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自噬在椎间盘和软骨功能中的作用:对健康和疾病的影响。

Role of autophagy in intervertebral disc and cartilage function: implications in health and disease.

机构信息

Department of Orthopaedic Surgery, Thomas Jefferson University, Philadelphia, PA, USA.

Center for Molecular Medicine, Maine Medical Center Research Institute, Scarborough, ME, USA; Tufts University School of Medicine, Tufts University, Boston, MA USA; Graduate School of Biomedical Sciences and Engineering, University of Maine, Orono, ME USA.

出版信息

Matrix Biol. 2021 Jun;100-101:207-220. doi: 10.1016/j.matbio.2020.12.002. Epub 2020 Dec 7.

Abstract

The intervertebral disc and cartilage are specialized, extracellular matrix-rich tissues critical for absorbing mechanical loads, providing flexibility to the joints, and longitudinal growth in the case of growth plate cartilage. Specialized niche conditions in these tissues, such as hypoxia, are critical in regulating cellular activities including autophagy, a lysosomal degradation pathway that promotes cell survival. Mounting evidence suggests that dysregulation of autophagic pathways underscores many skeletal pathologies affecting the spinal column, articular and growth plate cartilages. Many lysosomal storage disorders characterized by the accumulation of partially degraded glycosaminoglycans (GAGs) due to the lysosomal dysfunction thus affect skeletal tissues and result in altered ECM structure. Likewise, pathologies that arise from mutations in genes encoding ECM proteins and ECM processing, folding, and post-translational modifications, result in accumulation of misfolded proteins in the ER, ER stress and autophagy dysregulation. These conditions evidence reduced secretion of ECM proteins and/or increased secretion of mutant proteins, thereby impairing matrix quality and the integrity of affected skeletal tissues and causing a lack of growth and degeneration. In this review, we discuss the role of autophagy and mechanisms of its regulation in the intervertebral disc and cartilages, as well as how dysregulation of autophagic pathways affects these skeletal tissues.

摘要

椎间盘和软骨是富含细胞外基质的特化组织,对于吸收机械负荷、提供关节灵活性以及生长板软骨的纵向生长至关重要。这些组织中的特殊生态位条件,如缺氧,对于调节细胞活动包括自噬至关重要,自噬是一种溶酶体降解途径,可促进细胞存活。越来越多的证据表明,自噬途径的失调强调了许多影响脊柱、关节和生长板软骨的骨骼病理学。许多溶酶体贮积症的特征是由于溶酶体功能障碍而导致部分降解的糖胺聚糖 (GAG) 积累,从而影响骨骼组织并导致细胞外基质结构改变。同样,由于编码细胞外基质蛋白和细胞外基质加工、折叠和翻译后修饰的基因突变而引起的病理学导致错误折叠的蛋白质在 ER 中积累,内质网应激和自噬失调。这些情况表明细胞外基质蛋白的分泌减少和/或突变蛋白的分泌增加,从而损害受影响的骨骼组织的基质质量和完整性,并导致生长不足和退化。在这篇综述中,我们讨论了自噬及其调节机制在椎间盘和软骨中的作用,以及自噬途径的失调如何影响这些骨骼组织。

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