准化和批量校正后进行分析（图S10A-B）。差异表达分析和铁死亡抑制基因交集分析确定了300个重叠基因，其中4个基因与FerrDb中的铁死亡抑制基因重叠（图1A-B）。在人类椎间盘组织中的qRT-PCR验证显示，CREB5表达显著降低（?0.41，95% CI [?0.48, ?0.34]；P < 0.001）。
讨论
IDD仍然是慢性腰痛和残疾的主要原因，但目前的干预措施主要缓解症状，而不能阻止疾病进展[3]，[41]。尽管新兴的生物疗法如间充质干细胞和细胞外囊泡显示出潜力[42]，但其疗效受到对调控髓核细胞命运的分子机制理解不足的限制。本研究通过确定CREB5作为核心调控因子，填补了这一空白。
伦理批准
所有实验程序均得到了温州医科大学第二附属医院及玉英儿童医院伦理委员会的批准。所有人类参与者均签署了书面知情同意书。所有动物实验均符合《温州医科大学实验动物护理和使用指南》的要求。
人类髓核组织收集
从患者身上收集了髓核组织（Pfirrmann II级和IV级，每种3个样本）
作者贡献声明
黄业恒：概念构思、数据整理、数据分析、初稿撰写、审阅和编辑。肖冰茹：形式分析、数据可视化。梁海波：资源提供、实验设计。朱旭轩：方法论框架。杨舒：软件使用。李顺龙：初稿撰写。史一峰：写作、审阅和编辑。王学强：研究设计、手稿编辑。王向阳：项目监督、财务管理。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82372461和82172494）的资助。我们感谢温州医科大学科学研究中心提供的咨询和仪器支持。
