張 沕 黃 遠(yuǎn) 李光第 劉日光

(貴州醫(yī)科大學(xué)，貴陽市 550001，電子郵箱：438797850@qq.com)

【提要】 骨關(guān)節(jié)炎是一種高發(fā)病率的疾病，隨著老年人口壽命的增加，骨關(guān)節(jié)炎的患病率更高。雖然骨關(guān)節(jié)炎的宏觀特征、組織學(xué)特征和生物化學(xué)特征已被廣泛研究，但軟骨退變的病理生理過程及軟骨細(xì)胞代謝分子變化仍未完全明確。本文就骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的細(xì)胞炎性因子及軟骨代謝標(biāo)志物的研究進(jìn)展做一綜述，旨在為骨關(guān)節(jié)炎中軟骨細(xì)胞退變機(jī)制研究提供參考。

骨性關(guān)節(jié)炎是以關(guān)節(jié)軟骨破壞為主要特征的退行性關(guān)節(jié)病，其中軟骨細(xì)胞的破壞與凋亡起著關(guān)鍵的作用[1]。關(guān)節(jié)軟骨是一種有彈性的負(fù)重組織，可減輕關(guān)節(jié)面摩擦，吸收機(jī)械性震蕩，具有耐磨損和潤滑的特征。關(guān)節(jié)軟骨在人類生命周期中保持完整性的機(jī)制尚未完全清楚，目前的研究證實(shí)有多種途徑可以影響其穩(wěn)定性。骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展涉及多種細(xì)胞分子途徑及軟骨代謝標(biāo)志物的變化，一些因素在早期促進(jìn)和加速軟骨的退變與破壞進(jìn)程中起著重要的作用，它們與滑膜、關(guān)節(jié)軟骨、軟骨下骨的功能改變密切相關(guān)，也參與了骨關(guān)節(jié)炎的病理變化過程，包括白細(xì)胞介素(interleukin,IL)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等炎性標(biāo)志物[2-6]和尿Ⅱ型前膠原C-末端前肽(procollagen type Ⅱ C-terminal propeptide，PⅡCP)、人Ⅱ型膠原羧基交聯(lián)肽(C-terminal crosslinking telopeptide of type Ⅱ collagen,CTX-Ⅱ)、軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)、人硫酸角質(zhì)素、人類軟骨糖蛋白-39等軟骨代謝標(biāo)志物[7-11]。因此，研究相關(guān)的炎性標(biāo)志物和軟骨代謝標(biāo)志物可為骨性關(guān)節(jié)炎的早期診斷及預(yù)后起到積極的指導(dǎo)作用，也可為骨關(guān)節(jié)炎患者的治療提供更多的潛在靶點(diǎn)以及靶向治療的準(zhǔn)確性。

1 炎性細(xì)胞因子

炎性細(xì)胞因子在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，是參與骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病最重要的因素，其通過促進(jìn)分解代謝和破壞性過程擾亂關(guān)節(jié)組織的代謝平衡，并且通過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)或加速其他炎性化合物和酶的產(chǎn)生。

1.1 IL

1.1.1 IL-1β：IL-1β可刺激關(guān)節(jié)分泌多種炎性因子[12]，其在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展進(jìn)程中既能作為獨(dú)立因素發(fā)揮作用，又能與關(guān)節(jié)軟骨及其他關(guān)節(jié)組織有關(guān)介質(zhì)相結(jié)合而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和軟骨凋亡。研究表明，Wnt拮抗劑Dickkopf-1(DKK1)和Wnt結(jié)合蛋白卷曲相關(guān)蛋白(Frizzled-related protein,FRP)是軟骨退變的拮抗因子，它們在正常的軟骨中含量較高，而在骨關(guān)節(jié)炎軟骨中的含量呈不同程度減少。正常軟骨在IL-1β刺激后，DKK1和FRP mRNA的表達(dá)量減少，從而加速軟骨的退變。β-連環(huán)蛋白在Wnt信號通路中起細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用,其在骨關(guān)節(jié)炎中呈高表達(dá)，IL-1β可以通過減少人類軟骨細(xì)胞中Wnt抑制劑的表達(dá)來誘導(dǎo)β-連環(huán)蛋白的積累，并且通過抑制DKK1的表達(dá)起到增加Wnt/β-連環(huán)蛋白信號傳導(dǎo)的作用，從而加速軟骨的退變[13-14]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，IL-1β還參與軟骨細(xì)胞中MMP的調(diào)控，其中主要調(diào)控MMP-1、3、13，它們的活性增加或過度表達(dá)均對軟骨成分具有破壞性作用[15]。從上述研究結(jié)果可以得出，關(guān)節(jié)軟骨的退變可能與IL-1β刺激下產(chǎn)生的因子及部分信號通路活躍相關(guān)，故直接或者間接阻斷IL-1β刺激下部分因子的產(chǎn)生及通道的激活，可能有助于骨關(guān)節(jié)炎的治療。

1.1.2 IL-6：IL-6是一種重要的炎癥介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，與正?；こ衫w維細(xì)胞相比，骨關(guān)節(jié)炎的滑膜成纖維細(xì)胞中IL-6啟動子區(qū)可發(fā)生DNA低甲基化和組蛋白高乙?；ㄟ^增強(qiáng)IL-6啟動子區(qū)DNA甲基化與降低組蛋白乙?；?，可使IL-6在骨關(guān)節(jié)炎的表達(dá)明顯受到抑制[16]。研究表明，肥胖骨關(guān)節(jié)炎患者中，軟骨細(xì)胞來源的IL-6可誘導(dǎo)滑膜成纖維細(xì)胞分泌IL-6，而在炎癥反應(yīng)中肥胖相關(guān)的脂肪因子可以增強(qiáng)軟骨細(xì)胞-滑膜細(xì)胞交叉介導(dǎo)的IL-6分泌，導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎患者產(chǎn)生更多的IL-6[17]。因此，在臨床上檢測患者的血清或關(guān)節(jié)內(nèi)IL-6的含量有助于病情的判斷。

1.1.3 IL-8：IL-8是在病理狀態(tài)下存在的炎性趨化因子，參與破骨細(xì)胞生成和骨吸收過程，同時IL-8也可增加轉(zhuǎn)移性骨質(zhì)溶解[18]。由人骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的IL-8是骨關(guān)節(jié)炎病理生理機(jī)制的重要介質(zhì)，可促進(jìn)多種致病過程的發(fā)生與進(jìn)展，如誘導(dǎo)MMP-13釋放、促進(jìn)中性粒細(xì)胞聚集和活化、導(dǎo)致白細(xì)胞歸巢到滑膜等。相關(guān)研究顯示，與正常軟骨細(xì)胞相比，骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞中IL-8的水平顯著增加，可誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞肥大和分化[19]。由此可見，IL-8在骨關(guān)節(jié)炎炎癥中起到重要的“助力”作用，骨關(guān)節(jié)炎的疾病進(jìn)展與關(guān)節(jié)癥狀可能可以通過調(diào)節(jié)和控制IL-8的表達(dá)而得到改善。

1.1.4 IL-18：IL-18具有類似于IL-1的結(jié)構(gòu)，因此被認(rèn)為是IL-1超家族的成員。 IL-18具有多種生物活性，可誘導(dǎo)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、環(huán)氧化酶-2和IL-6等基因的表達(dá)，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞的變性以及炎癥反應(yīng)，同時可誘導(dǎo)滑膜細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[20]。

1.2 TNF-α TNF-α是參與全身炎癥反應(yīng)的細(xì)胞信號傳導(dǎo)蛋白，被認(rèn)為是參與骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病過程中病理生理過程的關(guān)鍵炎性細(xì)胞因子。TNF-α可以誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞中MMP、含凝血酶敏感蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶(已被證實(shí)可破壞軟骨細(xì)胞外基質(zhì)，進(jìn)一步加速骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展[21])的表達(dá)增多，也可誘導(dǎo)IL-1β、IL-6表達(dá)上調(diào)[22]。最新研究發(fā)現(xiàn)，消除TNF-α可以減少其他關(guān)聯(lián)炎性因子的產(chǎn)生和軟骨基質(zhì)的降解，從而達(dá)到減緩骨關(guān)節(jié)炎病程惡化進(jìn)程的效果[22]。

1.3 MCP-1 MCP-1是參與骨關(guān)節(jié)炎的趨化因子之一，由成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞、T細(xì)胞等分泌，又名趨化因子配體2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，其受體為人CC趨化因子受體2(C-C motif chemokine receptor 2,CCR2)。MCP-1被認(rèn)為在炎癥過程中起著關(guān)鍵作用，其可將單核細(xì)胞、記憶T細(xì)胞和樹突細(xì)胞聚集在組織損傷或產(chǎn)生感染的炎癥部位[23-24]。 Raghu等[25]通過動物、人體樣本體外實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)在骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)滑液中CCR2的水平升高，而CCR2引起的巨噬細(xì)胞的侵入與骨關(guān)節(jié)炎軟骨的侵蝕有關(guān)；動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻斷CCL2/CCR2信號傳導(dǎo)通路后，小鼠骨關(guān)節(jié)炎軟骨中的巨噬細(xì)胞積聚、滑膜炎和軟骨損傷均明顯減輕。Miotla Zarebska等[26]發(fā)現(xiàn)拮抗CCL2/CCR2軸或許可以減輕骨關(guān)節(jié)炎的疼痛，但對改善疾病病情無效。由此可見，MCP-1的選擇性靶向作用在一定程度上為骨關(guān)節(jié)炎的治療提供新的方法。

1.4 MMP-3與MMP-13 MMP-3是具有細(xì)胞外活性的鋅依賴性內(nèi)肽酶，其在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病中也發(fā)揮著重要作用[27]。在骨關(guān)節(jié)炎滑膜細(xì)胞中，MMP-3的表達(dá)水平較高[28]；而中晚期骨關(guān)節(jié)炎患者的MMP-3表達(dá)水平明顯高于早期骨關(guān)節(jié)炎患者和健康對照者[29]，且隨著時間的推移，MMP-3的表達(dá)水平與軟骨體積的減少有關(guān)[30]。MMP-13是基質(zhì)金屬蛋白酶家屬成員之一，在正常成人組織中幾乎檢測不到，但在骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)軟骨中過表達(dá)，其在骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)中作為細(xì)胞外基質(zhì)降解酶而發(fā)揮作用，其是軟骨降解網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)[31]。研究表明，MMP-13參與了骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生[32]，其可直接降解軟骨基質(zhì)[33]，從而加速關(guān)節(jié)軟骨的退變，進(jìn)而加重骨關(guān)節(jié)炎。由此可見MMP-3、MMP-13與骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)系非常密切，其或可作為骨關(guān)節(jié)炎早期預(yù)診、治療以及預(yù)后的一項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)。

2 軟骨代謝標(biāo)志物

軟骨代謝標(biāo)志物是反應(yīng)軟骨結(jié)構(gòu)改變的重要指標(biāo)，其在一定程度上可評估骨關(guān)節(jié)炎患者重要關(guān)節(jié)退變的情況。

2.1 CTX-Ⅱ 關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)主要由Ⅱ型膠原蛋白構(gòu)成，CTX-Ⅱ?yàn)棰蛐湍z原蛋白的分解產(chǎn)物之一，可在尿液、血清和關(guān)節(jié)滑液中檢測到[34]，其對軟骨細(xì)胞損傷的檢測有一定意義，與骨關(guān)節(jié)炎的病情發(fā)展有關(guān)[35]：骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞降解后，CTX-Ⅱ可釋放到血清和尿液中，導(dǎo)致CTX-Ⅱ濃度升高。

2.2 PⅡCP PⅡCP是在Ⅱ型膠原合成過程中產(chǎn)生的C-末端肽，故PⅡCP可作為軟骨中Ⅱ型膠原蛋白合成狀況的指標(biāo)。Sugiyama等[8]發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液中PⅡCP水平的增加預(yù)示疾病早期關(guān)節(jié)間隙存在逐漸縮小(骨關(guān)節(jié)炎的典型征兆之一)的可能。Kinoshita等[36]也發(fā)現(xiàn)較低的血清PⅡCP水平(表明軟骨合成的減少)與較小的關(guān)節(jié)間隙寬度相關(guān)。因此，滑液中PⅡCP的量化可以為早期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者的預(yù)后提供一定參考意義。

2.3 COMP COMP是血小板反應(yīng)蛋白家族的一種分泌型五聚體非膠原糖蛋白，可以與Ⅰ、Ⅱ和Ⅸ型膠原蛋白結(jié)合，以同型五聚體結(jié)構(gòu)參與軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的合成和穩(wěn)定，可穩(wěn)定膠原蛋白，增加軟骨基質(zhì)形成和減少軟骨細(xì)胞死亡[37]。COMP是關(guān)節(jié)軟骨的重要降解產(chǎn)物，滑液和血清中的COMP水平可能與軟骨損傷有關(guān)。Verma等[38]研究顯示，在骨關(guān)節(jié)炎早期，常規(guī)X線并不能看到膝關(guān)節(jié)軟骨的損傷，但血清中COMP的水平已升高。由此可見，在臨床上影像學(xué)證據(jù)顯現(xiàn)前，體液中COMP的水平已有明顯改變，因此其或許可作為骨關(guān)節(jié)炎疾病預(yù)診、監(jiān)測的特征性標(biāo)志物。

2.4 硫酸角質(zhì)素 硫酸角質(zhì)素是一種糖胺聚糖，特異性分布在軟骨、角膜和腦中，軟骨深層硫酸角質(zhì)素含量較表層更多。Fawthrop等[39]認(rèn)為關(guān)節(jié)滑液中硫酸角質(zhì)素的水平在評估骨關(guān)節(jié)炎預(yù)后方面無意義，但Tang等[40]證實(shí)了血清中硫酸角質(zhì)素水平與骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展有關(guān)，在骨關(guān)節(jié)炎的早期可見硫酸角質(zhì)素有短暫升高。關(guān)于硫酸角質(zhì)素與骨關(guān)節(jié)炎病情的文獻(xiàn)較少，且二者的關(guān)系尚未有明確定論，仍需進(jìn)一步研究。

2.5 甲殼質(zhì)酶-39 甲殼質(zhì)酶-39是軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞的主要分泌產(chǎn)物，在正常軟骨中表達(dá)較低，但在炎癥和退行性關(guān)節(jié)疾病中表達(dá)增加，其可能在骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)的軟骨重塑/退化和滑膜炎中起重要作用[41]。有研究結(jié)果顯示，血清中甲殼質(zhì)酶-39的濃度與骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)中滑膜炎、軟骨損傷及骨贅形成相關(guān)，提示其與骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展關(guān)系密切[42]。因此，檢測血清中甲殼質(zhì)酶-39的水平可以用來評估關(guān)節(jié)退變及破壞的程度，為骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷、靶向治療或預(yù)后提供新的依據(jù)。

3 小 結(jié)

綜上所述，細(xì)胞因子和軟骨代謝標(biāo)志物在骨關(guān)節(jié)炎患者中均有不同程度的變化，其可為骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷提供一定的參考，也為骨關(guān)節(jié)炎患者的治療提供多種新的方案。在未來的研究中，我們應(yīng)致力于尋找一種有效且安全的方法來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子及其信號通路，通過體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步評估治療骨關(guān)節(jié)炎的有效潛在靶點(diǎn)，從而提高治療效果，減少患者的疼痛，達(dá)到減緩或停止骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展的目的。