二甲双胍抑制铁死亡改善骨关节炎模型大鼠的软骨损伤

樊佳欣; 贾祥; 徐田杰; 刘凯楠; 郭小玲; 张辉; 王茜

doi:10.12307/2025.766

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1d,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、白细胞介素6、MYC、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子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.