保超宇 潘斯學(xué) 夏吉良 何光雄 向俊宜 李具寶*

1.云南中醫(yī)藥大學(xué)，云南 昆明 650500

2.云南省中醫(yī)醫(yī)院，云南 昆明 650021

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是目前最常見(jiàn)的關(guān)節(jié)炎類(lèi)型，OA的病理生理學(xué)研究不足，目前唯一的終點(diǎn)治療仍然是關(guān)節(jié)置換手術(shù)[1]。OA已成為世界上第四大致殘?jiān)颍o世界帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。疼痛是骨關(guān)節(jié)炎患者中最常見(jiàn)的癥狀，也是導(dǎo)致健康相關(guān)生活質(zhì)量(health-related quality of life，HRQOL)下降的最重要原因之一[3]。目前尚缺乏有效的治療手段來(lái)改善OA軟骨的病理改變，逆轉(zhuǎn)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展[4]。目前離子通道學(xué)說(shuō)在關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制中的研究越來(lái)越多，因此本文將對(duì)離子通道在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制中的作用進(jìn)行系統(tǒng)綜述，以期為OA的靶向治療和藥物研發(fā)提供參考。

1 電壓門(mén)控鈉通道NaV1.7

電壓門(mén)控鈉通道NaV1.7在傳遞傷害性信息中起著關(guān)鍵作用，這個(gè)通道在人類(lèi)遺傳性疼痛疾病中有很大的相關(guān)性，并且是一個(gè)被證實(shí)的疼痛靶點(diǎn)[5]。電壓門(mén)控鈉通道NaV1.7的突變可導(dǎo)致痛感的改變，如OA等慢性疼痛疾病[6]。

疼痛是通過(guò)特殊的神經(jīng)細(xì)胞介導(dǎo)的，當(dāng)潛在的有害物質(zhì)影響到身體的某個(gè)部位時(shí)，這些神經(jīng)細(xì)胞就會(huì)被激活，它們有一個(gè)特殊的離子通道，在把疼痛信號(hào)發(fā)送給大腦的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。

隨著測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，在破譯的序列中，有一個(gè)基因負(fù)責(zé)制造Nav1.7的離子通道蛋白質(zhì)，位于神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)的Nav1.7起著鈉離子通道的作用。該通道允許鈉離子通過(guò)神經(jīng)元傳導(dǎo)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的變化做出反應(yīng)膜電位?？刂迫祟?lèi)疼痛的SCN9A基因(編碼Nav1.7蛋白)的功能缺失突變會(huì)導(dǎo)致對(duì)疼痛不敏感[7]和嗅覺(jué)缺失[8]。為了確定這些變化是否會(huì)對(duì)Nav1.7的功能造成很大影響，研究人員將序列插入青蛙卵和人類(lèi)腎臟組織中。結(jié)果顯示，將任何一種氨基酸換掉都沒(méi)有產(chǎn)生什么影響，但這3個(gè)變化加在一起，使Nav1.7突變成一個(gè)觸發(fā)性通道，能比未突變形式更快地觸發(fā)疼痛沖動(dòng)。最終，研究人員確定鈉通道Nav1.7對(duì)于周?chē)弁赐緩降漠a(chǎn)生和傳導(dǎo)至關(guān)重要[9]。

2 嘌呤類(lèi)受體P2X3

感覺(jué)神經(jīng)的免疫組織化學(xué)證據(jù)表明，P2X3亞單位集中在兩個(gè)外周神經(jīng)以及初級(jí)細(xì)胞的細(xì)胞體感覺(jué)傳入[10]，位于P2X3在關(guān)鍵部位包含受體以啟動(dòng)和調(diào)節(jié)傷害性活動(dòng)。P2X3受體作為治療慢性疼痛的靶點(diǎn)，有幾種三磷酸腺苷(ATP)來(lái)源能夠啟動(dòng)P2X3介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)。據(jù)估計(jì)，ATP的胞漿濃度為1～10 mmol(Millimole，mM)[11]；因此，損傷后可以釋放大量ATP。事實(shí)上，在人體切口模型中皮膚受傷后細(xì)胞外ATP含量從0.18 μm3/5 min增加到14 μm3/5 min，濃度高到足以直接激活含有P2X3的受體[12]。在外周，三磷酸腺苷可作為一種“損傷”通過(guò)主動(dòng)的囊泡釋放從炎癥細(xì)胞中釋放信號(hào)[13]，可直接作用于周?chē)窠?jīng)上含有P2X3的受體，從而啟動(dòng)傷害性反應(yīng)。

ATP是傷害性感受途徑的關(guān)鍵調(diào)制器。從受傷的組織或交感傳出物釋放ATP對(duì)周?chē)母杏X(jué)神經(jīng)元有致敏作用，突觸前從中央終端釋放ATP可增加谷氨酸的釋放，從而增強(qiáng)下游中樞致敏機(jī)制，這一情況被認(rèn)為是許多慢性疼痛的基礎(chǔ)。感覺(jué)神經(jīng)上主要負(fù)責(zé)ATP信號(hào)傳導(dǎo)的嘌呤能受體是P2X3和P2X2/3。選擇性敲除實(shí)驗(yàn)或小分子抑制表明，含有P2X3的受體是調(diào)節(jié)傷害性感受信號(hào)的關(guān)鍵靶點(diǎn)。臨床前研究[14]已經(jīng)確認(rèn)含有P2X3的受體對(duì)關(guān)節(jié)的感覺(jué)傳導(dǎo)至關(guān)重要，臨床研究也顯示了治療骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)疼痛的前景。

有研究證據(jù)表明含有P2X3受體的藥物是治療某些類(lèi)型慢性疼痛的一個(gè)重要靶點(diǎn)：①發(fā)現(xiàn)P2X3激動(dòng)劑導(dǎo)致在受傷或炎癥組織中ATP水平升高[15]；②P2X3亞單位在臨床疼痛癥狀前和臨床疼痛癥狀后的感覺(jué)神經(jīng)元中均有表達(dá)組織[16]；③神經(jīng)元中P2X3的表達(dá)顯示出與神經(jīng)損傷部位同側(cè)的可塑性[17]；④P2X3-含有受體激動(dòng)劑的藥物可直接激活感覺(jué)纖維，并在臨床疼痛癥狀前和臨床疼痛癥狀后引起傷害性行為[18]。

含有P2X3受體獨(dú)特結(jié)構(gòu)的拮抗劑已在臨床前疼痛模型中證明有效。吉法匹生(Gefapixant)是一種含有P2X3的選擇性受體拮抗劑[19]，在兩種OA模型中進(jìn)行了檢測(cè)：弗氏完全佐劑(complete freund’s adjuvant，CFA)和單碘乙酸誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)性骨關(guān)節(jié)炎模型。當(dāng)以30 mg/kg的速度口服給藥并停藥時(shí)，Gefapixant顯示出強(qiáng)烈的超敏反應(yīng)逆轉(zhuǎn)閾值(馮·弗雷)和主要療效終點(diǎn)，兩種模型的療效與萘普生相似。OA模型中，Gefapixant完全逆轉(zhuǎn)機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏，和加巴噴丁相比具有等效終點(diǎn)。最后，分離出兩種具有代表性的P2X3選擇性受體拮抗劑MK-3901和MK-2548，臨床研究結(jié)果表明P2X3受體拮抗劑對(duì)OA模型治療有效。OA是最常見(jiàn)的慢性疼痛疾病之一，也是最難管理的一種病變。選擇性P2X3受體拮抗劑已被證明在OA模型中治療疼痛有效[20]。

3 瞬時(shí)感受器電位受體TRPV1

炎性細(xì)胞因子在OA的發(fā)生和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用[21]。關(guān)節(jié)內(nèi)促炎和抗炎細(xì)胞因子共同維持動(dòng)態(tài)平衡，符合關(guān)節(jié)軟骨的生理代謝需求。但促炎細(xì)胞因子與抗炎細(xì)胞因子的動(dòng)態(tài)失衡可導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)軟骨代謝異常，進(jìn)而導(dǎo)致變形、丟失和軟骨異常再生，最終破壞膝關(guān)節(jié)的正常結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的修復(fù)方法有一些固有的缺點(diǎn)，而結(jié)合促炎和抗炎細(xì)胞因子為OA提供了一種新的治療方法。與OA相關(guān)的促炎因子，包括IL-1、TNF-lin、IL-6、IL-15、IL-17和IL-18，以及減少OA相關(guān)關(guān)節(jié)損傷的關(guān)鍵抗炎因子，包括IL-4、胰島素樣生長(zhǎng)因子，促炎作用超過(guò)抗炎細(xì)胞因子作用最終導(dǎo)致OA的發(fā)生。

炎癥是一種機(jī)體的自我防御，是為了刺激炎性細(xì)胞對(duì)抗病原體和被破壞的組織再生。它與免疫細(xì)胞和促炎因子(細(xì)胞因子、趨化因子)的分泌密切相關(guān)[22]。目前，隨著研究的深入，炎癥的過(guò)程越來(lái)越受到關(guān)注。TRPV1作為一種與神經(jīng)源性疼痛相關(guān)的疼痛和熱傳感器，主要與神經(jīng)源性炎癥有關(guān)[23]。然而，在mRNA和蛋白質(zhì)水平上表達(dá)，TRPV1也在非神經(jīng)細(xì)胞類(lèi)型表達(dá)，因此，最近的研究表明TRPV1在其他炎癥性疾病中，如OA、類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病中起重要作用[24]。TRPV1在炎癥過(guò)程中的作用尚不明確，TRPV1的激活主要與誘導(dǎo)有關(guān)，但最近的研究也證明了它的抗炎特性[25]?；赥RPV1與炎癥過(guò)程的研究表明，(1)炎癥組織中TRPV1激活并過(guò)度表達(dá)；(2)應(yīng)用TRPV1拮抗劑或TRPV1基因消融術(shù)可引起炎癥發(fā)生；(3)TRPV1激活與相關(guān)性促炎細(xì)胞因子的基因表達(dá)相關(guān)。

在Hoffmeister等[26]的研究中，TRPV1是在急性期與痛覺(jué)和炎癥有關(guān)。大鼠關(guān)節(jié)注射尿酸單鈉誘導(dǎo)痛覺(jué)過(guò)敏、痛覺(jué)超敏、白細(xì)胞浸潤(rùn)和IL-1β產(chǎn)生，應(yīng)用TRPV1拮抗劑SB366791可抑制這些反應(yīng)。注射TRPV1拮抗劑也減少了傷害感和相關(guān)的疼痛表現(xiàn)。尿酸單鈉晶體增加了TRPV1在關(guān)節(jié)組織中的相關(guān)炎癥反應(yīng)峰值和傷害性感受的表達(dá)[27]。此外，TRPV1基因的缺失可以減弱滑膜損傷治療過(guò)程中關(guān)節(jié)炎的炎癥、骨質(zhì)侵蝕及軟骨損傷[28]。由此可知，TRPV1可以被熱、組織損傷、促炎細(xì)胞因子等激活，并與疼痛和炎癥有關(guān)，研究TRPV1相關(guān)離子通道將為OA的治療提供新的靶點(diǎn)和藥物研究思路。

4 氯離子(Cl-)通道

在關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞對(duì)各種刺激的反應(yīng)過(guò)程中，離子通道(包括陽(yáng)離子通道和陰離子通道)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞功能的重要節(jié)點(diǎn)。其中，氯離子(Cl-)通道是陰離子通道的重要組成部分，具有不可替代的生物學(xué)功能。一般來(lái)說(shuō)，Cl-通道不是一種蛋白質(zhì)，而是一個(gè)蛋白質(zhì)家族，通過(guò)不同的機(jī)制進(jìn)行調(diào)控，包括電壓依賴(lài)性Cl-通道(ClC)、囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)器通道(CFTR)、鈣激活Cl-通道、配位門(mén)控配體Cl-通道[28]。這些Cl-通道與人體的生理活動(dòng)有關(guān)，調(diào)節(jié)離子穩(wěn)態(tài)、維持細(xì)胞興奮性和肌肉張力、調(diào)節(jié)神經(jīng)信號(hào)或激素傳遞和物質(zhì)運(yùn)輸，調(diào)節(jié)細(xì)胞體積和存活。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究將注意力轉(zhuǎn)移到這一領(lǐng)域，試圖尋找潛在的氯離子通道和骨關(guān)節(jié)炎之間的關(guān)系或機(jī)制[29]。在總結(jié)了最近的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)Cl-通道在OA的發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用，包括細(xì)胞外微環(huán)境的改變、細(xì)胞外基質(zhì)代謝異常、炎癥和炎癥反應(yīng)、異常細(xì)胞死亡。這些研究已經(jīng)證明了Cl-的一些特定通道與OA發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。

健康人體關(guān)節(jié)液的滲透壓為高滲(404±57)mOsm/L，而OA關(guān)節(jié)液的滲透壓降低至(297±16.9)mOsm/L[30]。細(xì)胞滲透壓的變化會(huì)影響細(xì)胞的體積并在隨后的生理和代謝細(xì)胞過(guò)程中引起一系列變化[31]。山田和其他研究機(jī)構(gòu)的研究學(xué)者們已經(jīng)證明，在健康的關(guān)節(jié)中，關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞暴露在一個(gè)相對(duì)高滲的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，并通過(guò)調(diào)節(jié)性容積減小(regulatory volume decrease，RVD)保護(hù)自身關(guān)節(jié)免受腫脹和破壞。如果細(xì)胞長(zhǎng)期處于相對(duì)低滲的環(huán)境中，一旦滲透壓的壓力變化超過(guò)細(xì)胞自我調(diào)節(jié)閾值，其RVD機(jī)制無(wú)法再完全補(bǔ)償，細(xì)胞會(huì)持續(xù)膨脹直至死亡，引發(fā)OA[32]。除了上述變化外，OA的病理性低張環(huán)境引起的細(xì)胞水腫也可導(dǎo)致容積敏感性外向整流(volumesensitive outwardly rectifying，VSOR)氯電流的激活，從而引發(fā)RVD。此外，OA也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞外環(huán)境酸化(pH≤5.0)，激活酸敏外向整流(acid-sensitive outwardly rectifying，ASOR)氯化物電流。在低張和酸性刺激下，軟骨細(xì)胞VSOR和ASOR氯電流共同激活，延長(zhǎng)激活會(huì)使VSOR和ASOR氯電流失活，損害軟骨細(xì)胞的體積調(diào)節(jié)能力，并加重炎癥反應(yīng)導(dǎo)致軟骨細(xì)胞凋亡[33]。

氯離子通道3(ClC-3)是一種由Cl-電壓門(mén)控通道3(CLCN3)基因編碼的離子通道，在軟骨細(xì)胞電活動(dòng)中起關(guān)鍵作用，參與軟骨細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和凋亡。ClC-3上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloprotein 9，MMP-9)，從而促進(jìn)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的代謝[34]。此外，在病理性低滲環(huán)境的長(zhǎng)期刺激下(<180 mOsm/L)，ClC-3通過(guò)激活軟骨細(xì)胞參與調(diào)節(jié)氯電流、細(xì)胞腫脹和RVD，反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致人體前列腺素E2(PGE2)釋放軟骨細(xì)胞。研究證實(shí)[35]，在低滲狀態(tài)下，軟骨細(xì)胞中氯離子通道7(ClC-7)的表達(dá)狀態(tài)降低，這種變化導(dǎo)致軟骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞靜息膜電位的超極化，增加軟骨細(xì)胞凋亡。其他研究人員已積極下調(diào)健康人ClC-7通道的軟骨細(xì)胞表達(dá)，在這些細(xì)胞中可以觀察到類(lèi)似的變化。

ClC-7通道和上述ClC-3通道參與骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞凋亡和細(xì)胞外基質(zhì)分解代謝[36]。最近發(fā)現(xiàn)的富含亮氨酸的8A重復(fù)序列(LRRC8A)被證明是調(diào)節(jié)陰離子通道的重要組成部分。作為細(xì)胞體積敏感的重要組成部分氯離子通道LRRC8A參與許多病理生理過(guò)程[37]。研究表明降低細(xì)胞外液的滲透壓會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞腫脹，從而激活炎癥小體Caspase-1釋放炎癥因子IL-1β，進(jìn)而觸發(fā)一系列細(xì)胞炎癥反應(yīng)，最終會(huì)導(dǎo)致炎癥細(xì)胞凋亡[38]。這些病理生理過(guò)程與細(xì)胞氯離子通道激活導(dǎo)致細(xì)胞體積異常增加有關(guān)。筆者認(rèn)為這將可能是一個(gè)新的和有潛在價(jià)值的OA研究方向。

5 小結(jié)與展望

在許多不同的細(xì)胞生物力學(xué)研究中，機(jī)械感受器之間在細(xì)胞表面和細(xì)胞間的生化反應(yīng)信號(hào)有直接聯(lián)系，進(jìn)而控制下游效應(yīng)分子[39]。在細(xì)胞膜上的機(jī)械感受器中，機(jī)械感受器離子通道對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要，能將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為生物相關(guān)信號(hào)，離子通道固有的力感應(yīng)能力可以傳遞機(jī)械信號(hào)。機(jī)械刺激可以誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞代謝的改變并影響關(guān)節(jié)軟骨的穩(wěn)態(tài)。在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中體重是影響軟骨最重要的生理載荷刺激，過(guò)分的肥胖可能會(huì)導(dǎo)致有害的機(jī)械損傷刺激，從而加速關(guān)節(jié)老化，導(dǎo)致OA發(fā)生。然而，機(jī)械刺激的顯著減少，如久坐、久站也可能因?yàn)槿狈ψ銐虻纳頇C(jī)械刺激導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨病理性變性[40]。因此，適度的運(yùn)動(dòng)和健康的體重可以使機(jī)械刺激與離子通道感受器的激活達(dá)到平衡，從而對(duì)關(guān)節(jié)軟骨起到保護(hù)作用。肥胖或骨折可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)面軟骨合成代謝和分解代謝活動(dòng)之間的不平衡，以及細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)分解代謝，導(dǎo)致OA的發(fā)展，并損害關(guān)節(jié)軟骨的機(jī)械彈性。

雖然離子通道在軟骨細(xì)胞表面膜(質(zhì)膜)上通過(guò)不同跨膜通道傳導(dǎo)影響關(guān)節(jié)ECM的形成，對(duì)OA的發(fā)生至關(guān)重要[41]，機(jī)械敏感離子通道作用可能延緩OA軟骨退行性變和減弱OA誘導(dǎo)的機(jī)械性痛覺(jué)超敏，但從分子機(jī)制來(lái)說(shuō)目前尚不清楚哪些離子通道參與了機(jī)械傳導(dǎo)過(guò)程，以及其中一些離子之間的相互作用關(guān)系也是未知的。需要進(jìn)行更多的研究了解離子交換、離子通道對(duì)軟骨細(xì)胞機(jī)械性代謝改變的機(jī)制。離子通道通過(guò)機(jī)械刺激可以防止關(guān)節(jié)軟骨退變并促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)，通過(guò)對(duì)離子通道的不斷研究，將會(huì)提高OA的發(fā)病機(jī)制認(rèn)知水平和治療手段創(chuàng)新。