【研究新知】阻斷老化因子,小鼠關節軟骨再生並預防關節炎

史丹佛大學研究發現,抑制老化蛋白 15-PGDH 可逆轉軟骨流失。研究證實,隨著年齡增長該蛋白會降解維持組織再生的前列腺素 E2。透過注射抑制劑,老年小鼠膝關節軟骨明顯增厚,並成功預防受傷後的關節炎,恢復活動能力。此機制不需幹細胞參與,而是讓現有軟骨細胞重返年輕狀態。這項發表於《科學》期刊的成果,為人類退化性關節炎提供了非手術治療的新希望。

美國20%成年人飽受退化性關節炎困擾,每年耗費650億美元

關節退化或損傷導致的軟骨退化和關節炎,目前的有效治療選項相當有限,患者只能看著手腳靈活度一天天變差而無可奈何,如今他們或許有了新希望。

美國史丹佛大學醫學院一項研究發現,注射一種能阻斷老化相關蛋白活性的藥物,可以逆轉老年小鼠膝關節中自然磨損所導致的軟骨流失,可望預防及治療膝關節受傷後出現的關節炎。

關節炎是一種退化性關節疾病,根據統計,美國平均每5位成年人中,就有1人飽受這種困擾,估計每年直接醫療保健費用高達650億美元,而目前尚無藥物可以減緩或逆轉病情,患者只能被動接受疼痛控制治療,或是人工關節置換手術,這顯然是個令人頭痛的醫療問題。

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維持前列腺素E2,可促小鼠數種細胞再生

史丹佛大學醫學院教授Helen Blau的實驗室在先前的研究發現:前列腺素E2對肌肉幹細胞的功能至關重要,而15-PGDH(15-羥基前列腺素去氫酶)蛋白會降解前列腺素E2,只要抑制15-PGDH的活性,或是提高前列腺素E2的濃度,就可以促進年輕小鼠受損肌肉、神經、骨骼、大腸、肝臟和血球的再生。

Helen Blau和她的同事、骨科副教授Nidhi Bhutani等人想知道,15-PGDH是否也有可能在軟骨和關節退化過程中扮演關鍵角色,同時也想進一步探討是否有類似的路徑,才導致老化或損傷後的軟骨流失。

當比較年輕小鼠和老年小鼠膝關節軟骨中15-PGDH的濃度時,發現和其他組織一樣,15-PGDH濃度會隨著年齡的增長而增加約兩倍,而這也是為什麼老年小鼠比年輕小鼠較常出現關節炎的原因。

圖、15-PGDH與前列腺素E2對退化性關節炎的影響。(TiBIA製圖)

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抑制15-PGDH,提升前列腺素E2,使膝關節軟骨明顯變厚

她們在成年小鼠的腹部先注射一種可以抑制15-PGDH活性的小分子藥物,好讓這些藥物可以循環到全身,然後再注射到關節裡面。她們發現,和年輕小鼠相比,在尚未注射這些藥物前,老年小鼠膝關節的軟骨厚度明顯較薄,但在注射藥物後,它們膝關節表面的軟骨變厚了。

她們為這些小鼠在受傷後每週兩次、持續四週注射這種15-PGDH抑制劑,發現可以顯著降低它們罹患關節炎的機率。和未注射抑制劑的對照組小鼠相比,這些實驗組小鼠的活動更加正常,患肢的爪子所能承受的重量也更大。

她們進一步的實驗證實,膝關節中的軟骨細胞正在產生透明的軟骨,也就是俗稱的關節軟骨,而不是功能較差的纖維軟骨。

換句話說,透過局部注射或是口服藥物,或許可以再生因老化或關節炎而逐漸變薄的軟骨,進而讓膝關節置換手術變得不是那麼重要,甚至可以被取代。這篇發現,在2025年11月27日發表於《Science》(科學)期刊當中。

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在研究幹細胞過程意外發現關節炎治療曙光

Nidhi Bhutani在史丹佛大學醫學院發佈的新聞中表示,老年小鼠注射15-PGDH抑制劑後,軟骨再生程度之高,治療效果之顯著,讓她們整個研究團隊都感到驚訝。

她說,在這些組織中,再生大都和組織特異性幹細胞的增生和分化有關,但軟骨細胞顯然不同,它無需幹細胞的參與,就可以改變其基因的表現模式,進一步恢復到更年輕的狀態。

Helen Blau則指出,這是一種再生成人組織的新方法,在治療因衰老退化或損傷引起的關節炎時,具有令人期待的臨床前景。她笑著說,原本她們是在尋找幹細胞,但事與願違,幹細胞並未參與其中,反而是這個意外發現讓她們非常振奮。

受到鼓舞後,她們緊接著從接受膝關節置換手術的關節炎患者身上,取得人類軟骨組織並進行研究,發現經過15-PGDH抑制劑處理一週的組織,軟骨細胞表達出15-PGDH的濃度較低,並且開始再生關節軟骨。

Nidhi Bhutani認為這個機制非常引人注目,且徹底改變我們對組織再生的理解。她說,軟骨中大量已存在的細胞,顯然正在改變它們的基因表現模式,如果能針對這些細胞並讓它再生,我們或許有機會在臨床上看到更多更好的成果。

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Ref. :https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx6649

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