骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种全球流行的退行性关节疾病，以进行性软骨破坏、滑膜炎症、软骨下骨重建和骨赘形成为主要特征。遗传、环境、生物力学和慢性炎症等因素可能参与OA的进展，但其发病机制尚未明确。蛋白质泛素化是一类重要的翻译后修饰过程，通过对特定蛋白质泛素化修饰，影响蛋白质的稳定性和定位。泛素化修饰已被发现与心血管疾病、肿瘤、神经退行性疾病及OA等许多疾病相关，其中E3泛素连接酶能够特异性识别蛋白质底物，是泛素化修饰过程的关键因子。目前神经前体细胞表达发育下调蛋白4（neural precursor cell expressed developmentally down-regulated protein 4，NEDD4）家族E3泛素连接酶在OA发病机制研究中受到广泛关注，其通过特定的泛素化作用调节软骨和骨细胞的活性和稳态，加速或改善OA的发生和发展。本文综述NEDD4家族中常见E3泛素连接酶与OA中细胞增殖、分化及凋亡、自身免疫活动、炎症的关系，并探讨了靶向调控E3泛素连接酶在治疗OA中的潜力，旨在为OA的诊疗提供新的临床策略。

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种以软骨退化为主的慢性关节疾病，其特征包括慢性疼痛和关节病理性改变（如关节软骨损伤、滑膜炎、软骨下骨重塑和骨赘形成等）[1-3]。随着人口老龄化和肥胖率的增加，OA患病率正逐年攀升，给全球带来了巨大的疾病负担[4-5]。慢性炎症、物理损伤和衰老是OA发病的常见诱因，早期学者认为OA是一种由简单的磨损与撕裂主导的疾病，关节的长期过度负荷与生物力学失衡可引起关节内炎症和软骨破坏，随后导致关节僵硬、肿胀及活动能力减退[6]。近期研究则认为OA的发病过程是一种主动的动态变化，源于关节组织修复和破坏之间的稳态失衡，研究软骨退行性改变的分子水平变化及机制对寻找OA新型治疗靶点具有重要的意义[7]。

蛋白质翻译后修饰（post-translational modifications，PTMs）是指蛋白质在合成后通过化学修饰改变其功能、定位或稳定性的过程，包括磷酸化、泛素化和糖基化等[8]。PTMs可通过调控炎症、自噬和细胞衰老等过程参与OA的进展 [9-10]，泛素化是其中一种重要的PTMs方式，主要通过泛素-蛋白酶体途径发挥作用，是泛素在一系列酶的催化作用下共价结合到靶蛋白上，参与蛋白质亚细胞再定位和蛋白质稳定性及功能调节的过程。泛素化过程需要3种酶相互协同，分别是E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶。首先，E1泛素激活酶利用三磷酸腺苷提供的能量在自身半胱氨酸（Cys）基与泛素C端赖氨酸（Lys）基上形成高能硫酯键，激活泛素分子，活化的泛素通过硫酯键结合到E2结合酶的Cys残基上，并在E3连接酶作用下通过泛素的C端与靶蛋白Lys残基形成氨基异肽键，从而将泛素转移到靶蛋白上 [11]。这3种泛素化酶水平异常会导致线粒体功能障碍，抑制软骨细胞自噬，引起信号通路失调，进而导致OA的发生[12]。而E3泛素连接酶因其特异性识别蛋白质底物的功能，在整个蛋白质的降解过程中发挥了至关重要的作用。本文就神经前体细胞表达发育下调蛋白4（neural precursor cell expressed developmentally down-regulated protein 4，NEDD4）家族中常见的E3泛素连接酶在OA中的作用机制进行综述，旨在为OA进一步的研究和治疗提供科学依据。

1 OA的病理学概述

关节软骨是一种高度分化的结缔组织，其结构由少量软骨细胞（仅占组织总体积的1%）及其分泌的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）共同构成[13]。ECM主要由胶原纤维网络和糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs）组成，软骨细胞主要通过调节ECM来维持软骨稳态及结构完整性[14]。在OA病理状态下，细胞衰老、机械损伤及慢性炎症通过诱导软骨细胞自噬抑制、线粒体功能障碍及炎性小体异常激活，导致退变软骨细胞积累和ECM代谢失衡。衰老软骨细胞分泌的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及血小板结合蛋白基序的解整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）异常升高，不可逆地降解胶原与GAGs，破坏ECM合成-降解平衡[15]。关节退化的另一个核心驱动因素是炎症，软骨裂解引起异物反应后，免疫细胞和滑膜细胞被激活，进一步抑制软骨修复能力[16]。此外，OA在软骨退变时常伴随软骨下骨重塑异常，在慢性炎症作用下，骨吸收与骨形成失调，破坏软骨下骨支撑，同时破骨细胞释放转化生长因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）和胰岛素样生长因子1等促进软骨细胞凋亡及退化[17]。最终，软骨ECM降解速率超越再生能力，关节进入不可逆退变阶段，导致关节的结构破坏和功能衰竭。

2 E3泛素连接酶概述

E3泛素连接酶（E3 ubiquitin ligase）是泛素化修饰的关键酶，负责识别特定底物，并将泛素转移到底物上。E3泛素连接酶能通过泛素化来调节自身蛋白的稳定性和泛素连接酶活性，人类基因组中编码了600多个E3泛素连接酶，与E1泛素激活酶和E2泛素结合酶相比，E3泛素连接酶表现出结构多样性[11]。根据E3泛素连接酶的特征结构域特点和泛素转移到底物蛋白的机制，可以分为三种主要类型：RING结构域E3泛素连接酶、RBR E3泛素连接酶及HECT结构域E3泛素连接酶（HECT E3s）[18]。HECT E3s是E3泛素连接酶亚家族中的关键成员，其C端包含350个氨基酸残基[19]。NEDD4家族E3泛素连接酶是最早发现的HECT E3s亚家族之一，它们由C端的催化HECT结构域、N端C2结构域以及负责细胞定位和底物识别的WW结构域组成[20]。NEDD4家族E3泛素连接酶通过调节包括上皮钠通道[21]、成纤维细胞生长因子受体[22]、B细胞淋巴瘤因子2相互作用蛋白[23]等下游底物在内的泛素途径降解，在许多疾病的发生和进展中发挥着关键作用。近些年来，NEDD4家族中的许多成员被证实与OA的疾病进程有关，包括WW结构域E3泛素连接酶（WWP）、Itch E3泛素连接酶（ITCH）、Smad泛素化调节因子（Smurf）等[24-26]。

3 常见NEDD4家族E3泛素连接酶在OA中的作用

3.1 WWP1在OA中的作用

WWP1包含1个C2结构域、4个WW结构域和1个HECT结构域[27]，C端的HECT结构域可以与泛素结合酶相互作用，是E3泛素连接酶活性的主要来源[28]。Wang等[29]通过分析GSE117999数据集确定OA的差异表达基因、枢纽基因及关键基因，鉴定出了包括WWP1在内的10个关键基因，以及3个与关键基因相关的miRNA，其中Has-miR-142-5p可抑制WWP1基因的表达，提示WWP1基因水平升高可能是OA的危险因素。OA的发展与衰老密切相关，在老龄小鼠模型中发现WWP1蛋白表达量增加并伴随骨量流失[30]。与体内模型相似，在体外实验中发现WWP1抑制骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）的成骨分化，并通过多泛素化降解BMSCs中的Kruppel样因子5（kruppel-like factor 5，KLF5）抑制KLF5/ β-Catenin 信号通路，从而减少Runt相关转录因子2基因（Runt-related transcription factor 2 gene，Runx2）、I 型胶原蛋白α1链基因（collagen type Ⅰ alpha 1 chain gene，Col1a1）和其他成骨标志物的表达水平[31]。而将BMSCs置于含有Wwp1基因的siRNA的水凝胶中时，发现Col1a1和成骨因子（如Runx2）的基因表达水平增加[32]。在OA进展过程中Notch信号通路的激活可以促进关节腔中炎症因子的产生，并抑制间充质细胞分化为成骨细胞[33]。而Notch可与WWP1的HECT结构域相互作用并进一步驱动WWP1核质转移，同时以非经典方式激活Notch信号通路[34]。WWP1在OA进程中抑制成骨分化并加剧炎症反应，其介导的蛋白降解网络在骨代谢失衡及软骨-骨稳态重建过程中可能成为OA治疗新靶标。

3.2 WWP2在OA中的作用

WWP2同样包含1个C2域、1个HECT域和4个WW域[35]。在小鼠胚胎的发育过程中，WWP2是软骨发育的关键分子，其表达部位由肢芽逐渐转移至关节和增殖的软骨细胞中。SOX转录因子9（SRY-box transcription factor 9，SOX9）可直接激活软骨成熟特异性基因II型胶原蛋白α1链（collagen type II α 1 chain，Col2a1）并促进间充质细胞向软骨细胞的分化及ECM合成，研究发现SOX9可直接激活WWP2表达，同时依赖WWP2的质核转移以及转录复合物形成的功能，放大SOX9的转录活性，进一步增强软骨基因的表达并促进软骨细胞分化与细胞基质合成 [36]。在OA患者外周血单核细胞的全基因组和通路分析中，WWP2被鉴定为差异表达基因，在OA病例中，WWP2基因的表达显著下调，同时KEGG通路分析提示其下调可能影响泛素化修饰及TGF-β信号通路，进一步加剧软骨退化和炎症反应[37]。而体外实验发现，WWP2通过泛素- 蛋白酶体途径降解RUNX2，降低了RUNX2诱导的ADAMTS5表达，从而减轻了OA中软骨细胞的损伤，保护并维持软骨稳态，在机械应力超载和白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）刺激后，软骨细胞中的WWP2水平下降[38]。也有部分研究认为，WWP2的积累对软骨稳态产生不良影响，表现为WWP2水平的上调导致已知的软骨降解标志物缺氧相关因子内皮PAS结构域蛋白1增加，生长分化因子10、斯钙素2和间隙连接蛋白α1这3种维持软骨稳态的标志物表达下降 [39]。WWP2在OA发展中对软骨稳态维持起双重调控作用，而具体机制可能涉及疾病进程中的动态平衡，需要更多特异性调控模型，为靶向干预提供精准依据。

3.3 ITCH在OA中的作用

ITCH是一种包含4个WW结构域的E3泛素连接酶，其功能异常与自身免疫性疾病及炎症调控相关。研究表明，小鼠缺乏ITCH可引起消化或呼吸系统器官的炎症性疾病，包括肠炎和慢性肺炎，提示ITCH在限制过度免疫反应中起关键作用[40-42]。在OA研究中，Lin等[43]发现ITCH可通过抑制巨噬细胞极化来延缓小鼠创伤后骨关节炎（post-traumatic osteoarthritis，PTOA）的进展，研究者观察到ITCH全基因敲除的PTOA小鼠会出现更严重的关节组织损伤和促炎型M1巨噬细胞浸润，证实ITCH通过抑制巨噬细胞向促炎表型转化发挥关节保护功能。此外，ITCH可以在炎症刺激下实现自身泛素化并最终降解，导致炎症状态的持续，而蛋白酶体抑制剂的使用可以中断这一进程。在另一项研究中，研究者证明了ITCH可以通过介导OA软骨细胞中锯齿状经典Notch配体1（JAG1）的泛素化降解，改善脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的软骨细胞损伤，而OA患者软骨组织中普遍存在ITCH表达下调与JAG1蛋白异常积累的现象。体外实验证实，过表达ITCH可显著抑制LPS诱导的Notch1信号激活，从而阻断软骨细胞凋亡、炎症和ECM降解[44]。这些证据提示ITCH可能是OA进展中的保护性调控因子，在OA中发挥抗炎与软骨保护作用，而因ITCH功能缺失导致的免疫-代谢紊乱为OA治疗提供了新的干预方向。

3.4 Smurf1在OA中的作用

Smurf1包含1个C2域、1个HECT域和2个WW域，通过调控骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信号通路和软骨细胞外基质代谢，在骨与软骨稳态中发挥关键作用 [45]。研究表明，Smurf1通过靶向降解BMP信号通路丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶2（mitogen-activated protein kinase kinase kinase 2，MEKK2）负向调控成骨细胞活性，在Smurf1缺陷小鼠中，MEKK2蛋白积累导致BMP信号过度激活，并显著增强成骨细胞分化及骨形成能力[46]。在软骨细胞中，Smurf1过表达可通过泛素化降解成骨转录因子RUNX2，抑制软骨细胞异常钙化并维持其软骨形成能力[47]。Smurf1表达下调会解除对BMP信号的抑制，导致软骨细胞中Col2a1等基质合成标志物显著减少，加速软骨退变。例如，在小鼠胚胎固定模型中，Smurf1表达下降伴随BMP信号异位激活，而过表达Smurf1可逆转这一病理表型，恢复Col2a1水平[48]。在OA小鼠模型中，软骨组织Smurf1表达显著降低，而腹腔注射BMP信号激活剂他莫昔芬可加剧关节退变；相反，局部注射BMP信号抑制剂LDN-193189能有效减轻软骨破坏，提示BMP信号过度激活是OA发生的重要驱动因素，而Smurf1的功能缺失可能通过解除对BMP通路的抑制加速疾病进程[49]。上述证据提示Smurf1可作为BMP信号的双向调节因子，其异常表达可能成为OA治疗的干预靶 点。

3.5 Smurf2在OA中的作用

Smurf2与Smurf1结构相似，具有1个C2域、1个HECT域和2个WW域，通过靶向调节BMP信号途径中的Smad蛋白以及其他信号分子的稳定性和活性，调节骨与软骨细胞增殖、分化和凋亡的动态平衡[50]。Smurf2在OA中呈现与Smurf1相反的病理特征：与非OA软骨组织相比，OA患者关节软骨中Smurf2表达显著上调，并且Smurf2过表达小鼠会自发出现软骨退变、骨赘形成等典型OA表型，提示Smurf2异常积累可能通过分解代谢通路的过度激活引起关节退变；通过对比野生型与Smurf2缺陷小鼠的骨骼表型发现，Smurf2缺失虽未影响成年期骨骼发育与软骨稳态维持，但可轻微缓解PTOA的严重程度（表现为软骨下骨硬化减轻及滑膜炎症抑制）。体外实验证实，Smurf2缺陷的软骨细胞在TGF-β3或IL^-1β刺激下，基质合成基因（如Col2a1）表达上调，而分解代谢酶（如MMPs）活性降低[51]。这一矛盾现象提示Smurf2在OA中可能具有阶段依赖性调控作用，在OA早期通过降解Smad蛋白限制过度修复反应，而慢性炎症环境下其异常积累会加剧分解代谢失衡，因此单纯抑制Smurf2不足以实现持续疗效。此外，OA软骨组织中高表达的环状RNA Circ_0116061主要通过吸附miR-200b- 3p解除其对Smurf2的抑制作用，进而促进OA软骨细胞的凋亡和炎症反应，这一机制为靶向非编码RNA干预Smurf2异常活化提供了新思路[52]。Smurf2在OA进程中展现动态调控的双重角色，需根据不同时期OA进行特异性干预。

4 结语

OA的发病机制涉及多个生物过程，其病理进程涉及复杂的分子网络调控，其中E3泛素连接酶作为泛素-蛋白酶体系统的重要成员，通过特异性降解或修饰关键信号分子，影响软骨代谢、炎症反应及骨重塑平衡。本文阐述NEDD4家族E3泛素连接酶（WWP1、WWP2、ITCH、Smurf1、Smurf2）在OA中的作用机制：WWP1通过抑制成骨分化与激活Notch信号加剧炎症及软骨退变；WWP2则呈现动态调控特性，其表达失衡可能通过TGF-β通路或EPAS1介导的缺氧反应驱动分解代谢；ITCH通过降解JAG1抑制Notch信号，并调控巨噬细胞极化，发挥抗炎与软骨保护作用；Smurf1/2作为BMP信号的双向调节枢纽，其功能异常导致骨-软骨代谢失衡，且Smurf2的病理作用进一步受非编码RNA网络的调控。这些发现不仅揭示了E3泛素连接酶在OA中的核心地位，也为靶向干预提供了新方向。未来研究可深入探讨E3泛素连接酶的动态修饰（如磷酸化、自泛素化）及其在OA不同病理阶段的特异性功能，同时探索NEDD4家族成员间的协同或拮抗作用，推动OA研究从机制探索向临床转化的跨越。

伦理声明：不适用

作者贡献：查阅文献：彭皖琪、陈致远、王泽鑫；论文撰写：彭皖琪；论文修改：施郁洁、韦永涵；论文审定：李程、邵军

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利益冲突声明：无

致谢：不适用

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