软骨基质的完整性取决于呼吸线粒体

所有的骨头都是从软骨开始的。软骨在其细胞周围产生丰富且专门的基质(细胞外基质)，促进骨骼结构的生长，对于维持移动生活方式至关重要。

骨质疏松症、关节病和其他肌肉骨骼疾病是全世界慢性疼痛和行动能力丧失的主要原因。细胞外基质的变化可能导致儿童早期或老年的慢性疾病。

为了维持软骨的适当组织，调节生物能量代谢的过程和细胞外基质的功能必须同步。但这些重要过程之间的串扰仍不清楚。

德国科学家现已采用高分辨率单细胞RNA测序(scRNA-Seq)、质谱基质体分析和原子力显微镜相结合的方法来了解细胞外基质与细胞内线粒体呼吸链之间的交换，在成熟的软骨中。

这些发现可能会导致肌肉骨骼疾病新的诊断和治疗方法的开发，发表在《生物化学杂志》上的一篇文章中，题为“线粒体呼吸链功能促进软骨细胞外基质的完整性”。

德国科隆医学院和大学医院实验新生儿科主任BentBrachvogel博士是德国研究基金会(DFG)资助的FOR2722“肌肉骨骼细胞外基质稳态的新分子因子”研究小组的发言人，该研究的资深作者表示，“细胞的能量代谢对于细胞外基质的产生非常重要，但迄今为止这些成分之间的相互作用尚未得到充分了解。我们首次证明了线粒体呼吸链作为软骨细胞外基质稳态的重要能量供应者的重要性。”

该研究的第一作者KristinaBubb博士补充道：“我们的研究已确定线粒体呼吸链是治疗退行性软骨疾病中细胞外基质缺陷的新治疗靶点。”

作为模型系统，科学家们使用了软骨组织中线粒体呼吸链选择性基因失活的突变小鼠。研究人员报告说，在一个月大的突变小鼠中，大腿上部股骨头部关节软骨的中心区域异常扩张，显示出紊乱的软骨细胞(软骨细胞)和过多的细胞外基质。

通过scRNA-Seq分析，研究人员还发现了一组软骨细胞中线粒体呼吸链基因减少，以及不面向髋关节的软骨细胞(非关节软骨细胞)中合成细胞外基质的基因的独特调节。

这些基因表达的变化与成熟软骨组织中细胞外基质的组成、结构和硬度的变化有关，特别是软骨组织中胶原蛋白含量的变化以及弹性胶原纤维交联程度的变化。形成稳定的网格。

研究小组表明，由于代谢信号受损以及随之而来的软骨成分和机械性能的变化，线粒体呼吸的丧失会导致软骨基质的解体、扩张和僵硬。

“这些结果表明，线粒体呼吸链功能障碍是促进软骨以及许多其他组织中细胞外基质完整性和机械稳定性的关键因素，”作者总结道。