李亞東 楊磊落 李琦哲 張皖茜 葉川（通訊作者）

（1貴州醫(yī)科大學(xué) 貴州 貴陽 550004）

（2貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科 貴州 貴陽 550004）

（3貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)科 貴州 貴陽 550004）

（4貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科 貴州 貴陽 550004）

骨性關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis，OA）是一種常見的臨床疾病，晚期可導(dǎo)致嚴(yán)重的疼痛不適，甚至造成肌肉萎縮、關(guān)節(jié)畸形和殘疾。目前骨性關(guān)節(jié)炎的診斷標(biāo)準(zhǔn)是普通的X線檢查關(guān)節(jié)面軟骨已有明顯退變或損傷。磁共振成像和超聲雖然在OA早期診斷具有極為重要的臨床意義，但這些檢查方法都是基于軟骨形態(tài)學(xué)變化，有一定的滯后性且有時間長、價格高等局限性并非首選的檢查方法。研究結(jié)果顯示，關(guān)節(jié)軟骨損傷的生化改變早于形態(tài)學(xué)改變。

隨著分子生物及生化檢查技術(shù)的不斷更新，關(guān)節(jié)液中相關(guān)生物標(biāo)志物在OA診斷及及治療方面的重要作用，越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，現(xiàn)就與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的幾種常見生物學(xué)標(biāo)志物的研究進(jìn)行綜述。

1.關(guān)節(jié)軟骨代謝標(biāo)志物

關(guān)節(jié)軟骨屬于透明軟骨，軟骨表面光關(guān)節(jié)滑，其覆蓋于骨關(guān)節(jié)表面，能減少相鄰兩骨的摩擦、吸收應(yīng)力、緩沖運(yùn)動時關(guān)節(jié)震蕩、增加關(guān)節(jié)潤滑等作用；由于關(guān)節(jié)軟骨由于無血管、神經(jīng)和淋巴管,損傷后自我修復(fù)能力極差，故而軟骨組織修復(fù)再生能力較之于骨組織較弱；當(dāng)軟骨發(fā)生退變時眾多小分子結(jié)構(gòu)釋放至關(guān)節(jié)液中，因此在關(guān)節(jié)液中尋找OA的特異性標(biāo)志物可用于OA的早期診斷。

1.1 軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(Cartilage Oligomeric Matrix Protein，COMP)

軟骨寡聚基質(zhì)蛋白最先是從軟骨中發(fā)現(xiàn)，是軟骨中的非膠原蛋白成分。COMP主要表達(dá)在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中，包括交叉韌帶、半月板和滑膜，主要由軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞分泌，在軟骨內(nèi)高表達(dá)具有明顯的組織特異性；Lorenzo[1]等通過對骨性關(guān)節(jié)炎、急性創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)液進(jìn)行生化檢測分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在幾種關(guān)節(jié)炎患者中，OA患者關(guān)節(jié)液的COMP水平最高。Bai等[2]研究結(jié)果顯示，骨性關(guān)節(jié)炎模型兔Mankin評分及關(guān)節(jié)液COMP水平高于對照組，且COMP水平越高、Mankin評分也隨之增高；因此，檢測關(guān)節(jié)液中COMP水平可評價OA患者早期病變嚴(yán)重程度和作為中晚期KOA的診斷指標(biāo)。

1.2 基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix Metalloproteinases,MMPs）

基質(zhì)金屬蛋白（MMPS）是一種能夠降解幾乎所有類型金屬蛋白酶的細(xì)胞外基質(zhì)，它們在生理過程中發(fā)揮著廣泛的作用[3]；而骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展的核心是關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的合成及分解代謝之間的動態(tài)平衡被打破，軟骨中MMPS蛋白表達(dá)增強(qiáng)，蛋白活性增強(qiáng)，從而影響軟骨細(xì)胞的表達(dá),促進(jìn)MMPs分泌,導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)大量降解,造成軟骨破壞；目前已發(fā)現(xiàn)多種MMPs，比喻MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-12、MMP-13等。符維廣等[4]通過對收42例3級與4級膝骨關(guān)節(jié)炎均行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者作為研究對象，發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液中MMP-13水平顯著高于3級膝骨關(guān)節(jié)炎患者，表明MMP-13可能在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病、發(fā)展中起作用；Pengas等[5]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，骨性關(guān)節(jié)炎患者中關(guān)節(jié)液中MMP-3水平明顯增加,并且隨著膝關(guān)節(jié)影像學(xué)分級增加，關(guān)節(jié)液中MMP-3水平也相應(yīng)增加。因此關(guān)節(jié)液中MMPs可作為一個預(yù)測膝骨性關(guān)節(jié)炎及分級的生物學(xué)標(biāo)志物。

2.滑膜代謝相關(guān)標(biāo)志物

滑膜是關(guān)節(jié)囊的內(nèi)層、淡紅色、平滑閃光、薄而柔潤，由疏松結(jié)蹄組織組成，滑膜分泌滑液，其產(chǎn)生的透明質(zhì)酸和潤滑素在關(guān)節(jié)中起重要作用，能有效較少關(guān)節(jié)表面的摩擦。OA病變主要累及關(guān)節(jié)軟骨、整個滑膜關(guān)節(jié)器官，包括半月板、滑膜、韌帶、關(guān)節(jié)囊、軟骨下骨及肌其中滑膜，還參與OA的軟骨退變過程；滑膜炎癥是OA的病理性改變，從OA患者關(guān)節(jié)液中尋找滑膜病變潛在的生物標(biāo)志物已經(jīng)受到眾多國內(nèi)外學(xué)者的重視。

2.1 透明質(zhì)酸 (hyaluronate，HA）

透明質(zhì)酸，是一種廣泛存在于人體和其它生物的高分子非蛋白屬酸性粘多糖物質(zhì)，是關(guān)節(jié)液及軟骨基質(zhì)的主要組成成分，關(guān)節(jié)液中正常水平及正常屬性的HA對維持關(guān)節(jié)功能起著至關(guān)重要的作用，它能與糖蛋白、磷脂結(jié)合粘合于關(guān)節(jié)軟骨表面，保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨、減少關(guān)節(jié)間的摩擦及阻力，與蛋白質(zhì)結(jié)合游離于關(guān)節(jié)液中，起潤滑作用。有關(guān)研究報道[6]，OA關(guān)節(jié)液中HA水平有不同程度降低，目前已證實(shí)OA患者關(guān)節(jié)液中的HA水平、分子量及粘滯性均低于正常[7]，致使HA失去正常的生理功能。Fabrizio Russo[8]等人研究研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)液中HA濃度和分子量都降低，從而降低了滑液的粘彈性，增加了關(guān)節(jié)面間的摩擦，因此通過關(guān)節(jié)腔注射HA可明顯緩解OA患者的關(guān)節(jié)疼痛、腫脹、關(guān)節(jié)積液、運(yùn)動障礙等臨床癥狀，無明顯的副作用，耐受性好。因此通過檢測關(guān)節(jié)液中HA濃度有助于膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的早期診斷，為臨床治療提供參考。

2.2 人軟骨糖蛋白（YKL-40）

YKL-40是由人關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞、軟骨細(xì)胞分泌的一種糖蛋白，也可由軟骨細(xì)胞及中性粒細(xì)胞分泌，在炎癥和組織重塑中起重要作用。Karalilova[9]通過對50例炎性退行性關(guān)節(jié)病的患者關(guān)節(jié)液中 YKL-40表達(dá)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與正常成人相比，骨性關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)液中YKL-40水平顯著升高。Dündar[10]研究發(fā)現(xiàn)血清YKL-40水平受滑膜液YKL-40水平的影響，嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者血清和滑膜液YKL-40水平升高8～10倍。

3.細(xì)胞因子類相關(guān)標(biāo)志物

OA最初被認(rèn)為是一種非炎癥性疾病，隨著深入的研究，發(fā)現(xiàn)OA與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，由于炎性細(xì)胞因子破壞了軟骨細(xì)胞的合成與分解代謝平衡，進(jìn)而在OA發(fā)生與發(fā)展起著重要作用，近年來有研究報道[11]，膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)液中炎性因子水平增高，加速關(guān)節(jié)軟骨及滑膜的損傷，導(dǎo)致骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

3.1 炎性細(xì)胞因子

炎性細(xì)胞因子破壞了軟骨細(xì)胞的合成及分解代謝的動態(tài)平衡，在OA發(fā)生與發(fā)展中起重要作用[12]。目前研究較多的骨性關(guān)節(jié)炎相關(guān)的炎性細(xì)胞因子主要有IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17、FGF2、TNF-α、NO等；Wang[13]等研究發(fā)現(xiàn)，肥胖患者骨關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)液、滑膜、軟骨下骨和軟骨中IL-1、TNF-α和IL-6水平升高，并且IL-1、TNF-α和IL-6還可誘導(dǎo)和促進(jìn)其他細(xì)胞因子、MMPs和前列腺素的產(chǎn)生，抑制蛋白多糖和Ⅱ型膠原的合成，從而在骨關(guān)節(jié)炎軟骨基質(zhì)降解和骨吸收中起關(guān)鍵作用；Bai[12]通過對確診的OA患者進(jìn)行脛骨高位截骨術(shù)（hight tibial osteotomy，HTO）治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)前OA患者關(guān)節(jié)滑液IL-1β、IL-6、IL-17含量均增高；Snelling[14]對兩組患者行髖關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)OA分層后，發(fā)現(xiàn)IL-17可檢測明顯升高，且IL-17可促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）的產(chǎn)生，促進(jìn)破骨細(xì)胞的生長，抑制成骨細(xì)胞的活性。

3.2 脂肪細(xì)胞因子

現(xiàn)今已知脂肪因子是一類新的化合物，隨著越來越多的對脂肪細(xì)胞因子研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞因子不僅與肥胖、糖尿病等的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)；此外脂肪因子還是代謝綜合征、免疫系統(tǒng)和關(guān)節(jié)之間的分子鏈接物，脂肪來源的脂肪因子導(dǎo)致軟骨降解和軟骨下骨成骨細(xì)胞生長異常，從而破壞關(guān)節(jié)[15]；抵抗素是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的脂肪細(xì)胞因子，抵抗素誘導(dǎo)促炎因子的表達(dá)等降解酶，導(dǎo)致軟骨基質(zhì)合成的抑制作用；Zhao[16]等研究發(fā)現(xiàn)OA患者和RA患者關(guān)節(jié)液中的抵抗素水平顯著高于健康受試者；Calvet[17]研究通過研究分析得出關(guān)節(jié)液中不同的脂肪因子與KOA嚴(yán)重程度之間存在不同的關(guān)聯(lián)模式，其中抵抗素與膝關(guān)節(jié)功能及致殘有關(guān)；越來越多的證據(jù)表明，關(guān)節(jié)液中抵抗素的檢測可有助于關(guān)節(jié)炎的早期發(fā)現(xiàn)，并可作為一種評估骨性關(guān)節(jié)炎病變程度的生物標(biāo)志物。

4.結(jié)晶體及磨損顆粒相關(guān)標(biāo)志物

骨性關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)液中可發(fā)現(xiàn)不同類型的結(jié)晶體及磨損顆粒，在OA中，研究較多的焦磷酸鈣二水化合物(CCP)、堿性磷酸鈣（BCP）及軟骨磨損顆粒(CWP)；有研究發(fā)現(xiàn)CCP和BCP最常于OA患者的關(guān)節(jié)液中[18]。因此探尋關(guān)節(jié)液中晶體、軟骨磨損顆粒相關(guān)標(biāo)志物可對OA早期診斷、病情評估、預(yù)后及療效評估提供一種新的方法。

4.1 結(jié)晶體

堿性磷酸鈣（Basic Calcium Phosphate BCP）和焦磷酸鈣二水化合物（CCP）晶體是近年研究比較熱的兩種晶體，其可引起炎癥和關(guān)節(jié)炎，關(guān)節(jié)內(nèi)結(jié)晶體的存在與加快疾病的進(jìn)展有關(guān)，提示晶體可能參與了疾病的過程且其在OA中存在潛在的致病作用；Rong[19]等通過BCP晶體誘導(dǎo)原發(fā)性軟骨細(xì)胞骨關(guān)節(jié)炎試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BCP通過鈣介入CaMK2的激活誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞表型標(biāo)志物表達(dá)發(fā)生骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)改變.

4.2 磨損顆粒

磨損過程常發(fā)生于關(guān)節(jié)滑膜中從而導(dǎo)致磨損顆粒的產(chǎn)生，而軟骨降解導(dǎo)致關(guān)節(jié)液中存在的磨損顆粒比臨床診斷的軟骨更易獲得。Meizhai[20]通過對25例患者的關(guān)節(jié)液進(jìn)行分析得出，葉狀顆粒呈扁平狀，形狀不規(guī)則，多見于健康關(guān)節(jié)，圓形顆粒常見健康關(guān)節(jié)內(nèi)，輕度骨關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)內(nèi)多見于細(xì)長的棒狀顆粒，不規(guī)則的顆粒多見于重度OA患者關(guān)節(jié)內(nèi)，顆粒表面檢測重度OA顆粒較輕度OA顆粒光滑。Estell[21]發(fā)現(xiàn)磨損顆粒顯著增加了一氧化氮、白細(xì)胞介素-6、-8、基質(zhì)金屬蛋白酶-9、-10、-13的增殖和釋放，表明軟骨磨損顆粒在骨關(guān)節(jié)炎環(huán)境中一個相關(guān)物理因素，通過早期調(diào)節(jié)滑膜細(xì)胞在疾病早期和晚期的行為，是使促炎級聯(lián)和促降解持續(xù)存在。

5.小結(jié)

目前關(guān)于OA相關(guān)的生物標(biāo)記物的研究仍然是一個熱點(diǎn)話題，眾多的骨性關(guān)節(jié)炎生物學(xué)標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)，對早期骨性關(guān)節(jié)炎診斷及預(yù)判有重要的指導(dǎo)意義，而且也可作為關(guān)節(jié)炎治療后及藥物開發(fā)中臨床效果和安全評價的重要指標(biāo)。但OA的臨床生化檢測還需更多的理論支持和實(shí)踐，相信廣大醫(yī)學(xué)工作者的不斷挖掘及努力，相關(guān)的生物標(biāo)志物必將成為骨性關(guān)節(jié)炎早期診斷、評估新指標(biāo)、治療新靶點(diǎn)及預(yù)后判斷的新標(biāo)志物。