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下腰痛（lower back pain, LBP）是(shi)肌肉(rou)骨骼系統常见症状，也是导(dao)致残疾的主要原(yuan)因之一。研究已明確椎(chui)間盘退變（intervertebral disc degeneration, IVDD）是LBP的主要病因，椎間盘椎(chui)間盘是(shi)由髓核（nucleus pulposus, NP）、纖(xian)維環（annulus Fibrosus, AF）和软骨終(zhong)板（cartilaginous endplates, CE）組成的复雜結構關(guan)節。位於椎間盘中央的髓核為(wei)凝胶状物質，内含髓核細(xi)胞（nucleus pulposus cells, NPCs）和細胞(bao)外基質。NPCs的功能状態對(dui)維持(chi)椎間盘稳態至關重要。然而，由(you)於對其潜在分子機製的認识尚不(bu)充分，椎間(jian)盘退變的有效治疗仍(reng)面臨重大挑战。
線(xian)粒體功能障碍與IVDD密(mi)切(qie)相關。近年來，線粒體雙鏈RNA（mitochondrial double-stranded RNA，mtdsRNA）作為一種新型(xing)损伤(shang)相關分子模式受到廣泛關注，研究已證實mtdsRNA的胞質积累在骨關節炎、亨廷顿病、干燥綜合征及非酒精性(xing)脂肪肝(gan)等疾病中发挥重要作用，但其在(zai)IVDD中的功能仍待(dai)深入探索。
今年10月9日，武漢协和医院曹阳、廖(liao)志伟(wei)團隊於Cell Commun Signal（IF=8.9）雜志上发表了題為“Taurine can restrict MtdsRNA mediated pyroptosis by enhancing mitophagy in nucleus pulposus cells”的研究论文，该研究通過整合臨床測序数據與細(xi)胞模(mo)型功能實驗，发(fa)現了mtdsRNA在IVDD中发挥的重要作用(yong)：氧(yang)化應激下的髓核細胞通(tong)過释放mtdsRNA激活RIG-I/MDA5-MAVS-NLRP3轴誘发焦亡；退變過程中牛磺(huang)酸稳態失(shi)衡會加劇mtdsRNA释放，而外源性补充牛(niu)磺酸可通過增強(qiang)線粒體自噬抑製mtdsRNA泄漏、維持線粒(li)體健康(kang)。这些发現將(jiang)牛磺酸代谢、線粒(li)體核酸(suan)和細胞焦亡聯系起來，並表明mtdsRNA是(shi)椎間盘退變的重要致病分子和(he)潜在治疗靶點。
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研究結果
一、退(tui)行性(xing)髓核組織中mtdsRNA升高
研(yan)究整合了先(xian)前臨床組織研究的測序数據，发現在退(tui)行性NP組(zu)織(zhi)樣本中，dsRNA相關(guan)基(ji)因如IFIT5、MX1、RIG-I和IFIH1等呈(cheng)現(xian)高表達，1型干扰素相關通路(lu)和病(bing)毒感染相關的RLR通路也顯著上調。在(zai)椎間盘(pan)組織樣本中的qRT-PCR分析也證(zheng)實了退行性NP組織mtdsRNA高表(biao)達。WB分析顯示(shi)，在退行性NP組織中，PNPT1表達顯(xian)著降低(di)，RIG-I和MDA5顯(xian)著升高，而MAVS水平虽然没有(you)變(bian)化，但寡聚化明(ming)顯增加，說明RLR-MAVS通路可能在退行(xing)性NP組織中(zhong)被激活。因(yin)此(ci)研究判断，在退行性NP組織中，mtdsRNA顯(xian)著升高，並通過激(ji)活RLR信號通路(lu)引发組織炎症。
圖1. NP組織中的mtdsRNA
二、mtdsRNA與細胞焦亡
mtdsRNA已被證明可以誘导細胞炎症，NLRP3為細胞(bao)焦亡的關键介質。通過LPS誘导NPCs構建細胞(bao)焦亡模型，分析发現RIG-I和MDA5均呈現出和退(tui)行性(xing)NP組(zu)織(zhi)中一致的升高趨勢，MAVS也出現寡聚化。其中RIG-I和MDA5都與mtdsRNA結合，說明dsRNA具有誘导RLR-MAVS激活並促進細胞焦亡進展的(de)潜力(li)。在LPS刺激下，MAVS和NLRP3之間增強的相互作(zuo)用也(ye)佐證了这一觀點。
為了進一步揭示RLR-MAVS在細胞焦亡進展中(zhong)的作用，研究(jiu)團隊進行了基因敲除實驗，发現(xian)敲(qiao)低RLR和MAVS都导致(zhi)焦亡指標的(de)表達降低，敲低(di)MAVS比敲低(di)RIG-I或MDA5更有效地缓(huan)解細胞焦亡的進展，可能归因於MAVS位於(yu)RLR的(de)下(xia)游，對於細胞焦亡的重要性(xing)更高(gao)。上(shang)述結果表明(ming)，LPS刺激释放(fang)的mtdsRNA，通過(guo)激(ji)活RLR-MAVS通(tong)路(lu)促進細胞焦亡的進展。
圖2. mtdsRNA触发RLR-MAVS-NLRP3轴並促進細胞焦亡(wang)
三、抑(yi)製mtdsRNA的渗漏可缓解細胞焦亡
為探究mtdsRNA與(yu)細胞焦亡(wang)的關聯，研究通過三種方式（敲低(di)BAX、過(guo)表達PNPT1及IMT1處理）干预(yu)后觀察焦亡(wang)程度。結果顯示(shi)这三種干预均(jun)降低mtdsRNA與線粒體的(de)共定位及荧光強度，證實其能够有效抑(yi)製mtdsRNA渗漏，同時qRT‒PCR實(shi)驗也證實NPCs胞質中mtdsRNA含量(liang)降(jiang)低。進一步(bu)檢測(ce)了RLR-MAVS-NLRP3信號轴的激活状態，IMT1處理、BAX敲低和PNPT1過表達(da)均有效减弱了MAVS與NLRP3的(de)共(gong)定位，且NLRP3荧光(guang)強度明(ming)顯降低，說明抑製了该(gai)信號轴的活化。CASP-1活性檢測(ce)與ELISA分析則顯示(shi)，抑(yi)製mtdsRNA泄漏能够顯(xian)著降低(di)NPCs的炎症反應。綜上所述，抑(yi)製mtdsRNA能通過阻断(duan)RLR-MAVS-NLRP3信號(hao)轴有效缓解NPCs的焦亡過程。
圖3. 抑(yi)製mtdsRNA的(de)渗漏可以缓解NPCs細胞焦亡
四、牛磺酸對於維持線粒體功能至關重要
為了進一步挖掘mtdsRNA的上游調控(kong)機製，研究采用非靶(ba)向代谢(xie)組學分析由LPS刺激引起的代谢(xie)物變化，发現牛磺酸與亚牛磺(huang)酸代谢通路受影響最為顯著(zhu)，驗證實驗也顯(xian)示LPS處理(li)可降低NPC中的牛磺酸含量。随后的研究发現，牛磺酸能减轻氧化應激(ji)、促進細胞增殖、維持線粒(li)體健康(kang)，並通過抑製(zhi)RLR-MAVS-NLRP3轴活化从而降(jiang)低細胞焦亡程度，Co-IP進一步顯示(shi)牛(niu)磺酸减少了NLRP3與MAVS的相互作用。总(zong)之，牛磺(huang)酸(suan)缺乏會誘发mtdsRNA泄漏，而外源性牛(niu)磺酸可通過維持線粒體功能完整並抑製焦亡通(tong)路。
圖4. 牛磺酸對於維(wei)持NPC線粒體功能的重要性
五、牛磺酸可以(yi)抑製mtdsRNA的(de)渗漏
免疫荧(ying)光(guang)和qRT‒PCR分析发現，牛磺酸可有(you)效(xiao)抑製mtdsRNA的泄漏，為深入解(jie)析这一機(ji)製，研究構建(jian)了mtdsRNA渗漏模型，並通過轉錄組學比较模型組與牛磺酸處理組的差(cha)异基因表(biao)達。結(jie)果顯示，牛磺酸降低干扰素(su)刺激基因、炎症相關基因及氧化應激基因(yin)的表(biao)達，並恢(hui)复ROS解毒相(xiang)關基因功能。功能富集也顯示，牛磺酸抑製I型(xing)干扰素信號通路與炎症反應，同時增強細胞抗氧化损伤能力，上調線粒(li)體自噬(shi)相關基因表達。因此，牛磺酸通過(guo)抑製mtdsRNA泄漏、調控自(zi)噬及相(xiang)關信號通路，有效缓解氧化應激與炎症反應，发挥細胞保護作用。
圖5. 牛磺酸可以(yi)抑製mtdsRNA的(de)渗漏
六、牛磺酸可以通過增強線(xian)粒體自噬來抑製mtdsRNA-MAVS-NLRP3轴
為進一步探究牛磺酸調控線粒體(ti)自噬的機製，研究采(cai)用了自噬(shi)抑製剂3-MA進行干预，发現3-MA處理(li)可升高細胞内ROS水平，並削弱牛(niu)磺酸的保護作用，且逆轉了牛(niu)磺酸在氧化應激下對線粒體膜電位的保護效應。WB與免疫荧光的結果顯(xian)示，牛磺酸激活PINK1-Parkin通路(lu)以清除受损(sun)線粒體，而3-MA逆轉该作用並抑製線粒體自噬水平。
對qRT‒PCR分析发現，3-MA引起(qi)胞質mtdsRNA积累。表(biao)明(ming)牛磺酸通過(guo)誘导線(xian)粒體自噬促進mtdsRNA清除，進而抑製RLR-MAVS-NLRP3信號轴活化，而3-MA處理可拮抗牛磺酸的保(bao)護(hu)效應。后續通過動物實驗也證實，牛磺酸可以有效抑製dsRNA-MAVS-NLRP3的活化，在大鼠椎間盘退行(xing)性模型中具有明(ming)確的保護作用。
圖6. 牛磺酸可以通過增強線(xian)粒體自噬來抑製mtdsRNA-MAVS-NLRP3轴
研究結论
本研究系統阐(chan)明了mtdsRNA在椎間盘(pan)退變中的致病作(zuo)用。研究发現，線粒體功能紊乱(luan)的髓核細胞會(hui)將過量mtdsRNA释(shi)放至胞質(zhi)，激活RIG-I/MDA5受(shou)體並誘导MAVS发生寡聚化，進(jin)而招募(mu)NLRP3炎症小體(ti)，最終引发退變椎間盘(pan)組織中的細胞焦亡與炎症反應。退變過程中，髓核細胞中存在顯著的(de)牛磺酸缺乏，该代谢紊乱會通過破坏線粒體稳態加劇mtdsRNA的积累。而外源性补充牛(niu)磺酸可通過增強(qiang)線粒體自噬抑製mtdsRNA释放，从而有效缓解NLRP3介导的細胞焦亡(wang)。这些結果確立了mtdsRNA作(zuo)為IVDD進展的關键致病(bing)因子和治疗靶(ba)點，同時揭示通(tong)過牛磺酸進行代谢干预(yu)的治疗潜力。
參考文献
Ou Z, Wei J, Tong B, Lei J, Liang H, Zhu D, Wang H, Zhou X, Wu D, Xu H, Du Z, Du Y, Peng S, Zhang X, Yin H, Wang K, Yang C, Liao Z. Taurine can restrict MtdsRNA mediated pyroptosis by enhancing mitophagy in nucleus pulposus cells. Cell Commun Signal. 2025 Oct 9;23(1):423.
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