從分子尺度理解疾病中的力學機制：張書瑋教授團隊揭示力學調控軟骨降解的「多重開關」機制，獲選 Osteoarthritis and Cartilage Editor's Choice

2026/10/2

　　骨關節炎（osteoarthritis）是常見的退化性關節疾病，軟骨細胞外基質的分解是疾病進展的關鍵過程。日常活動與運動會使關節承受不同程度的機械負荷；過去研究觀察到，適度負荷有助於維持軟骨健康，過度負荷則可能加速軟骨退化，但造成這些不同效應的力學機制仍未完全釐清。臺大土木工程學系張書瑋教授（合聘醫學工程學系）研究團隊從分子尺度切入，探討機械力如何調控軟骨細胞外基質的重要成分 aggrecan 與其降解酵素 ADAMTS-5 之間的交互作用。

　　關節在組織尺度承受的機械負荷會傳遞至分子尺度，成為作用在蛋白質上的力學刺激。研究團隊從結構工程的角度出發，透過計算力學解析這些力學刺激如何改變蛋白質構形與分子間的交互作用，並進一步連結組織尺度的疾病現象。

　　研究發現，ADAMTS-5 與 aggrecan 的結合並非呈現簡單的「受力越大、結合越弱」關係。相反地，在不同受力程度下，兩者的結合會在穩定與不穩定狀態之間交替切換，並形成多種穩定結合構形。進一步分析顯示，ADAMTS-5 與 aggrecan 可在特定受力條件下採取不同的分子結合方式，並由不同胺基酸之間的氫鍵與鹽橋加以穩定。

　　基於這項發現，研究團隊提出力學調控的多重開關機制（multi-switch mechanism）：不同程度的機械負荷會使 ADAMTS-5–aggrecan 的結合在不同狀態之間切換，進而交替抑制或促進軟骨細胞外基質的降解。這項機制從分子尺度提供新的力學解釋，說明適度與過度機械負荷為何可能對軟骨產生不同甚至相反的影響。整體而言，這項研究將組織尺度的機械負荷、分子尺度的蛋白質力學，以及分子間的物理與化學交互作用連結起來，為理解軟骨退化與骨關節炎中的跨尺度生物力學提供新的觀點。

　　本研究由賴彥宇與張書瑋教授共同完成，成果以〈A multi-switch mechanism underlying mechanical force regulation of aggrecan degradation in osteoarthritic cartilage〉為題，刊登於國際期刊 Osteoarthritis and Cartilage 2026 年 9 月號，並獲選為 September 2026 Editor’s Choice (Basic Science)。期刊亦特別於官方社群平台介紹此項研究成果。

 

本研究獲國科會及臺灣大學經費支持。

研究成果全文
https://doi.org/10.1016/j.joca.2026.05.011

Osteoarthritis and Cartilage Editor’s Choice 專文
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Osteoarthritis and Cartilage September 2026 Editor’s Choice (Basic Science) 圖卡，說明不同機械負荷如何改變 ADAMTS-5–aggrecan 的結合狀態，形成力學調控的多重開關機制。（圖片來源：Osteoarthritis and Cartilage 官方 LinkedIn）