如何通过SIRT3调节线粒体稳态治疗骨关节炎？Gel@CAT-L水凝胶机制解析

目的：本研究探讨了明胶过氧化氢酶（Gel@CAT）-L水凝胶在通过SIRT3介导的未折叠蛋白反应（UPRmt）调节活性氧（ROS）产生和维持线粒体稳态中的作用，并探索其在骨关节炎（OA）分子机制中的参与。方法：使用透射电子显微镜、机械测试、外部释放性能评估和氧气生成测量对自组装Gel@CAT-L水凝胶进行了制备和表征。通过活/死细胞染色和CCK8实验评估了其生物相容性。通过内侧半月板不稳定（DMM）手术建立了OA小鼠模型。X射线和微CT成像用于评估小鼠膝关节的结构完整性，而组织学染色用于评估软骨退变。免疫组化分析了Col2a1、Aggrecan、MMP13、ADAMTS5、SIRT3、PINK1和Parkin等蛋白的表达。进行了高通量测序、蛋白质组学和代谢组学的多组学分析，以确定Gel@CAT-L水凝胶干预在OA中靶向的关键基因和代谢途径。利用免疫荧光技术测量了原代小鼠软骨细胞和小鼠膝关节中ROS水平、线粒体膜电位以及SIRT3、PINK1、Parkin、LYSO、LC3B、Col2a1和MMP13的表达。流式细胞术用于定量ROS阳性细胞。RT-qPCR分析确定了原代小鼠软骨细胞、小鼠膝关节和人膝关节中Aggrecan、Col2a1、ADAMTS5、MMP13、SIRT3、mtDNA、HSP60、LONP1、CLPP和Atf5的mRNA水平。Western印迹用于测量原代小鼠软骨细胞和小鼠膝关节中SIRT3、HSP60、LONP1、CLPP和Atf5的蛋白表达水平。此外，从对照组（CON）和OA组各收集了20个样本进行分析。苏木精和伊红染色用于评估人膝关节中的软骨退变。Mankin组织学评分系统量化了软骨退变的程度，而免疫荧光分析了人膝关节中SIRT3蛋白的表达。结果：体外实验表明，自组装Gel@CAT-L水凝胶具有优良的生物降解性和氧气释放能力，为细胞生存和增殖提供了稳定的三维环境，同时降低了ROS水平。多组学分析确定了SIRT3是减轻OA的关键调控基因，并揭示了其在UPRmt通路中的核心作用。此外，证实了Gel@CAT-L可以调节线粒体稳态。体外实验和体内小鼠模型研究均证实，Gel@CAT-L显著降低了ROS水平并通过激活SIRT3介导的UPRmt通路调节线粒体自噬，从而改善了OA的病理状态。临床试验显示OA患者中SIRT3和UPRmt相关蛋白的下调。结论：Gel@CAT-L水凝胶通过激活SIRT3介导的UPRmt来调节ROS和线粒体稳态，为OA的治疗提供了潜在的益处。