学术研究报告：靶向FABP4抑制AGES-RAGE/NF-κB信号通路改善肥胖相关椎间盘退变

一、研究团队与发表信息

本研究由上海长征医院（海军军医大学）骨科团队的Lin Han、Fudong Li、Huiqiao Wu等共同完成，通讯作者为Yang Liu、Kaiqiang Sun和Wenbo Lin。研究成果于2025年2月28日发表在开放获取期刊《Cell Proliferation》（DOI: 10.1111/cpr.70021），标题为《Targeting FABP4 to inhibit AGEs-RAGE/NF-κB signalling effectively ameliorates nucleus pulposus dysfunction and angiogenesis in obesity-related intervertebral disc degeneration》。

二、学术背景

科学领域：本研究属于骨科学、代谢性疾病与炎症反应的交叉领域，聚焦于肥胖与椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration, IVDD）的分子机制。
研究动机：IVDD是腰背痛（Low Back Pain, LBP）的主要诱因，全球约80%人群一生中会经历LBP。肥胖被证实是IVDD的风险因素，但具体机制尚不明确。既往研究多关注机械负荷对椎间盘的物理损伤，而本研究提出肥胖通过代谢和炎症途径（如脂肪因子FABP4）加剧IVDD的新机制。
关键背景知识：
1. FABP4（Fatty Acid-Binding Protein 4）：一种脂肪细胞特异性脂肪酸结合蛋白，参与脂质代谢、炎症和血管生成。
2. AGEs-RAGE/NF-κB通路：晚期糖基化终末产物（Advanced Glycation End-products, AGEs）通过受体RAGE激活NF-κB信号，促进细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）降解和血管新生。
3. mTORC1通路：哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）在肥胖状态下被激活，可能调控FABP4表达。

三、研究流程与方法

1. 孟德尔随机化分析

   • 样本：基于芬兰FinnGen数据库（33,360例IVDD患者和270,964例对照）及GIANT联盟的BMI数据（681,275例）。
     
   • 方法：双样本孟德尔随机化（Two-sample MR）分析肥胖与IVDD的因果关系，发现BMI升高显著增加IVDD风险（OR=1.28, p=2.42×10⁻¹²）。
     

2. 动物模型构建

   • 高脂饮食（HFD）诱导肥胖：C57BL/6J小鼠分为正常饮食（NFD）和高脂饮食（HFD）组，喂养3个月。
     
   • 椎间盘退变模型：通过尾椎穿刺（31G针头旋转180°）诱导IVDD，术后6周评估。
     
   • 基因敲除与药物干预：使用CRISPR/Cas9构建FABP4敲除（KO）小鼠，并注射FABP4抑制剂（BMS309403）或mTORC1抑制剂（雷帕霉素）。
     

3. 分子与组织学分析

   • RNA测序与生物信息学：对HFD诱导的小鼠椎间盘组织和FABP4处理的髓核细胞（NPCs）进行转录组分析，发现AGEs-RAGE/NF-κB通路激活。
     
   • 免疫组化与荧光染色：检测ECM标志物（Aggrecan、Col2a1、MMP3）、血管生成标志物（CD31、EMCN）及信号通路蛋白（p65、p-p65、RAGE）。
     
   • ELISA与细胞实验：定量AGEs和VEGF水平；通过人脐静脉内皮细胞（HUVECs）划痕实验和管形成实验评估血管生成。
     

4. 创新方法

   • FABP4调控机制：首次揭示mTORC1-FABP4-AGEs轴在IVDD中的作用，并通过药理学抑制（BMS309403）验证其治疗潜力。
     

四、主要结果

1. 肥胖与IVDD的因果关系
   MR分析证实肥胖显著增加IVDD风险（p<0.05），且HFD小鼠椎间盘表现出更严重的ECM降解（Aggrecan↓、MMP3↑）和血管新生（CD31↑）。

2. FABP4的核心作用

   • FABP4在肥胖小鼠椎间盘和PA处理的NPCs中表达显著升高（p<0.001）。
     
   • FABP4敲除缓解HFD诱导的IVDD，而过表达FABP4加剧退变（ECM失衡评分↑50%）。
     

3. 信号通路机制

   • FABP4通过mTORC1上调，促进AGEs积累（ELISA显示浓度依赖性增加，p<0.01）。
     
   • AGEs-RAGE激活NF-κB通路，导致p65核转位（免疫荧光显示核内p65↑2倍），进而促进MMP3表达和VEGF释放。
     

4. 血管生成与治疗靶点

   • FABP4诱导的VEGF促进HUVECs迁移和管形成（分支点↑60%），而VEGFR抑制剂（Ki8751）可逆转此效应。
     
   • BMS309403治疗显著改善HFD小鼠椎间盘结构（MRI显示水信号恢复）并抑制血管新生（CD31阳性细胞↓40%）。
     

五、结论与价值

1. 科学意义：首次阐明肥胖通过mTORC1-FABP4-AGEs/NF-κB轴加剧IVDD的分子机制，为代谢性椎间盘退变提供了新理论框架。
   
2. 应用价值：FABP4抑制剂（如BMS309403）或mTORC1抑制剂（如雷帕霉素）可作为潜在治疗策略，尤其针对肥胖相关IVDD患者。
   

六、研究亮点

1. 多组学验证：结合孟德尔随机化、转录组学和功能实验，系统性验证FABP4的作用。
   
2. 跨学科创新：将代谢异常（肥胖）、炎症（NF-κB）与骨科疾病（IVDD）机制关联，提出“免疫代谢疾病”新视角。
   
3. 转化医学潜力：临床前数据支持靶向FABP4的药物治疗可行性。
   

七、其他价值

研究还提示，除ECM降解外，FABP4介导的血管新生可能是IVDD疼痛的潜在机制，为未来镇痛治疗提供新靶点。