Nav1.7 as a chondrocyte regulator and therapeutic target for osteoarthritis
骨关节炎是一种导致关节功能逐渐丧失并可能致残的退行性疾病。在疾病进程中，软骨细胞会经历包括合成与分解代谢改变在内的一系列复杂变化。疼痛作为骨关节炎的主要临床症状之一，与关节软骨损伤密切相关。关节滑膜及软骨下骨组织中富含外周感觉神经元，这些神经元特异性表达多种电压门控钠离子通道（VGSC），即Nav1.1至Nav1.9。其中，Nav1.7-1.9因在脊髓背根神经节神经元中高表达且在痛觉信号传导中的关键作用而备受关注。先前研究显示，在单碘乙酸盐（MIA）诱导的骨关节炎大鼠模型中，选择性抑制Nav1.7和Nav1.8能够有效缓解疼痛。
传统上，VGSC被认为主要存在于兴奋性细胞中，但近期多项研究揭示其在星形胶质细胞、巨噬细胞和癌细胞等非兴奋性细胞中也有表达。早期对兔软骨细胞的电生理学研究提示，软骨细胞可能存在VGSC表达。
2024年1月3日，纽约大学的刘传聚与耶鲁大学的Stephen G. Waxman团队在《Nature》在线发表题为“Nav1.7 as a chondrocyte regulator and therapeutic target for osteoarthritis”的研究论文。该研究发现，人软骨细胞中存在Nav1.7表达，其在骨关节炎的发生发展中发挥重要作用。特异性阻断Nav1.7有望成为骨关节炎治疗的新策略。通过分泌组分析，研究者初步探讨了抑制Nav1.7产生保护作用的潜在机制。
在人软骨细胞中，SCN2A、SCN3A、SCN4A、SCN8A、SCN9A和SCN11A均有表达。与正常软骨细胞相比，骨关节炎软骨中Nav1.7（由SCN9A编码）的转录本显著上调，这一现象在RT-qPCR和免疫组织化学染色实验中均得到了证实。此外，研究者对来自3名骨关节炎患者的77个软骨细胞进行了Nav1.7电流的检测。在存在1 μM TTX（可阻断除Nav1.5、Nav1.8和Nav1.9之外的所有Nav通道）的情况下，将测试电压从-90 mV逐渐增加到-60 mV至50 mV，检测相应电压下的TTX敏感型（TTX-S）电流（即TTX存在时的电流减去对照溶液中的电流）。结果发现，与Nav1.7主导的电流相似，TTX-S电流在-40 mV时开始激活，并在0 mV时达到最大峰值幅度和钠反转电位。
为验证Nav1.7在TTX-S电流产生中的作用，研究者检测了ProTx II（Nav1.7选择性阻断剂）敏感型电流，并与TTX-S电流对比。结果表明，TTX-S电流主要由Nav1.7产生。在77个骨关节炎软骨细胞中，17%的细胞表达Nav1.7，这些细胞在0 mV测试电位下的平均内向电流幅度为82±19 pA（n=13），平均电流密度为2.4±0.4 pA pF−1（n=13）。
为深入探究Nav1.7在关节炎软骨细胞中的作用，以及DRG和软骨细胞中Nav1.7在关节炎发展和疼痛发生中的贡献，研究者构建了多种基因敲除小鼠模型，包括Nav1.7 DRG特异性敲除小鼠（Nav1.7DRG）、Nav1.7软骨细胞特异性敲除小鼠（Nav1.7chondrocyte）以及DRG和软骨细胞Nav1.7均被敲除的小鼠（Nav1.7DRG;chondrocyte）。在手术诱导和化学诱导的两种骨关节炎模型中，组织学染色结果显示，Nav1.7的缺失可减轻软骨损失。在手术诱导模型中，Nav1.7chondrocyte小鼠的骨赘形成减少，软骨下骨板增厚现象减轻，而这两者在关节炎发生时意味着硬化的发生。行为学实验中，Nav1.7缺失的小鼠表现出更大的运动总距离，且机械性触痛程度较低。
在Nav1.7DRG;chondrocyte DMM小鼠模型中观察到的结果表明，手术诱导的Nav1.7chondrocyte小鼠表现出明显的软骨丢失减少、骨赘形成减少、软骨下骨板增厚减轻以及滑膜炎评分降低。这些小鼠在旷场运动实验中表现出活动距离增加，并且机械性触痛程度降低。相比之下，Nav1.7DRG小鼠虽然表现出疼痛减轻，但软骨破坏等组织学变化仍然存在。综上所述，研究者认为软骨细胞中表达的Nav1.7对骨关节炎的进展和相关疼痛均具有调节作用，而DRG中的Nav1.7主要与疼痛相关，不直接参与疾病本身的进展。
在骨关节炎（OA）的治疗研究中，Nav1.7作为一种关键的电压门控钠通道，其在软骨细胞中的表达和功能引起了广泛关注。研究表明，使用Nav1.7选择性阻断剂PF-04856264，可以通过关节内隔天注射的方式，在手术诱导的骨关节炎小鼠模型中显著减轻软骨损伤。通过Safranin O染色等组织学方法证实，PF-04856264的使用不仅保护了关节软骨，还减轻了软骨损伤程度。此外，进一步的研究发现，PF-04856264的口服全身给药同样能够发挥保护软骨的作用。
卡马西平（Carbamazepine, CBZ）作为一种已被FDA批准用于癫痫、躁郁症和神经病疼痛治疗的钠通道阻断剂，也能够作用于Nav1.7。在化学诱导的骨关节炎小鼠模型中，CBZ的口服给药可以实现与PF-04856264相似的效果，即减轻软骨破坏和缓解疼痛。
这些研究结果表明，Nav1.7选择性阻断剂不仅能够抑制软骨破坏，还能有效缓解骨关节炎相关的疼痛，为骨关节炎的治疗提供了新的策略和潜在的治疗药物。通过药理学阻断Nav1.7，不仅能够保护软骨免受进一步损伤，还能显著改善患者的疼痛症状，这为骨关节炎患者带来了新的希望。
在进一步的体外实验中，研究者发现TTX、ProTx II和PF-04856264等具有Nav1.7抑制作用的分子，均能抑制IL-1β诱导的分解代谢相关蛋白（如MMP13、ADAMTS5、COX2和NOS2等）的表达。在来自6名膝关节骨关节炎患者的原代软骨细胞中，ProTx II和PF-04856264对分解代谢的抑制作用得到了进一步证实。在人关节炎软骨组织（来自接受全膝关节成形术的骨关节炎患者）中，观察到软骨分解标志物MMP13的水平显著降低。
考虑到膜电位对细胞生物学功能的影响，研究者推测蛋白的分泌或跨膜转运可能参与了Nav1.7抑制所引起的软骨细胞生物学变化。研究者收集了经PF-04856264或ProTx II处理后的软骨细胞培养基，发现用这些培养基孵育细胞会产生与Nav1.7抑制类似的作用，提示Nav1.7抑制后细胞分泌的成分与软骨细胞的生物学变化存在相关性。进一步对培养基中不同分子量的物质进行分析，发现30-100 kDa的成分可在不影响细胞分解代谢的情况下促进合成，而10-30 kDa的成分则能抑制细胞因子诱导的分解代谢。结合串联质谱分析，研究者将关注点聚焦于HSP70和midkine。除了分子和细胞水平的验证外，研究者还在小鼠模型中发现，这两种蛋白的抑制会显著降低Nav1.7抑制所带来的软骨保护作用。
研究者提出，钙离子（Ca2+）作为调节蛋白分泌的第二信使，可能在Nav1.7下游发挥作用。通过一系列细胞实验，研究者发现Nav1.7的阻断在早期减少了ATP刺激引起的胞内钙的迅速增加，但随后导致了持续时间更长的高Ca2+水平，这一过程由细胞膜上的钠钙交换体（NCX）介导。
在中枢神经系统中分布的Nav1.7，作为镇痛药物研发的靶点时，其潜在的中枢副作用是研究者关注的重点。本研究发现，Nav1.7在人关节软骨中有表达，且在小鼠骨关节炎模型中，抑制软骨中的Nav1.7能够显著减缓疾病进展并缓解疼痛。这表明，靶向Nav1.7的离子通道阻断剂在骨关节炎治疗中具有应用潜力。通过选择性地抑制软骨细胞中的Nav1.7，可以在避免中枢副作用的同时，实现有效的镇痛和疾病修饰效果。这一发现为Nav1.7作为骨关节炎治疗靶点提供了新的视角，提示未来药物研发应关注如何精准靶向软骨细胞中的Nav1.7，以最大化治疗效益并减少不良反应。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| RNeasy Mini Kit (50) | 74104 | 50Test |
| Anti-NaV1.7 (SCN9A) Antibody | ASC-008-0.2ml | 0.2ml |
| RNeasy Mini Kit (250) | 74106 | 250Test |
| Human Lubricin/PRG4, DuoSet ELISA, 5 Plate (1 Kit) | DY9829-05 | 1Kit |
