朱健 孫凱強(qiáng) 史建剛

骨關(guān)節(jié)炎(OA)是一種與年齡相關(guān)或由創(chuàng)傷引發(fā)的進(jìn)程緩慢的滑膜關(guān)節(jié)原發(fā)性非炎癥性退行性病變，致病因素較多，晚期可造成關(guān)節(jié)軟骨不可逆性損傷。OA確切發(fā)病機(jī)制尚不明確，其中與年齡相關(guān)的磨損、過(guò)度使用、遺傳病變及代謝性問題(包括肥胖、免疫應(yīng)答、糖尿病、脂肪因子等)在OA發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[1]。近年來(lái)，感覺和交感神經(jīng)纖維及其神經(jīng)遞質(zhì)在OA中的作用愈發(fā)受到關(guān)注。在胚胎肢體發(fā)育過(guò)程中，骨骼生長(zhǎng)及基質(zhì)分化等均需要血管形成，而這都依賴外周神經(jīng)系統(tǒng)的支配，因此外周神經(jīng)系統(tǒng)在骨骼生長(zhǎng)和肢體形成中發(fā)揮重要作用。近期研究表明，缺乏P物質(zhì)(SP)并切斷交感神經(jīng)的小鼠股骨機(jī)械強(qiáng)度變差、骨骼質(zhì)量減輕、骨小梁數(shù)目減少[2]。盡管正常軟骨不受神經(jīng)支配，但軟骨代謝仍受神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)和影響，這些神經(jīng)遞質(zhì)由鄰近組織神經(jīng)纖維或軟骨直接釋放[3-4]。

1 正常關(guān)節(jié)中感覺和交感神經(jīng)纖維

生長(zhǎng)軟骨的軟骨亞群和關(guān)節(jié)軟骨表面均有感覺神經(jīng)纖維分布。在大鼠膝關(guān)節(jié)中，降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)陽(yáng)性的神經(jīng)纖維在關(guān)節(jié)軟骨和半月板的分布達(dá)25 μm。這些神經(jīng)纖維存在于獨(dú)立的軟骨細(xì)胞間，提示其除經(jīng)典功能外，還具有局部營(yíng)養(yǎng)功能。然而，在軟骨骨膜及骨膜中檢測(cè)到的SP陽(yáng)性的軸突亞群被證實(shí)并不支配軟骨。目前支配軟骨的神經(jīng)纖維在結(jié)構(gòu)或分子方面的差異仍未被完全闡明。軟骨管中有感覺神經(jīng)纖維通過(guò)，且軟骨管的形成早于次級(jí)骨化中心，這些神經(jīng)纖維可能是通過(guò)釋放營(yíng)養(yǎng)因子調(diào)節(jié)滑膜關(guān)節(jié)形成，并在胚胎發(fā)育中調(diào)控肢體軟骨分化過(guò)程。

此外，骨和關(guān)節(jié)組織(如滑膜)也密集分布大量交感神經(jīng)纖維。酪氨酸羥化酶(TH)陽(yáng)性的腎上腺素能神經(jīng)纖維主要與血管伴行，但在骨膜和鄰近骨的韌帶中也存在游離的神經(jīng)纖維末梢。這些神經(jīng)纖維與骨細(xì)胞、骨髓細(xì)胞密切聯(lián)系，表明在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中交感神經(jīng)纖維對(duì)骨細(xì)胞代謝具有調(diào)節(jié)作用。

2 OA關(guān)節(jié)中感覺和交感神經(jīng)纖維

2.1 感覺神經(jīng)纖維與神經(jīng)肽

在關(guān)節(jié)軟骨表層，神經(jīng)僅存在于血管周圍，表明血管生成為神經(jīng)支配提供了基本營(yíng)養(yǎng)條件，如果無(wú)血管形成，則無(wú)神經(jīng)纖維可以在軟骨內(nèi)生長(zhǎng)，因此神經(jīng)支配評(píng)分和軟骨血管化程度可作為衡量OA嚴(yán)重程度及進(jìn)展分期的指標(biāo)。

目前OA的疼痛來(lái)源還未被完全闡明，其本質(zhì)是傷害性疼痛還是神經(jīng)性疼痛仍存在爭(zhēng)議。血管周圍生長(zhǎng)的神經(jīng)可能暴露于化學(xué)刺激和機(jī)械應(yīng)激，進(jìn)而導(dǎo)致疼痛。因此，伴隨新生血管化生長(zhǎng)的感覺神經(jīng)可能會(huì)導(dǎo)致OA患者疼痛。Murakami等[5]研究報(bào)道，在大鼠體內(nèi)注射膠原酶1周后，滑膜組織中蛋白基因產(chǎn)物(PGP)9.5和CGRP陽(yáng)性的神經(jīng)纖維密度大幅減少。亦有研究發(fā)現(xiàn)，在膝關(guān)節(jié)炎患者滑液中CGRP濃度增高，且與表示OA嚴(yán)重程度的Kellgren-Lawrence分?jǐn)?shù)提高明顯相關(guān)[6-8]。以上研究明CGRP與疼痛具有一定相關(guān)性，推測(cè)CGRP可能在OA進(jìn)展中具有時(shí)間依賴性，在OA早期伴隨血管化共同導(dǎo)致疼痛，而在OA后期CGRP濃度下降，可能存在其他因子代償，但具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

2.2 交感神經(jīng)纖維和神經(jīng)遞質(zhì)

研究發(fā)現(xiàn)，在顳下頜關(guān)節(jié)炎大鼠模型中，髁軟骨下骨室中TH陽(yáng)性神經(jīng)纖維表達(dá)和去甲腎上腺素(NE)水平均較高[9]。大鼠膝關(guān)節(jié)炎模型中軟骨下骨表達(dá)CGRP和原肌球蛋白受體激酶(TrKA)陽(yáng)性的神經(jīng)纖維明顯增加，與疼痛加重相關(guān)[10]。對(duì)于交感神經(jīng)纖維在OA不同關(guān)節(jié)腔室的進(jìn)一步分析可能有助于理解疼痛行為，同時(shí)關(guān)于交感神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)的研究也有助于理解OA代謝改變。

Eitner等[11]在正常大鼠和羊的關(guān)節(jié)滑液中發(fā)現(xiàn)與交感、感覺神經(jīng)纖維相伴行的密集毛細(xì)血管網(wǎng)。有研究將OA軟骨細(xì)胞和NE進(jìn)行3D共培養(yǎng)(軟骨區(qū)分為表層、中層和深層)后進(jìn)行免疫熒光檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OA軟骨細(xì)胞在所有3個(gè)軟骨區(qū)均表達(dá)TH，而在深部區(qū)域的二甲基亞甲藍(lán)染色強(qiáng)度最弱[12]。研究表明，血管活性腸肽(VIP)含量與關(guān)節(jié)疾病進(jìn)展及嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，推測(cè)VIP可能在OA中具有保護(hù)作用[13]。神經(jīng)肽Y(NPY)陽(yáng)性的交感神經(jīng)纖維在OA軟骨下骨和關(guān)節(jié)軟骨血管腔內(nèi)均有分布，且其數(shù)量同感覺神經(jīng)纖維一致。Wang等[14]對(duì)NPY濃度和疼痛嚴(yán)重程度進(jìn)行研究，結(jié)果顯示OA患者滑液中NPY濃度升高與Watanabe疼痛分?jǐn)?shù)增加呈正相關(guān)。因此，NPY或許為OA提供了基本的保護(hù)措施，甚至在一定程度上可逆轉(zhuǎn)OA對(duì)骨與軟組織的破壞。

3 軟骨細(xì)胞中感覺和交感神經(jīng)遞質(zhì)及其受體

3.1 感覺神經(jīng)遞質(zhì)及其受體

正常人體和OA患者的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞均可產(chǎn)生SP及CGRP，且表達(dá)兩者的受體，即NK-1受體和降鈣素受體樣受體(CRLR)。低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后，軟骨細(xì)胞及其細(xì)胞外基質(zhì)中SP及其受體表達(dá)均有升高。應(yīng)用NK-1受體拮抗劑后，SP信號(hào)通路被阻斷，軟骨細(xì)胞無(wú)法對(duì)機(jī)械刺激做出反應(yīng)，提示軟骨細(xì)胞具有應(yīng)對(duì)機(jī)械刺激的信號(hào)通路。與機(jī)械刺激相伴隨的是SP基因表達(dá)改變，表明SP可在機(jī)械應(yīng)激后維持關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)完整和功能。正常軟骨細(xì)胞和OA軟骨細(xì)胞對(duì)機(jī)械刺激反應(yīng)并不相同。與正常軟骨細(xì)胞相比，OA軟骨細(xì)胞上調(diào)了SP編碼基因速激肽A(TAC1)表達(dá)。作為TAC1基因表達(dá)的兩大主要調(diào)節(jié)物質(zhì)，轉(zhuǎn)錄因子神經(jīng)元限制性沉默因子(NRSF)和截短剪接變體(sNRSF)只在OA軟骨細(xì)胞中接受機(jī)械刺激后才發(fā)生上調(diào)[15]，表明TAC1和sNRSF與OA存在一定聯(lián)系。OA軟骨細(xì)胞接受機(jī)械刺激后，sNRSF和TAC1的mRNA表達(dá)發(fā)生改變，提示sNRSF可能參與調(diào)節(jié)OA軟骨中SP生成，因此sNRSF或許可作為預(yù)測(cè)軟骨疾病的標(biāo)志物。

3.2 交感神經(jīng)遞質(zhì)及其受體

除關(guān)節(jié)軟骨和半月板無(wú)血管區(qū)外的關(guān)節(jié)組織細(xì)胞均可產(chǎn)生交感神經(jīng)纖維和神經(jīng)遞質(zhì)。新生小鼠脛骨軟骨細(xì)胞中可檢測(cè)到β2-腎上腺素受體(AR)和α2A-AR mRNA表達(dá)，新生小鼠肋軟骨培養(yǎng)基中可檢測(cè)到α1B-AR和α1D-AR存在[16]。亦有研究認(rèn)為，在OA患者軟骨組織移植體及其內(nèi)部的軟骨源性細(xì)胞中，均存在β2-AR和α2-AR[17]。由于在OA病程中多種生物力學(xué)信號(hào)通路發(fā)生改變，且β2-腎上腺素能藥物已被證明可以影響骨組織的機(jī)械活動(dòng)，故β2-AR可能影響軟骨負(fù)荷[18]。遺傳學(xué)研究也表明，β2-AR信號(hào)通路在骨重塑的調(diào)節(jié)中具有生物相關(guān)性[19]。由交感神經(jīng)元或免疫細(xì)胞釋放的兒茶酚胺可影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)從骨髓遷移到鄰近組織的過(guò)程。因此，在壓力或炎癥狀態(tài)下交感神經(jīng)遞質(zhì)濃度的提高可能在很大程度上影響骨髓祖細(xì)胞遷移和分化。NE可抑制BMSC和OA軟骨源性祖細(xì)胞軟骨分化[17]。OA的重要標(biāo)志是炎癥反應(yīng)和固有免疫啟動(dòng)。Wang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，NE可刺激形成早期OA的病理微環(huán)境。因此，交感神經(jīng)及其遞質(zhì)可能在OA中起促進(jìn)作用。

4 軟骨下骨中感覺和交感神經(jīng)遞質(zhì)及其受體

4.1 感覺神經(jīng)遞質(zhì)及其受體

SP在骨與關(guān)節(jié)組織中廣泛分布，對(duì)其生理活動(dòng)具有重要的調(diào)節(jié)作用。如廣泛表達(dá)于骨細(xì)胞的NK-1受體揭示了SP在骨質(zhì)重建過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用。Xiao等[19]研究認(rèn)為，與骨質(zhì)疏松標(biāo)本相比，SP及CGRP和VIP免疫陽(yáng)性的OA股骨頭松質(zhì)骨平均光密度較高，其與疼痛視覺模擬評(píng)分(VAS)和骨結(jié)構(gòu)參數(shù)均呈正相關(guān)，推測(cè)SP可能導(dǎo)致和促進(jìn)疼痛發(fā)生發(fā)展。Zhen等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在OA小鼠模型中，前交叉韌帶橫斷導(dǎo)致骨重建時(shí)間和空間脫耦聯(lián)，且成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性均有所增加。作為成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的刺激劑，SP可能是治療OA的重要靶點(diǎn)。CGRP可促進(jìn)成骨基因如Runx2、堿性磷酸酶(ALP)、骨鈣素和 COL1A1基因增殖和表達(dá)。成骨細(xì)胞中環(huán)腺苷酸(cAMP)可導(dǎo)致CGRP刺激和誘發(fā)，進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平[21]。此外，CGRP誘發(fā)轉(zhuǎn)錄激活因子(ATF)-4和骨保護(hù)素(OPG)表達(dá)，兩者均有成骨作用。同時(shí)，CGRP抑制Rankl的表達(dá)，而OPG/Rankl比值升高有利于成骨細(xì)胞分化，因此CGRP具有促進(jìn)成骨細(xì)胞分化的作用。MC3T3-E1前破骨細(xì)胞系受機(jī)械刺激后，下調(diào)Rankl，上調(diào)OPG，證實(shí)CGRP具有抑制破骨細(xì)胞生成的效應(yīng)[22]。

4.2 交感神經(jīng)遞質(zhì)及其受體

交感神經(jīng)遞質(zhì)(如NE、VIP和NPY)對(duì)骨細(xì)胞生成和分化具有復(fù)雜的調(diào)節(jié)功能。應(yīng)用免疫熒光技術(shù)可在OA患者成骨細(xì)胞中檢測(cè)到α2A-AR的存在[23]。α-AR激動(dòng)劑和β-AR拮抗劑聯(lián)合使用可誘發(fā)人成骨細(xì)胞增殖，而單獨(dú)應(yīng)用β2-AR激動(dòng)劑則可抑制成骨細(xì)胞增殖。這兩種激動(dòng)劑可隨使用劑量增加而增加Rankl和OPG的表達(dá)，對(duì)破骨細(xì)胞產(chǎn)生間接調(diào)節(jié)作用。Tanaka等[24]研究發(fā)現(xiàn)，α-AR激動(dòng)劑具有成骨細(xì)胞前體效應(yīng)，表明經(jīng)α-AR激活的去甲腎上腺素能信號(hào)通路可正向調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化。

交感神經(jīng)緊張時(shí)分泌的NE可促進(jìn)廢用性骨質(zhì)流失[25]，增強(qiáng)MLO-Y4骨細(xì)胞系中Rankl表達(dá)，也可在骨細(xì)胞RAW264.7聯(lián)合培養(yǎng)基中誘導(dǎo)破骨細(xì)胞生成[26]，表明交感神經(jīng)支配改變可為局部神經(jīng)遞質(zhì)改變提供微環(huán)境。研究證明，成熟破骨細(xì)胞中存在腎上腺素受體α1D、α2B和β2蛋白表達(dá)[27]。Juhász等[28]研究證實(shí)，VIP可上調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β/骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)信號(hào)通路和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2信號(hào)通路，提高Rankl/OPG比值，進(jìn)而促進(jìn)骨生成。VIP在骨骼系統(tǒng)中具有促進(jìn)骨質(zhì)合成代謝的功能，且可防止骨和軟骨破壞。NPY具有成骨細(xì)胞作用[29]。在成骨狀態(tài)下分離的間充質(zhì)干細(xì)胞中NPY通過(guò)上調(diào)Runx2及提高ALP活性直接促進(jìn)骨生成。研究表明，在小鼠NPY受體y6R表達(dá)缺乏的骨髓源性巨噬細(xì)胞培養(yǎng)基中，由巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)/Rankl誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成能力得到提高，說(shuō)明NPY對(duì)成骨細(xì)胞具有保護(hù)作用[30]。

5 結(jié)語(yǔ)

感覺和交感神經(jīng)纖維及其神經(jīng)遞質(zhì)可影響軟骨、軟骨下骨及其他關(guān)節(jié)組織的功能和穩(wěn)態(tài)。外周神經(jīng)系統(tǒng)很大程度上參與了OA病理過(guò)程，但其確切的分子機(jī)制還需進(jìn)一步的研究。隨著分子生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，感覺和交感神經(jīng)纖維及其神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)OA病理生理過(guò)程的影響將被進(jìn)一步闡明。