二甲双胍抑制铁死亡改善骨关节炎模型大鼠的软骨损伤

作     者：樊佳欣 贾祥 徐田杰 刘凯楠 郭小玲 张辉 王茜 

作者机构：华北理工大学基础医学院 河北省慢性疾病基础医学重点实验室 邢台医学院基础医学部 唐山市第二医院关节一科 

出 版 物：《中国组织工程研究》 (Chinese Journal of Tissue Engineering Research)

年 卷 期：2025年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 10[医学] 

基　　金：三三人才工程(C20221117),项目负责人:张辉 河北省2023年度医学科学研究课题(20230215),项目负责人:王茜 

主　　题：骨关节炎 关节软骨 铁死亡 铁代谢 二甲双胍 P53 SLC7A11 谷胱甘肽过氧化物酶4 工程化组织构建 

摘      要：背景：二甲双胍目前被视为治疗2型糖尿病的首选药物。研究发现，二甲双胍可延缓骨关节炎进展，但具体的作用机制仍不明确。目的：评估二甲双胍对骨关节炎大鼠的治疗效果及相关作用机制。方法：（1）网络药理学：使用CTD、SwissTargetPrediction、GeneCards和OMIM数据库筛选二甲双胍、骨关节炎、铁死亡的潜在共同靶标，导入STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用分析得到二甲双胍、骨关节炎和铁死亡的关键靶点。（2）分子对接：从PDB数据库下载P53及其下游因子SLC7A11蛋白质的PDB格式，将二甲双胍的2D结构式转换为3D结构式，使用Discovery Studio 2019 Client进行二甲双胍和蛋白质的分子对接。（3）体内实验：取30只雄性SD大鼠，随机分为3组（n=10）：空白组不进行任何手术，模型组、二甲双胍组采用改良Hulth法建立骨关节炎模型；术后1 d，二甲双胍组大鼠灌胃二甲双胍200 mg/（kg·d），空白组、模型组灌胃生理盐水，连续给药4周。苏木精-伊红染色、番红O-固绿染色观察大鼠膝关节软骨形态结构并进行Mankin评分；ELISA检测血清中肿瘤坏死因子α、白细胞介素6水平；微板法检测血清中铁死亡相关指标谷胱甘肽、丙二醛、Fe2+水平；免疫荧光染色、Western blot、Real-time qPCR检测大鼠软骨组织中P53、SLC7A11、谷胱甘肽过氧化物酶4、软骨蛋白聚糖、基质金属蛋白酶13的蛋白及mRNA表达。结果与结论：（1）二甲双胍、骨关节炎与铁死亡交集靶点共96个，经蛋白质-蛋白质相互作用分析发现潜在靶点共有77个，进一步筛选得到核心靶点依次为TP53、AKT1、JUN、IL-6、MYC、IL-1β、TNF-α等。（2）对接分析结果显示，二甲双胍与P53及其下游因子SLC7A11结合牢固稳定。（3）模型组大鼠膝关节软骨表面不规则，软骨组织出现缺损，软骨细胞数量减少；相较于模型组，二甲双胍组大鼠膝关节软骨结构损伤明显改善，软骨表面趋于平整，软骨细胞数量增加。模型组Mankin评分较空白组明显升高，二甲双胍组Mankin评分较模型组明显降低。（4）与模型组比较，二甲双胍组大鼠血清中肿瘤坏死因子α、白细胞介素6、丙二醛、Fe2+水平明显降低，谷胱甘肽水平明显升高。（5）与模型组比较，二甲双胍组大鼠软骨组织中SLC7A11、谷胱甘肽过氧化物酶4、软骨蛋白聚糖的蛋白和mRNA表达明显升高，P53、基质金属蛋白酶13的蛋白和mRNA表达明显降低。（6）结果表明：二甲双胍可有效改善骨关节炎大鼠关节软骨损伤，并通过抑制异常激活的P53/SLC7A11/谷胱甘肽过氧化物酶4信号通路改善软骨细胞铁代谢和脂质过氧化反应，从而缓解软骨细胞铁死亡，减少软骨基质降解，防止软骨损伤和炎症反应进一步发展。