臺大團隊揭示軟骨降解力學調控多重開關機制　榮獲國際期刊Osteoarthritis and Cartilage 「Editor’s Choice」

臺大土木工程學系教授（合聘醫學工程學系）張書瑋與土木系畢業生賴彥宇共同完成的跨尺度生物力學研究，近期正式獲選刊登於國際骨關節學術權威期刊Osteoarthritis and Cartilage（2026年9月號），並榮獲當期「Editor’s Choice (Basic Science)」，期刊官方社群平台亦特別發文介紹。該研究從分子尺度成功揭示力學調控軟骨降解的「多重開關」機制，為理解骨關節炎的病理變化提供全新觀點。

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：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，但背後的力學機制過去仍未完全釐清。為此，張書瑋教授研究團隊從分子尺度切入，深入探討機械力如何調控軟骨細胞外基質重要成分 aggrecan 與其降解酵素 ADAMTS-5 之間的交互作用。

在組織尺度上，關節承受的機械負荷會傳遞至分子尺度，轉化為作用在蛋白質上的力學刺激。研究團隊透過計算力學，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，進而與組織尺度的疾病現象建立連結。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，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，並預測適度負荷有助於維持軟骨、過度負荷加速其退化。整體而言，這項研究將組織尺度的機械負荷、奈米尺度的蛋白質力學，以及分子間的物理與化學交互作用串聯起來，為跨尺度生物力學研究開創了重要里程碑。

此研究獲得臺灣大學及國科會經費支持。

研究成果全文： https://doi.org/10.1016/j.joca.2026.05.011
Osteoarthritis and Cartilage Editor’s Choice 專文：https://www.linkedin.com/posts/basic-science-september-share-7500946842952663041-3mc_/