血管生成及神經(jīng)生長(zhǎng)在骨關(guān)節(jié)炎中的作用

鄭潔王瑞輝寇久社1

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，陜西西安710000)

關(guān)鍵詞〔〕骨關(guān)節(jié)炎；血管生成；神經(jīng)生長(zhǎng)；炎性反應(yīng)

中圖分類號(hào)〔〕R684.3〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔

基金項(xiàng)目：陜西省中醫(yī)康復(fù)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(陜中醫(yī)藥發(fā)〔2011〕46號(hào))；陜西省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(14JK1209)；陜西中醫(yī)學(xué)院創(chuàng)新基金培育項(xiàng)目(14XJZR27)

1陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院

第一作者：鄭潔(1978-)，女，副教授，博士，主要從事骨關(guān)節(jié)病變的中醫(yī)康復(fù)研究。

血管生成對(duì)于組織生長(zhǎng)、發(fā)育、再生循環(huán)及修復(fù)等生理過(guò)程極為重要，但也在一些疾病的病理改變中發(fā)揮了不可忽視的作用，尤其是腫瘤及關(guān)節(jié)炎。血管生成與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎密切相關(guān)已是公認(rèn)的事實(shí)，而在骨關(guān)節(jié)炎(OA)中的作用正受到廣泛關(guān)注。OA患者骨贅〔1〕是最先被發(fā)現(xiàn)有血管生成的部位，隨后的研究相繼發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨〔2〕、滑膜〔3〕及半月板〔4〕等結(jié)構(gòu)均有血管生成或新生血管增多。血管生成和感覺(jué)神經(jīng)生長(zhǎng)是不可分割的過(guò)程，二者將血管生長(zhǎng)與OA患者的關(guān)節(jié)痛緊密聯(lián)系起來(lái)。關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)微環(huán)境調(diào)控著促血管生成因子與抗血管生成因子的動(dòng)態(tài)平衡，OA病理性新生血管的形成正是這一內(nèi)在平衡機(jī)制打破的體現(xiàn)。本文對(duì)近年來(lái)血管生成與神經(jīng)生長(zhǎng)在OA中的作用進(jìn)行綜述。

1OA關(guān)節(jié)中的血管生成

滑膜炎性反應(yīng)在OA中的病理及臨床意義已逐漸被認(rèn)可并受到重視〔5〕。OA滑膜炎即可表現(xiàn)為長(zhǎng)期存在的慢性炎性反應(yīng)，也可能是間歇性的急性發(fā)作，滑膜增生和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)是其典型特點(diǎn)。組織學(xué)證據(jù)表明，OA滑膜常常伴有血管生成，且程度隨巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)及炎性反應(yīng)加重而增加〔6～8〕。

關(guān)節(jié)軟骨可分為表面層、移行層、發(fā)射層和鈣化層4層，軟骨鈣化層和軟骨下骨組成骨軟骨連接處的功能單位。OA進(jìn)程中，破骨細(xì)胞活動(dòng)的增加形成了由軟骨下骨向關(guān)節(jié)軟骨延伸的通道，并最終通過(guò)潮線(軟骨發(fā)射層和軟骨鈣化層之間的嗜堿性邊界)進(jìn)入正常情況下無(wú)血管組織的非鈣化軟骨區(qū)。這些通道的形成與軟骨下骨纖維血管組織代替骨髓組織并占據(jù)骨髓腔密不可分〔9〕。血管組織隨之沿這些通道由軟骨下骨向非鈣化軟骨區(qū)生長(zhǎng)，同時(shí)還伴隨交感及感覺(jué)神經(jīng)的大量生長(zhǎng)〔10〕。

半月板損傷是公認(rèn)的膝OA的一大特征，OA半月板的尸檢研究發(fā)現(xiàn)，OA內(nèi)半月板伴有血管滲透及血管密度增加，同時(shí)伴隨感覺(jué)神經(jīng)分布密度增高〔4〕?？梢?jiàn)，OA關(guān)節(jié)多個(gè)部位都伴有血管形成，這很可能是引起OA軟骨退變及關(guān)節(jié)痛的一個(gè)重要原因。

2OA關(guān)節(jié)血管形成機(jī)制

2.1炎性反應(yīng)與OA血管生成炎性反應(yīng)與血管生成往往密不可分，OA關(guān)節(jié)的血管形成也同樣依賴于炎性反應(yīng)〔7〕。OA常常伴有慢性滑膜炎癥，并以巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)為主要特征，后者可分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)〔11〕。VEGF是重要的促血管生成因子，小鼠VEGF關(guān)節(jié)腔注射可誘發(fā)OA〔12〕。巨噬細(xì)胞存在M1(誘導(dǎo)型一氧化氮合酶陽(yáng)性)和M2(精氨酸酶-1陽(yáng)性)兩種活化形式，M1巨噬細(xì)胞與宿主防御相關(guān)，M2巨噬細(xì)胞可啟動(dòng)組織修復(fù)。M1和M2巨噬細(xì)胞均可分泌VEGF，促進(jìn)血管形成〔13〕。白細(xì)胞介素(IL)-10是一種內(nèi)源性抗炎細(xì)胞因子，被認(rèn)為有抗血管生成作用〔13〕。IL-10能抑制M1巨噬細(xì)胞分泌VEGF，而對(duì)M2巨噬細(xì)胞的這一抑制作用不明顯〔13〕，表明M2巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)在OA滑膜血管生成中發(fā)揮了重要作用。

此外，單核細(xì)胞浸潤(rùn)與OA關(guān)節(jié)血管生成也存在密切聯(lián)系。前交叉韌帶切除(ACLT)誘導(dǎo)的OA小鼠滑膜組織CD8+T細(xì)胞處于持續(xù)增殖狀態(tài)，且軟骨VEGF、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)組織抑制因子(TIMP)-1和MMP-13表達(dá)水平較CD8-/-OA小鼠顯著提高，其表達(dá)量與軟骨破壞程度呈正相關(guān)〔14〕。

2.2軟骨細(xì)胞與OA血管生成正常成熟的關(guān)節(jié)軟骨組織中不含血管，提示關(guān)節(jié)軟骨可以抵抗血管侵入〔15〕。通常，組織血管生成是促血管生成因子和抗血管生成因子之間的不平衡所致，這種不平衡表現(xiàn)為促血管生成因子含量增加和(或)抗血管生成因子含量減少。正常軟骨即可分泌肌鈣蛋白I〔16〕和血小板反應(yīng)蛋白等抗血管生成因子〔17〕，也可分泌少量VEGF和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FCF)等促血管生成因子〔18〕。這表明正常軟骨也具有潛在的血管生成能力，但這種能力受抗血管生成因子的影響而未能發(fā)揮作用，從而使正常軟骨不受血管生成的影響，維持其正常表型。OA患者〔19〕及動(dòng)物模型〔20〕軟骨中VEGF表達(dá)量顯著上調(diào)。

OA進(jìn)程中，軟骨細(xì)胞表型發(fā)生改變，軟骨細(xì)胞肥大。體外研究發(fā)現(xiàn)，軟骨細(xì)胞肥大可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞遷移、入侵及黏附，表明軟骨細(xì)胞肥大可促進(jìn)血管形成〔21〕。而軟骨細(xì)胞肥大表型需要血清成分參與，這表明軟骨細(xì)胞肥大和軟骨內(nèi)血管生成可能是相互依存的〔22〕。骨關(guān)節(jié)炎軟骨內(nèi)血管生成可能啟動(dòng)了軟骨內(nèi)成骨過(guò)程，從而導(dǎo)致軟骨ECM礦化。

3血管生成與神經(jīng)生長(zhǎng)在OA病理中的聯(lián)系

神經(jīng)血管相互作用不僅有助于維持正常關(guān)節(jié)整體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，而且也參與了OA病理過(guò)程。OA關(guān)節(jié)骨軟骨連接處、骨贅及半月板內(nèi)血管新生的同時(shí)也伴隨著感覺(jué)神經(jīng)的生長(zhǎng)〔4,10〕。血管與伴行神經(jīng)的生長(zhǎng)是一個(gè)緊密聯(lián)系的過(guò)程，并接受共同調(diào)節(jié)通路的調(diào)節(jié)。

血管周?chē)窠?jīng)也可調(diào)節(jié)血管生成。神經(jīng)肽、降鈣素基因相關(guān)肽-Ⅰ和P物質(zhì)等通過(guò)作用于特異性血管受體調(diào)節(jié)血流及血管通透性，同時(shí)也可刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和管腔形成，進(jìn)而促進(jìn)新生血管形成〔23〕。神經(jīng)肽Y作為一種交感神經(jīng)肽，雖然具有強(qiáng)血管收縮作用，但也可通過(guò)促血管生成作用增加局部血流量〔24〕。神經(jīng)肽存在于正常組織，在組織損傷或應(yīng)激時(shí)可啟動(dòng)血管生長(zhǎng)，這一過(guò)程先于炎細(xì)胞募集和維持新血管生成的其他因子的上調(diào)過(guò)程。感覺(jué)神經(jīng)激活誘導(dǎo)的急性炎癥被稱為“神經(jīng)性炎癥”；同樣，感覺(jué)神經(jīng)激活誘導(dǎo)的血管形成被稱為“神經(jīng)性血管形成”〔25〕。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，神經(jīng)肽在急性滑膜炎病理過(guò)程中具有促血管形成作用，而神經(jīng)肽受體拮抗劑對(duì)新血管形成具有抑制作用〔26〕。研究發(fā)現(xiàn)，抑制新血管形成有助于緩解滑膜炎性反應(yīng)，提示早期血管形成可能是滑膜炎持續(xù)存在的一個(gè)關(guān)鍵因素〔27〕。

神經(jīng)生長(zhǎng)是由多種神經(jīng)生長(zhǎng)導(dǎo)向分子相互作用介導(dǎo)的，包括信號(hào)素及其受體神經(jīng)素、叢狀蛋白、導(dǎo)素和神經(jīng)導(dǎo)向因子slit-robo家族信號(hào)分子等〔28〕。信號(hào)素是研究最多的一種神經(jīng)導(dǎo)向分子。信號(hào)素對(duì)神經(jīng)末梢的作用是通過(guò)兩種相互作用的受體家族介導(dǎo)的，分別是神經(jīng)素和叢狀蛋白。信號(hào)素3A、3C和3F對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)具有抑制作用；信號(hào)素3A與神經(jīng)素-1〔29〕結(jié)合抑制感覺(jué)神經(jīng)元生長(zhǎng)，信號(hào)素3C和3F與神經(jīng)素-2〔30〕結(jié)合抑制交感神經(jīng)元生長(zhǎng)。信號(hào)素3C、3F和人同源小鼠信號(hào)素3E在正常人和OA患者的滑膜組織均有表達(dá)〔30,31〕，信號(hào)素3A可由內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表達(dá)〔28〕。信號(hào)素受體神經(jīng)素-1和神經(jīng)素-2均被證實(shí)存在于OA滑膜〔31〕。

此外，高度多向性生長(zhǎng)因子也可刺激神經(jīng)生長(zhǎng)和存活，如VEGF、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)和神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)，這些生長(zhǎng)因子都具有促血管生成作用〔31,32〕。信號(hào)素和VEGF165通過(guò)相互拮抗的自分泌途經(jīng)調(diào)節(jié)血管生成〔28〕。神經(jīng)素-1可作為VEGF165的共受體，促進(jìn)VEGF165與VEGF受體(VEGFR)2相互作用，進(jìn)而促進(jìn)血管形成〔33〕?；ぱ字?，滑膜血管密度增大的同時(shí)還伴隨著VEGFR2及神經(jīng)素-1的表達(dá)上調(diào)〔34〕。內(nèi)皮細(xì)胞信號(hào)素3A與神經(jīng)素-1的結(jié)合可抑制VEGF誘導(dǎo)的VEGFR2激活，進(jìn)而抑制新血管形成。由此可見(jiàn)，信號(hào)素不僅具有抑制神經(jīng)生長(zhǎng)作用，也具有抑制血管形成的作用。此外，信號(hào)素及其受體還可調(diào)節(jié)非神經(jīng)細(xì)胞的功能。神經(jīng)素-1在滑膜成纖維細(xì)胞的表達(dá)可抑制滑膜入侵〔35〕，在OA軟骨的表達(dá)可介導(dǎo)VEGF引發(fā)的MMP的表達(dá)〔36〕。信號(hào)素3A和3F在肥大軟骨細(xì)胞的表達(dá)進(jìn)一步表明其在軟骨內(nèi)成骨中的潛在作用〔37〕。調(diào)節(jié)T細(xì)胞也可表達(dá)信號(hào)素3A和神經(jīng)素-1，其中信號(hào)素3A的高表達(dá)可抑制炎性反應(yīng)，這可能與其上調(diào)IL-10表達(dá)及下調(diào)IL-17表達(dá)有關(guān)〔38〕。NGF可通過(guò)作用于酪氨酸受體激酶(Trk)A發(fā)揮促血管生成作用〔32〕，OA骨軟骨連接處血管新生的同時(shí)伴有NGF的高表達(dá)，關(guān)節(jié)腔注射N(xiāo)GF可增強(qiáng)OA大鼠痛性行為反應(yīng)。這些均表明血管生成及伴隨感覺(jué)神經(jīng)的生長(zhǎng)可能是OA關(guān)節(jié)痛的一個(gè)重要因素。

綜上，在OA進(jìn)程中，關(guān)節(jié)滑膜、骨軟骨連接處和半月板血管生成增多，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨深層發(fā)生骨化及骨贅形成。OA促血管生成因子與抗血管生成因子均可上調(diào)，但血管生成占據(jù)主導(dǎo)地位，關(guān)節(jié)軟骨抗血管生成能力減弱。發(fā)生在骨軟骨結(jié)合部的血管生成破壞了該處結(jié)構(gòu)。炎性反應(yīng)通過(guò)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)促進(jìn)滑膜血管生成。VEGF、神經(jīng)肽和NGF等促血管生成因子大量釋放，并通過(guò)共同途徑引起血管與神經(jīng)的異常生長(zhǎng)。由于感覺(jué)神經(jīng)沿著新生血管生長(zhǎng)，最終穿透非鈣化的關(guān)節(jié)軟骨，骨贅及半月板。因此，血管生成加快了OA關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的破壞進(jìn)程并引起關(guān)節(jié)疼痛，這為OA治療靶點(diǎn)提供了新的思路。

4參考文獻(xiàn)

1Brown RA,Weiss JB.Neovascularisation and its role in the osteoarthritic process〔J〕.Ann Rheum Dis,1988;47(11):881-5.

2Fransès RE,McWilliams DF,Mapp PI,etal.Osteochondral angiogenesis and increased protease inhibitor expression in OA〔J〕.Osteoarth Cartil,2010;18(4):563-71.

3Bonnet CS,Walsh DA.Osteoarthritis,angiogenesis and inflammation〔J〕.Rheumatology(Oxford),2005;44(1):7-16.

4Ashraf S,Wibberley H,Mapp PI,etal.Increased vascular penetration and nerve growth in the meniscus:a potential source of pain in osteoarth〔J〕.Ann Rheum Dis,2011;70(3):523-9.

5Bondeson J,Blom AB,Wainwright S,etal.The role of synovial macrophages and macrophage-produced mediators in driving inflammatory and destructive responses in osteoarthritis〔J〕.Arthritis Rheum,2010;62(3):647-57.

6Haywood L,McWilliams DF,Pearson CI,etal.Inflammation and angiogenesis in osteoarthritis〔J〕.Arthritis Rheum,2003;48(8):2173-7.

7Walsh DA,Bonnet CS,Turner EL,etal.Angiogenesis in the synovium and at the osteochondral junction in osteoarthritis〔J〕.Osteoarth Cartil,2007;15(7):743-51.

8Ashraf S,Mapp PI,Walsh DA.Contributions of angiogenesis to inflammation,joint damage,and pain in a rat model of osteoarthritis〔J〕.Arthritis Rheum,2011;63(9):2700-10.

9Walsh DA,McWilliams DF,Turley MJ,etal.Angiogenesis and nerve growth factor at the osteochondral junction in rheumatoid arthritis and osteoarthritis〔J〕.Rheumatology(Oxford),2010;49(10):1852-61.

10Suri S,Gill SE,Massena de Camin S,etal.Neurovascular invasion at the osteochondral junction and in osteophytes in osteoarthritis〔J〕.Ann Rheum Dis,2007;66(11):1423-8.

11Mapp PI,Avery PS,McWilliams DF,etal.Angiogenesis in two animal models of osteoarthritis〔J〕.Osteoarth Cartil,2008;16(1):61-9.

12Ludin A,Sela JJ,Schroeder A,etal.Injection of vascular endothelial growth factor into knee joints induces osteoarthritis in mice〔J〕.Osteoarth Cartil,2013;21(3):491-7.

13Wu WK,Llewellyn OP,Bates DO,etal.IL-10 regulation of macrophage VEGF production is dependent on macrophage polarisation and hypoxia〔J〕.Immunobiology,2010;215(9-10):796-803.

14Hsieh JL,Shiau AL,Lee CH,etal.CD8+T cell-induced expression of tissue inhibitor of metalloproteinses-1 exacerbated opsteoarthritis〔J〕.Int J Mol Sci,2013;14(10):19951-70.

15Smith JO,Oreffo RO,Clarke NM,etal.Changes in the antiangiogenic properties of articular cartilage in osteoarthritis 〔J〕.J Orthop Sci,2003;8(6):849-57.

16Pfander D,Cramer T,Deuerling D,etal.Expression of thrombospondin 1 and its receptor CD36 in human osteoarthritic cartilage〔J〕.Ann Rheum Dis,2000;59(6):448-54.

17Moses MA,Wiederschain D,Wu I,etal.Troponin I is present in human cartilage and inhibits angiogenesis〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,1999;96(6):2645-50.

18Lehmann W,Edgar CM,Wang K,etal.Tumor necrosis factor alpha(TNF-alpha) coordinately regulates the expression of specific matrix metalloproteinases(MMP) and angiogenic factors during fracture healing〔J〕.Bone,2005;36(2):300-10.

19蘇偉,謝文,關(guān)明.骨性關(guān)節(jié)炎患者血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)〔J〕.檢驗(yàn)醫(yī)學(xué),2008;23(1):42-5.

20邱波,陳宣銀,周建林.骨關(guān)節(jié)炎軟骨中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子mRNA表達(dá)〔J〕.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2011;32(1):51-4.

21Pesesse L,Sanchez C,Delcour JP,etal.Consequences of chondrocyte hypertrophy on osteoarthritic cartilage:potential effect on angiogenesis〔J〕.Osteoarth Cartil,2013；21(12)：1913-23.

22Sanchez C,Deberg MA,Bellahcene A,etal.Phenotypic characterization of osteoblasts from the sclerotic zones of osteoarthritic subchondral bone〔J〕.Arthritis Rheum,2008;58(2):442-5.

23Fan TP,Hu DE,Guard S,etal.Stimulation of angiogenesis by substance P and interleukin 1 in the rat and its inhibition by NK1 or interleukin 1 receptor antagonists〔J〕.Br J Pharmacol,1993;110(1):43-9.

24Movafagh S,Hobson JP,Spiegel S,etal.Neuropeptide Y induces migration,proliferation,and tube formation of endothelial cells bimodally via Y1,Y2,and Y5 receptors〔J〕.FASEB J,2006;20(11):1924-6.

25Seegers HC,Hood VC,Kidd BL,etal.Enhancement of angiogenesis by endogenous substance P release and neurokinin 1 receptors during neurogenic inflammation〔J〕.J Pharmacol Exp Ther,2003;306(1):8-12.

26Mapp PI,McWilliams DF,Turley MJ,etal.A role for the sensory neuropeptide calcitonin gene-related peptide in endothelial cell proliferation in vivo〔J〕.Br J Pharmacol,2012;166(4):1261-71.

27Ashraf S,Mapp PI,Walsh DA.Angiogenesis and the persistence of inflammation in a rat model of proliferative synovitis〔J〕.Arthritis Rheum,2010;62(7):1890-8.

28Carmeliet P,Tessier-Lavigne M.Common mechanisms of nerve and blood vessel wiring〔J〕.Nature,2005;436:193-200.

29Masuda T,Shiga T.Chemorepulsion and cell adhesion molecules in patterning initial trajectories of sensory axons〔J〕.Neurosci Res,2005;51(4):337-47.

30Miller LE,Weidler C,Falk W,etal.Increased prevalence of semaphorin 3C,a repellent of sympathetic nerve fibers,in the synovial tissue of patients with rheumatoid arthritis〔J〕.Arthritis Rheum,2004;50(4):1156-63.

31Fassold A,Falk W,Anders S,etal.Soluble neuropilin 2,a nerve repellent receptor,is increased in rheumatoid arthritis synovium and aggravates sympathetic fiber repulsion and arthritis〔J〕.Arthritis Rheum,2009;60(10):2892-901.

32Nico B,Mangieri D,Benagiano V,etal.Nerve growth factor as an angiogenic factor〔J〕.Microvasc Res,2008;75(2);135-41.

33Matthies AM,Low QE,Lingen MW,etal.Neuropilin 1 participates in wound angiogenesis〔J〕.Am J Pathol,2002;160(1):289-96.

34Ikeda M,Hosoda Y,Hirose S,etal.Expression of vascular endothelial growth factor isoforms and their receptors Flt 1,KDR,and neuropilin 1 in synovial tissues of rheumatoid arthritis〔J〕.J Pathol,2000;191(4):426-33.

35Kong JS,Yoo SA,Kim JW,etal.Anti-neuropilin 1 peptide inhibition of synoviocyte survival,angiogenesis,and experimental arthritis〔J〕.Arthritis Rheum,2010;62(1):179-90.

36Enomoto H,Inoki I,Komiya K,etal.Vascular endothelial growth factor isoforms and their receptors are expressed in human osteoarthritic cartilage〔J〕.Am J Pathol,2003;162(1):171-81.

37Gomez C,Burt-Pichat B,Mallein-Gerin F,etal.Expression of Semaphorin-3A and its receptors in endochondral ossification:potential role in skeletal development and innervation〔J〕.Dev Dyn,2005;234(2):393-403.

38Catalano A.The neuroimmune semaphorin-3A reduces inflammation and progression of experimental autoimmune arthritis〔J〕.J Immunol,2010;185(10):6373-83.

〔2014-03-15修回〕

(編輯杜娟)