学术报告：Semaphorin 3A 对膝关节退变的保护作用

一、主要作者、机构及期刊

本研究由Shishu Huang、Dashuang Gao、Zhenxia Li等多位研究者完成，主要隶属于以下机构：四川大学华西医院、中国科学院深圳先进技术研究院、上海交通大学医学院附属第九人民医院等。此研究发表在Bone Research期刊上，并于2025年发表，文章标题为“Neuronal guidance factor Semaphorin 3A inhibits neurite ingrowth and prevents chondrocyte hypertrophy in the degeneration of knee cartilage in mice, monkeys, and humans”。

二、研究背景

骨关节炎（OA）是全球范围内广泛存在的退行性关节疾病，伴随着关节软骨的损失及疼痛症状，尤其在膝关节中常见。正常关节软骨是无神经结构的，具有润滑功能。然而，在软骨退变中观察到新生神经轴突的侵入，且这一过程与外周及中枢神经敏化相关。在OA的早期阶段患者主要表现为疼痛（nociceptive symptoms），而后期则表现为关节活动受限，但导致这些病理特征的机制仍未完全明确。

研究发现，神经轴突的生长指导因子Semaphorin 3A（Sema3A）具有化学排斥特性，可抑制神经轴突延伸，但其在退变软骨中的作用尚不清楚。本研究的目标是阐明Sema3A在软骨退变及OA中的生物学作用，并探讨其在动物模型及患者治疗中的潜力。

三、研究方法与流程

1. 总体流程概述

研究分为以下内容： - 在小鼠、人类及猴子的OA模型中调查Sema3A的表达与神经侵入之间的关系。 - 构建Sema3A条件性敲除小鼠（Sema3Acko），验证其对OA进展及软骨稳态的影响。 - 使用体外培养系统探索Sema3A调控软骨细胞肥大化及神经长入的分子机制。 - 通过小鼠及猴子膝关节注射Sema3A或其载体，评价其治疗潜能。 - 在临床上，以富含Sema3A的富血小板血浆（PRP）治疗OA患者，并验证其效果。

2. 详细实验流程

（1）小鼠及人体膝关节组织样本分析

通过前交叉韧带切除术（ACLT）建立小鼠OA模型，收集退变的膝关节软骨，使用免疫荧光标记如Tuj1、Tau、Type X胶原（Col X）等评估神经侵入及软骨细胞肥大情况，同时RNA测序分析揭示关节软骨中转录组变化。

在OA患者中，采用X射线成像、OARSI评分及免疫荧光标记同样方法评估软骨退变及Sema3A表达。此外，通过FISH染色展示Sema3A在不同关节组织中的表达区域。

（2）Sema3A条件性敲除小鼠实验

通过交配Sox9-CreERT2和Sema3Aflox/flox小鼠，构建Sema3A条件性敲除模型，分别在前或后ACLT手术阶段敲除软骨中的Sema3A基因。采用Micro-CT、组织学染色、免疫荧光及热板实验测试退变症状，包括关节狭窄、骨赘形成、软骨肥大及疼痛敏感性。

（3）体外三维球状共培养系统

培养人类软骨细胞与大鼠背根神经节（DRG）神经元，构建三维球体共培养系统，分别通过siRNA敲低和lentivirus过表达改变Sema3A表达水平，分析其对神经末梢侵入和软骨肥大的影响。使用免疫荧光检测Tuj1、Col X及Runx2的表达，并进行转录定量PCR验证相关信号通路（如PI3K通路）基因的调控情况。

（4）小鼠和猴子中的Sema3A治疗实验

通过小鼠和老年猕猴注射Sema3A蛋白、Sema3A过表达病毒或中和抗体，分析其对膝关节结构及功能的影响，包括X射线影像、组织学及疼痛敏感性测试。

（5）临床研究

在OA患者中，随机分组接受含Sema3A的PRP或透明质酸（HA）注射治疗，通过X射线、定量MRI及VAS评分评估患者软骨的形态、功能改善及疼痛缓解程度。

四、主要研究结果

1. Sema3A与OA进展的关系 OA小鼠和患者软骨中Sema3A的表达呈现双相动态变化，即OA早期表达上调，但在退变进展中随软骨细胞丢失而下调。Sema3A敲除会加剧退变表型，表现为更多的神经纤维长入、软骨细胞肥大及骨赘形成。

2. 体外实验的分子机制 Sema3A通过与其受体（Neuropilin 1, Plexin A1）结合，激活PI3K通路，从而调控下游信号分子（如Runx2, Type X胶原）抑制软骨细胞肥大，并对轴突生长具有排斥作用。

3. 动物实验中的治疗潜能 在ACLT小鼠中注射Sema3A或使用病毒表达Sema3A可显著减少软骨退变，改善关节功能，减少疼痛症状。猕猴实验中，Sema3A组在多个软骨保护指标上的效果优于HA组，尤其是通过病毒更高效表达Sema3A的策略效果更为显著。

4. 临床研究中的表现 PRP（富含Sema3A）治疗的OA患者在软组织保存及疼痛评分上的改善优于HA组，进一步支持Sema3A的临床潜力。

五、研究结论

研究表明，Sema3A通过双重机制对膝关节退变发挥保护作用： 一方面，抑制神经纤维长入；另一方面，抑制软骨细胞肥大。其作用通过PI3K信号通路实现。这一因子的调控和外源性治疗策略同时表现出其在早期OA保护和延缓进程的巨大潜力，为OA的生物治疗提供了新的方向。

六、研究亮点

• 第一次揭示Sema3A通过PI3K通路在软骨稳态中的核心调控作用。
• 大胆创新地使用小鼠、猕猴及人类数据验证结论，实验从体外细胞水平到动物模型及临床研究具有高度完整性和转化潜能。
• 首次将Sema3A作为OA治疗因子用于临床试验，发现其对早期软骨退变和疼痛缓解的显著益处。

七、研究意义与展望

本研究为OA的发病机制提供了新的解释，即神经轴突长入和软骨肥大可通过同一因子（Sema3A）调控。研究结果提示其在早期诊断和治疗中的潜力，为基于分子治疗的OA干预策略开启了新方向。然而，需要进一步扩大患者样本量并优化剂量及注射时机，以实现临床应用。同时，联合其它疗法或研发更有效的药物递送系统也值得探索。