廖瑛，張興，周君，曾亞華，成果，王甜甜，鄧程遠，黎洲

（南華大學附屬第一醫(yī)院 1.康復科，2.骨科，湖南 衡陽 421001）

骨性關節(jié)炎（Osteoarthritis, OA）是一種由不同病因引起的綜合征最終聚集在同一致病途徑上，產(chǎn)生軟骨、軟骨下骨和滑膜的特征性變化[1]，其已成為世界范圍內(nèi)日益嚴重的健康問題。OA好發(fā)于膝、髖及手等關節(jié)，其中以膝關節(jié)受累最為常見。關節(jié)腔注射透明質(zhì)酸（hyaluronic acid, HA）在緩解膝關節(jié) OA 疼痛、改善關節(jié)功能方面應用廣泛。軟骨保護是HA治療膝關節(jié)OA的最常見機制，本文將闡述HA治療膝關節(jié)OA的相關細胞因子及生物標志物的研究進展，為膝關節(jié)OA的治療和預防提供新思路。

1 HA治療膝關節(jié)OA的相關細胞因子變化

1.1 白細胞介素

白細胞介素（Interleukin, IL）是一種低分子多肽，作為一種重要的先天免疫調(diào)節(jié)劑，參與免疫、炎癥、造血、致癌及生育等多種生物學活動。在人體中軟骨細胞、滑膜及成骨細胞上都存在各類IL受體，與其他組織一樣存在免疫應答反應。隨著對IL研究和OA發(fā)病機制認識的不斷深入，筆者發(fā)現(xiàn)OA發(fā)病跟IL家族相關因子的表達關系密切，可作為OA的療效判斷及預后評價指標之一。

1.1.1 白細胞介素 1（Interleukin-1,IL-1） IL-1 是與天然免疫和炎癥密切相關的大細胞因子家族。隨著國內(nèi)外OA的深入研究，IL-1發(fā)病機制和病理變化過程逐漸被人們所認識。近年來，已有證據(jù)表明白細胞介素1β（Interleukin-1β, IL-1β）在膝關節(jié)OA關節(jié)軟骨基質(zhì)退行性病變和軟骨破壞中起重要作用，是膝OA臨床療效的判斷標準之一[2]。張蕾等[3]研究結果顯示，經(jīng)過關節(jié)腔注射HA治療后，膝關節(jié)OA患者IL-1β含量降低且關節(jié)活動功能得到改善，進一步提示IL-1β水平變化可作為HA治療膝關節(jié)OA療效判斷的輔助指標之一。YANG等[4]探討HA對膝關節(jié)OA患者滑液IL-1β的影響并分析其臨床機制時，將40例膝關節(jié)OA患者隨機分為HA治療組和生理鹽水注射組，予以1次/周，共5周的關節(jié)腔等量注射治療；另外，還選取20例健康志愿者作為正常對照組，不做任何處理。分別收集3組治療前、治療后5周的膝關節(jié)滑液，檢測3組膝關節(jié)滑液中IL-1β含量，結果表明：膝關節(jié)OA患者關節(jié)滑液中IL-1β含量高于正常人，HA組可降低滑膜關節(jié)IL-1β含量，同時HA治療組治療后膝關節(jié)OA嚴重程度指數(shù)評分降低。研究提示IL-1β含量變化可能是HA治療膝關節(jié)OA的療效判斷及預后評價的重要指標之一[4]。

1.1.2 白細胞介素 6（Interleukin-6, IL-6） IL-6 被認為可促進2型輔助性T細胞免疫反應，在多細胞生物體細胞間的通訊中起重要作用。其參與調(diào)節(jié)復雜的細胞過程，如增殖、分化，并在炎癥和免疫反應中起關鍵作用。GREGORY等[5]在對膝關節(jié)OA患者不同發(fā)展時期血清中IL-6水平的測定時發(fā)現(xiàn)，IL-6與膝關節(jié)OA嚴重程度呈正相關，結果提示膝關節(jié)OA的發(fā)生或加重極有可能與IL-6水平變化有不可分割的關聯(lián)。臨床研究表明，關節(jié)腔注射HA可改善膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔內(nèi)環(huán)境，減少炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，減輕膝關節(jié)OA患者炎癥癥狀，延緩病程進行性加重，其機制可能與IL-6含量降低有著密切關系[6]。韋卓等[7]探討對關節(jié)腔注射HA治療兔膝關節(jié)OA軟骨退行性病變模型時，發(fā)現(xiàn)HA可能通過抑制炎癥因子NO-iNOS而發(fā)揮抵抗炎癥反應，保護關節(jié)軟骨作用，其作用機制與抑制IL-6等促炎因子的高表達有著密切關系。

1.1.3 白細胞介素 17（Interleukin-17,IL-17） IL-17是一類炎癥細胞因子成員，主要是由CD4+、CD45RO+記憶T細胞分泌的一種促炎細胞因子。有國外學者在探討某些炎癥介質(zhì)和軟骨降解分子作為大鼠OA模型關節(jié)損傷的可能標志物時，發(fā)現(xiàn)IL-17在大鼠膝關節(jié)OA模型中明顯升高，提示IL-17是OA關節(jié)中主要的促炎細胞因子，其表達水平與滑膜炎癥、軟骨退變的表現(xiàn)呈正相關[8]。白玉明等[9]通過對56例膝關節(jié)OA患者每周行關節(jié)腔注射HA后，分別在第1次前和每間隔4周注射前及治療后留取靜脈血及患側(cè)膝關節(jié)滑液，檢測其留取液的IL-17含量，發(fā)現(xiàn)治療后8周IL-17的濃度較治療前降低，同時緩解膝關節(jié)疼痛癥狀。結果表明，膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔注射HA后可緩解膝關節(jié)疼痛癥狀，其機制可能與改善機體內(nèi)環(huán)境病理過程發(fā)生或發(fā)展有關，尤其與體內(nèi)IL-17含量變化有一定關聯(lián)，IL-17可作為一種膝關節(jié)OA療效評估的細胞炎癥因子。

1.2 腫瘤壞死因子

腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）是OA發(fā)病過程中的重要介導因子，也是炎癥反應的重要調(diào)節(jié)因子，對滑膜炎的發(fā)生和軟骨基質(zhì)的破壞起重要作用。OA患者血清和關節(jié)液中的TNF-α含量隨病情惡化而升高，提示TNF-α水平對反映OA的嚴重程度有一定意義[10]。許鵬等[11]發(fā)現(xiàn)輕、中度膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔注射HA治療時，關節(jié)功能、炎癥癥狀好轉(zhuǎn)，其機制可能是使TNF-α等炎癥介質(zhì)含量降低而實現(xiàn)的。張麗娜等[12]動物實驗發(fā)現(xiàn)在兔膝關節(jié)OA模型中，膝關節(jié)腔注射HA能降低關節(jié)滑液中TNF-α含量，減輕滑膜炎癥介質(zhì)對軟骨組織的損傷，加速軟骨細胞的新陳代謝，對軟骨的重建及修復有促進作用。

1.3 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）是主要的蛋白酶家族，負責切割細胞外基質(zhì)（extracellular matrix, ECM）蛋白質(zhì)組和與 ECM 無關的蛋白質(zhì)，產(chǎn)生生物活性分子。人體關節(jié)軟骨基質(zhì)的破壞是由多種MMPs引起的。QIU等[13]研究證實，MMPs在膝關節(jié)OA軟骨和滑膜中明顯增加，尤其在軟骨破壞中的作用越來越明顯，同時發(fā)現(xiàn)在實驗性兔膝關節(jié)OA關節(jié)腔注射HA可抑制早期滑膜基質(zhì)金屬蛋白酶3（matrix metalloproteinase-3, MMP-3）的表達，其可能是關節(jié)腔注射HA對創(chuàng)傷性膝關節(jié)OA早期治療作用的機制之一。HAN等[14]在采用兔膝關節(jié)OA模型實驗研究時，發(fā)現(xiàn)兔膝關節(jié)OA早期MMP-3在軟骨和滑膜mRNA中過度表達，可能是致使軟骨降解因素之一。與此同時，關節(jié)腔注射HA可以抑制兔膝關節(jié)OA模型產(chǎn)生MMP-3，總蛋白多糖合成水平升高，抑制軟骨分解，加速軟骨合成代謝，這對阻止早期膝關節(jié)OA的發(fā)生、發(fā)展具有重要意義[14]。另一方面，基質(zhì)金屬蛋白酶 9（matrix metalloproteinase-9, MMP-9）是一種降解膠原蛋白和彈性蛋白的IV型膠原酶，SHIMIZU等[15]研究發(fā)現(xiàn)，膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔注射HA可降低MMP-9的濃度，增加關節(jié)軟骨中HA含量，降低蛋白酶含量，從而抑制關節(jié)軟骨的分解代謝，延緩膝關節(jié)OA的發(fā)展。麻圣達等[16]將68例膝關節(jié)OA患者隨機分為HA組和對照組，治療后HA組關節(jié)液中MMP-3、MMP-9含量較對照組下降，且關節(jié)功能療效評估優(yōu)于對照組，結果提示，關節(jié)腔注射HA能有效防止膝關節(jié)OA軟骨組織分解代謝，阻礙關節(jié)軟骨進行性退變，其與減少關節(jié)液中MMP-3、MMP-9含量有著緊密的聯(lián)系。李彥林等[17]研究發(fā)現(xiàn)，膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔內(nèi)注射HA可能通過干擾關節(jié)液中基質(zhì)細胞衍生因子 1（stromal cell derived factor-1, SDF-1）與軟骨細胞表面的CXCR4受體結合，阻斷細胞外信號調(diào)節(jié)酶（Erk）及相關激酶（p38MAP kinase）的信號通路，從而抑制軟骨細胞釋放MMP-3、MMP-9及MMP-13，阻止軟骨基質(zhì)降解酶與軟骨的接觸，防止軟骨基質(zhì)進一步破壞。

1.4 骨橋骨蛋白

骨橋骨蛋白（Osteopontin, OPN）是一種磷酸化糖蛋白，在骨組織中廣泛存在，可由軟骨細胞和滑膜細胞等多種細胞分泌。研究發(fā)現(xiàn)，OA患者軟骨細胞中OPN mRNA的表達量較正常軟骨增加[18]。此外，OPN在滑液、血漿和關節(jié)軟骨中的表達與進展性關節(jié)損傷有關，可作為判斷OA病情和病情進展的一個生物因子[19]。張德清等[20]發(fā)現(xiàn)，膝關節(jié)OA病情越重，關節(jié)液中OPN含量越高，當膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔注射HA后，膝關節(jié)OA關節(jié)液中OPN含量降低，且OPN含量越低，關節(jié)功能及疼痛改善越明顯，說明關節(jié)液中OPN含量變化可及時反映膝關節(jié)OA患者病情的發(fā)展和療效?？讜焄21]研究發(fā)現(xiàn)，關節(jié)腔內(nèi)注射HA治療膝關節(jié)OA是安全有效的，其作用機制與降低膝關節(jié)液中OPN含量有密切關系。

2 相關生物標志物的變化

2.1 生物標志物

隨著分子生物學的發(fā)展，不斷發(fā)現(xiàn)新的關節(jié)軟骨破壞標志物，OA的生物標志物被限定為來源于關節(jié)組織的大分子物質(zhì)，即可讓OA患者關節(jié)液或血液等體液中特異性生物標志物和蛋白酶等作為診斷OA的輔助指標。其不僅對OA的診斷有指導意義，而且是骨關節(jié)炎類藥物的臨床療效和安全評估指標之一。

2.2 Ⅱ型膠原C-端肽

Ⅱ型膠原蛋白由三段螺旋鏈狀交替構成。當OA患者發(fā)生病變時，在各類蛋白酶的降解下，Ⅱ型膠原最先裂解生成Ⅱ型膠原C-端肽（C-terminal telopeptides of type II collagen, CTX- Ⅱ ），CTX- Ⅱ 在MMPs等的降解下，三螺旋結構分裂，以小肽成分存在于體液中，可同時在血液、滑液和尿液中測到生物標志物。CHRISTGAU等[22]首先描述一種將尿CTX-Ⅱ作為軟骨退化指標的免疫測定法，這項研究表明OA患者尿CTX-Ⅱ增加，因此CTX-Ⅱ可被認為是監(jiān)測膝關節(jié)OA發(fā)生或進展的生物標志物。CONROZIER等[23]對51例單側(cè)癥狀性膝關節(jié)OA患者每周注射HA，連續(xù)注射3個月后，檢測到膝關節(jié)OA患者尿CTX-Ⅱ水平與基線相比下降，Ⅱ型膠原降解速度減慢，從而起到對軟骨的保護作用。

2.3 軟骨寡聚基質(zhì)蛋白

軟骨寡聚基質(zhì)蛋白（cartilage oligomeric matrix protein, COMP）是軟骨的原始分子標志物，是一種非膠原糖蛋白。其能激活補體系統(tǒng)，與其他蛋白質(zhì)相互作用，維持軟骨完整性，調(diào)節(jié)軟骨細胞功能和細胞死亡。ANDERSSON等[24]稱COMP是監(jiān)測軟骨損傷和預后情況的重要因子，也是確定是療效的可靠因素。有研究者發(fā)現(xiàn)，COMP濃度的增加反映OA持續(xù)發(fā)展的過程，是一個比放射性變化更加敏感的測量工具[25]。GIARRATANA等[26]對72例膝關節(jié)OA患者每周關節(jié)腔注射HA時發(fā)現(xiàn)，在最初注射前第1、6和26周COMP的濃度與膝關節(jié)OA癥狀呈負相關，結果表明COMP含量的變化是評價關節(jié)腔注射HA治療膝關節(jié)OA的重要指標之一。

2.4 硫酸軟骨素

硫酸軟骨素（chondroitin sulfate, CS）是一種天然的糖胺聚糖，廣泛存在于軟骨和細胞外基質(zhì)中，其中4- 硫酸軟骨素（chondroitin 4-sulfate, C4S）和 6- 硫酸軟骨素（chondroitin 6-sulfate, C6S）是關節(jié)軟骨中CS的主要組成成分。關節(jié)軟骨變性和破壞會引起CS釋放進入滑液，繼發(fā)性導致滑液的黏度降低，使軟骨進一步破壞。杜國輝等[27]對兔膝關節(jié)OA模型關節(jié)腔注射HA后，發(fā)現(xiàn)可減少兔關節(jié)滑液中C4S、C6S含量，從而調(diào)節(jié)軟骨蛋白聚糖的降解及合成，對維持關節(jié)軟骨正常的新陳代謝起重要作用。KUSAYAMA等[28]對73例膝關節(jié)OA患者進行5周（1次/周）內(nèi)關節(jié)腔注射HA治療，并對55例（55膝）進行分析；分別于第1和5次注射前測定C4S、C6S含量，結果顯示注射后C4S、C6S濃度降低。研究表明，關節(jié)腔注射HA可調(diào)節(jié)關節(jié)內(nèi)CS的水平，其中C4S、C6S含量降低可能對關節(jié)軟骨和滑膜有保護作用[28]。

2.5 HA

HA是一種由D-葡萄糖醛酸與N-乙酰-氨基葡萄糖反復交替組成的大型糖胺多糖，存在于滑膜液和許多其他細胞外基質(zhì)中，是軟骨基質(zhì)成分之一，在關節(jié)軟骨的柔韌性和彈性，以及維持滑膜液的粘彈性和潤滑性方面著重要作用。其也可以在關節(jié)軟骨表面形成一層保護膜，防止軟骨降解或變性。JIAO等[29]在對膝關節(jié)鏡或全膝關節(jié)置換患者進行軟骨損傷評分時，發(fā)現(xiàn)血清中HA可用于預測膝關節(jié)早期軟骨損傷。而在臨床上，當將高分子HA注入關節(jié)腔后，可以在痛覺感受器表面形成覆蓋，即能刺激滑膜內(nèi)HA的合成，又能介導軟骨細胞的增殖功能。WIIG等[30]通過兔膝關節(jié)前交叉韌帶離斷復制膝關節(jié)OA后，行關節(jié)腔注射HA，發(fā)現(xiàn)軟骨面組織修復，膠原合成增加，炎癥發(fā)生減少，受軟骨病變抑制。GUIDOLIN等[31]研究認為，在關節(jié)腔內(nèi)注射HA可重建表面軟骨細胞，改善軟骨細胞密度和代謝，從而達到治療膝關節(jié)OA的目的。綜上所述，筆者發(fā)現(xiàn)關節(jié)腔注射HA可以使其在膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔內(nèi)保持穩(wěn)定，其不僅可以防止軟骨的損傷和變性，而且可促進軟骨組織修復，減輕炎癥反應，從而阻止膝關節(jié)OA的發(fā)病進程。

2.6 Ⅱ型膠原-1

Ⅱ 型 膠 原 -1（type II collagen-1, Coll2-1） 是Ⅱ型膠原在膠原酶和明膠酶B共同解聚后形成的松弛螺旋暴露新表位的代謝物，屬于二型膠原的衍生物。DEBERG等[32]在測定OA患者的血清或滑液中Coll2-1濃度時，發(fā)現(xiàn)其濃度高于年齡匹配的正常人，進一步闡述其在診斷、預后、疾病負擔及監(jiān)測療效方面有潛在的應用價值。HENROTIN等[33]通過膝關節(jié)OA患者關節(jié)腔注射HA治療后軟骨標記物的敏感性分析顯示，HA治療組患者血清Coll2-1水平降幅高于對照組，研究發(fā)現(xiàn)關節(jié)腔內(nèi)注射HA可以顯著降低軟骨分解代謝產(chǎn)物—Coll2-1，表明其對軟骨退化有一定好處，并且在臨床試驗中可用于評估膝關節(jié)OA單個關節(jié)內(nèi)治療。特別在重癥膝關節(jié)OA患者中，關節(jié)腔注射HA可使血Coll2-1、硝基化Coll2-1水平明顯下降，從而抑制Ⅱ型膠原降解，改善關節(jié)炎癥表現(xiàn)，這反映血清中Coll2-1水平似乎是治療反應的預測因子[34]。

3 展望

雖然迄今膝關節(jié)OA發(fā)病原因仍不明確，但已有大量證據(jù)顯示膝關節(jié)OA的發(fā)生與體重、性別、年齡、外傷及遺傳等密切相關；而就膝關節(jié)OA患者個體而言，其發(fā)生可能跟關節(jié)局部生物力學異常改變有關，如關節(jié)創(chuàng)傷、關節(jié)紊亂、半月板損傷、韌帶損傷及肌肉無力等因素有關。同時，膝關節(jié)OA的發(fā)展也伴隨著滑膜炎癥的產(chǎn)生、軟骨損傷和骨贅的形成等病理過程呈進行性的病變。

HA是一種天然存在關節(jié)中，具有流體動力學特征的糖胺多糖類物質(zhì)。而關節(jié)腔注射HA治療膝關節(jié)OA的有效性及安全性已得到普遍認同，其可刺激內(nèi)生性HA進一步分泌，也可覆蓋和保護關節(jié)內(nèi)組織，鈍化疼痛感受器，抑制炎癥因子釋放及蛋白多糖物質(zhì)從軟骨基質(zhì)中游離，間接或直接抑制軟骨變性。在膝關節(jié)OA的病理過程中，筆者不僅可以發(fā)現(xiàn)多種細胞因子及生物標志物與膝關節(jié)OA的發(fā)生、發(fā)展存在密切聯(lián)系，而且當關節(jié)腔注射HA時，其含量變化似乎是治療反應的一個預測因素。本文說明生物標志物及相關細胞因子不但在診斷膝關節(jié)OA方面有重要意義，同時也對關節(jié)腔注射HA的預后和療效評估有重要指導意義。膝關節(jié)OA作為一種晚期致殘率較高的疾病，其治療應該是個體化、綜合性的多種學科結合方式。就當前而言，HA關節(jié)腔注射治療膝關節(jié)OA仍是非手術治療的重要組成部分，這對于進一步研究HA治療膝關節(jié)OA的療效提供了可靠的科學依據(jù)。

綜上所述，筆者發(fā)現(xiàn)膝關節(jié)OA的發(fā)展可能不僅與關節(jié)過度負重導致生物力學改變有關，而且與多種細胞因子和生物標志物協(xié)同參與相互作用的病理過程也有著重要的關系。