軟骨細胞在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的研究進展

范凱健，許 穎，王婷玉*

軟骨細胞在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的研究進展

范凱健1,2，許 穎1，王婷玉1*

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid arthritis，RA)是一種慢性進行性的自身免疫系統(tǒng)疾病，其病理特征主要是滑膜長期的慢性炎癥，進而造成對軟骨及骨關(guān)節(jié)的破壞。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機制涉及免疫系統(tǒng)中的多種細胞因子、酶等。本文對軟骨細胞在抑制RA的軟骨破壞方面可能存在的機制作一綜述。

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；軟骨細胞；作用機制

0 引言

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid arthritis，RA)的發(fā)病機制目前尚不明確，基本認為與自身免疫系統(tǒng)有關(guān)。近年來，針對RA的研究主要集中在滑膜細胞和其他細胞因子，對軟骨細胞在RA中的機制研究較少。軟骨細胞的存活狀態(tài)和細胞外基質(zhì)的代謝狀態(tài)直接影響關(guān)節(jié)軟骨的功能。正常情況下，軟骨細胞的增殖是有限的，并且關(guān)節(jié)空間或軟骨下骨的其他細胞類型的滲透也受到限制。在沒有血管供應(yīng)的情況下，軟骨細胞必須依靠關(guān)節(jié)面或軟骨下骨對營養(yǎng)物和代謝物進行交換擴散。因此，軟骨細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏、低氧環(huán)境的改變、酸堿程度的變化都很敏感。軟骨細胞在應(yīng)激狀態(tài)下亞細胞水平的代謝狀態(tài)是一個非常值得的研究方向。

1 基質(zhì)金屬蛋白酶

關(guān)節(jié)軟骨的軟骨細胞嵌于無血管組織的基質(zhì)里，其主要成分包括Ⅱ型膠原和蛋白多糖。關(guān)節(jié)軟骨被蛋白水解酶降解是RA的主要特點，其中基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和蛋白聚糖酶(ADAMTS)起著重要的作用。蛋白聚糖酶是最近克隆出的酶類，是帶有血小板凝血酶敏感蛋白樣模體的解整連素和金屬蛋白酶家族成員。蛋白多糖的分解是一個蛋白水解過程，其主要的分裂位點在核心蛋白的球心區(qū)(IGD)。其中蛋白多糖水解后留在軟骨中的G1和G2片段仍然可以被MMPs再次水解，而不能被蛋白聚糖酶水解。而且，被MMPs水解的IGD不再被蛋白聚糖酶水解，而蛋白聚糖酶水解的IGD仍然可被MMPs再次水解。由此可見，MMPs在降解過程中更為重要。軟骨基質(zhì)的破壞還表現(xiàn)為膠原的裂解，MMPs能降解膠原，而蛋白聚糖酶無此作用。MMPs是一組在結(jié)構(gòu)上具有極大同源性、能降解細胞外基質(zhì)蛋白的內(nèi)啡肽的總稱，目前已發(fā)現(xiàn)20多種，其中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-13參與了軟骨變性的主要過程。MMPs對關(guān)節(jié)軟骨的破壞主要包括兩方面：首先為直接降解軟骨，其次為在形成血管翳方面有重要作用。MMPs降解軟骨首先是破壞蛋白多糖的結(jié)構(gòu)，使膠原暴露并與其接觸，同時正反饋性增強MMPs的活性，引起蛋白多糖的進一步破壞，MMPs破壞已經(jīng)破損的膠原，使其裂解。通過這一過程，膠原鏈的結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致不可逆的軟骨變性。金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMP)是MMP的特異性抑制劑，在細胞外基質(zhì)(ECM)代謝中，是與MMP對應(yīng)的負調(diào)節(jié)劑。在正常情況下，TIMP和MMP處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。其中，軟骨細胞和其他細胞的增殖也是有限的。研究表明，在RA關(guān)節(jié)組織液中會產(chǎn)生大量的促炎因子來參與關(guān)節(jié)軟骨的破壞[1-3]，如IL-1和TNF-α。而軟骨細胞則通過增加產(chǎn)生蛋白酶、前列腺素和一氧化氮來應(yīng)對這些促炎因子[4-5]。此外，軟骨細胞也會表達多種促炎因子，而這些促炎因子可能也會參與軟骨的分解代謝[6]。其中IL-1R/toll樣受體(TLR)受體家族，在先天免疫和炎癥方面具有關(guān)鍵的作用，最近發(fā)現(xiàn)在RA中也起著一定的作用。人體軟骨細胞可以表達TLR1、TLR2、TLR4，而IL-1、TNF-α等可以通過激活TLR2來增加MMPs的產(chǎn)生，從而引起軟骨的破壞[7-10]。在RA中，軟骨的破壞主要集中在與增殖滑膜血管翳連接處[11-12]。增殖的滑膜細胞可以通過細胞接觸直接侵蝕軟骨，也可以在炎性因子等的作用下，活化的滑膜細胞及軟骨細胞本身分泌產(chǎn)生如MMPs等的降解酶來使軟骨變性。

在RA中，MMPs是在軟骨骨侵蝕中發(fā)揮重要作用的因子。研究發(fā)現(xiàn)，MMP-13抑制劑能顯著改善RA中對軟骨和關(guān)節(jié)破壞的影響[13]。為了分析這種新型MMP-13抑制劑的抗破壞作用，研究者對3種動物模型使用預(yù)防方法。在實驗中，研究人員觀察到新型MMP-13抑制劑在破壞性模型中有效，但在炎癥模型中無效。臨床研究還顯示，炎癥和軟骨損傷之間沒有密切的相關(guān)性。因此，需要開發(fā)其他的抗破壞藥物，如選擇性MMP-13抑制劑。但現(xiàn)在只有少數(shù)以前開發(fā)的MMP抑制劑達到臨床測試階段，而且都不是MMP-13 特異性的。目前只有來自Alantos Pharmaceuticals(Heidelberg，Germany)的非螯合MMP-13抑制劑達到臨床前測試階段。

2 OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)

骨保護素(OPG)主要由成骨細胞表達，具有抑制骨吸收的功能。研究發(fā)現(xiàn)，OPG可以降低ADAMTS-4、ADAMTS-5的細胞數(shù)量[14]。ADAMTS-4、ADAMTS-5是蛋白多糖降解的關(guān)鍵因子[15]。其中ADAMTS-5發(fā)揮主要作用，小鼠ADAMTS-5基因被敲除后，軟骨細胞的破壞作用明顯減輕[16]。研究發(fā)現(xiàn)，OPG不僅能減少ADAMTS-5的表達和分泌，還能增加TIMP-4的表達。而且Tat等[17]也發(fā)現(xiàn)，OPG能增加其他2種分解代謝因子MMP-13和PAR-2基因表達水平，說明OPG對軟骨細胞具有直接的影響。軟骨細胞的生物活性和行為有大量信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的參與，如PI3K/AKT信號通路、Wnt/β-catenin[18]通路。ERK1/2和P38MAPK被證實確實參與了軟骨細胞的增殖和分化[19-20]。最新研究把這兩個通路作為OPG的信號通路進行分析，發(fā)現(xiàn)OPG是通過MEK/ERK信號通路促進軟骨細胞增殖，而不是P38MAPK通路。近年來，在骨破壞環(huán)境中，OPG/RANK/RANKL也受到一定的關(guān)注。RANK(NF-κB受體激活劑)是由RA滑膜細胞和T細胞產(chǎn)生的[21]，成骨細胞表達的RANKL和RANK結(jié)合，可以導(dǎo)致軟骨細胞的破壞。OPG屬腫瘤壞死因子受體(TNFR)家族成員，可結(jié)合RANKL而抑制軟骨的破壞，但具體機制還不清楚。有研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠模型經(jīng)關(guān)節(jié)腔注射OPG后，關(guān)節(jié)軟骨得到明顯保護，軟骨Mankin評分和含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的蛋白多糖酶陽性細胞數(shù)明顯下降，但用OPG直接刺激軟骨外植體后，蛋白多糖分泌未出現(xiàn)明顯變化。因此認為，應(yīng)用OPG可以抑制軟骨破壞，但對軟骨組織無直接作用[22]。RANKL也屬于TNFR超家族成員，參與骨代謝、免疫活化的發(fā)生發(fā)展。研究表明，RANKL雖然對軟骨無直接刺激作用，但組織中分泌明顯增多，而軟骨下骨和軟骨是緊密結(jié)合的整體，因此，推測細胞分泌的RANKL是通過滲透到軟骨下骨起作用的[23]。最近研究顯示，來自雷公藤的(5R)-5-羥基雷公藤內(nèi)酯(LLDT-8)在RA的大鼠模型中通過OPG/RANK/RANKL信號傳導(dǎo)防止膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎[24]。結(jié)果顯示，在CIA大鼠模型中，LLDT-8能增加OPG基因的表達，降低RANKL基因的表達，增加OPG與RANKL的比例，并抑制RANKL誘導(dǎo)的NF-κB表達。在該研究中，可同時觀察到OPG/RANKL的比率顯著增加與炎癥反應(yīng)被抑制，表明LLDT-8的抗炎作用可能與OPG/RANKL途徑有關(guān)，但LLDT-8對RA的具體機制仍有待繼續(xù)深入研究。

3 酸敏感離子通道(ASICs)

在RA中，影響軟骨破壞的因素很多，如有害的機械壓力、高氧的環(huán)境、組織液的酸化。關(guān)節(jié)在活動時會產(chǎn)生大量乳酸，會導(dǎo)致異常的細胞外低pH環(huán)境(pH值6.9)，而在RA患者的關(guān)節(jié)滑液中pH值可降低至5.4。研究發(fā)現(xiàn)，酸性環(huán)境確實會對軟骨的代謝和破壞起到重要的作用。軟骨細胞上存在著很多離子通道，如Ca2+和H+通道，其對于維持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和細胞內(nèi)外物質(zhì)的交換起著非常重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，軟骨細胞外pH值降低時，TIMP的產(chǎn)量下降比MMPs更迅速，MMPs升高，軟骨破壞更為嚴(yán)重。組織酸化是RA中非常普遍的現(xiàn)象，是細胞微環(huán)境的重要特征之一。機體可以通過ASICs來實現(xiàn)細胞外pH調(diào)節(jié)。ASICs是一類廣泛存在于細胞膜上的陽離子配體門控的蛋白復(fù)合體，在人體的許多生理機能方面起著重要的作用。ASICs對細胞外酸化環(huán)境非常敏感，受H+門控，激活后可導(dǎo)致胞外Na+和Ca2+內(nèi)流，激發(fā)各種病理反應(yīng)。Ca2+過度內(nèi)流引起的超載會充當(dāng)細胞死亡的調(diào)節(jié)劑，促進細胞在各種生理病理條件下凋亡[25]。在酸化條件下，Ca2+內(nèi)流，通過ASIC2a表達上調(diào)影響酸化環(huán)境，阻止胞外Ca2+內(nèi)流，避免Ca2+超載，從而防止軟骨破壞。同時，在酸化刺激下，Ca2+參與軟骨細胞自噬，但具體的作用機制有待進一步研究[26]。ASICs除了對軟骨細胞有影響外，對組織內(nèi)膠原的表達也有影響。研究發(fā)現(xiàn)，ASICs過表達的組織軟骨內(nèi)Ⅱ型膠原蛋白表達降低，表明ASICs過表達對軟骨細胞存在破壞作用。因此，ASICs對軟骨細胞的代謝存在重大影響，我們可以通過研究如何調(diào)控ASICs的表達來保護軟骨細胞。近年來，隨著ASICs研究的不斷深入，越來越多的ASICs抑制劑被發(fā)現(xiàn)和研制出來[27]。有報道，阿米洛利抑制酸敏感離子通道，通過線粒體介導(dǎo)的途徑保護關(guān)節(jié)軟骨免于酸誘導(dǎo)的凋亡[28]。細胞死亡的典型特征是線粒體膜電位和能量產(chǎn)生的減少。ASIC1a在大鼠關(guān)節(jié)軟骨細胞中大量表達，且來自大鼠膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軟骨細胞處于低pH狀態(tài)。細胞內(nèi)Ca2+顯著升高會觸發(fā)不同的降解過程，例如ROS(活性氧簇)的形成和線粒體膜電位的破裂。Ca2+的過度積累導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放，使線粒體去極化并導(dǎo)致線粒體腫脹和凋亡。阿米洛利通過阻斷Ca2+內(nèi)流來抑制軟骨細胞的凋亡作用是對線粒體的保護。

4 結(jié)語

RA的發(fā)病機制復(fù)雜，不是單一機制所能解釋的，它是多種免疫細胞及免疫分子相互影響的結(jié)果。目前RA的治療藥物有NSAIDs、SAARDs、糖皮質(zhì)激素、生物制劑和中藥制劑。但RA患者長期用藥出現(xiàn)不良反應(yīng)的幾率明顯上升，如大多數(shù)SAARDs會導(dǎo)致肝臟損傷。RA的骨侵蝕多出現(xiàn)在起病后2年，因此，RA發(fā)病開始2年內(nèi)是阻止關(guān)節(jié)發(fā)生不可逆損害的關(guān)鍵時期。但很多患者在發(fā)現(xiàn)時骨侵蝕已經(jīng)開始，錯過了治療的關(guān)鍵時期，因此，研究如何抑制軟骨破壞對改善患者生活質(zhì)量非常重要。

軟骨細胞是軟骨中唯一存在的細胞，近年來許多研究者對其進行了深入研究。除了上述比較典型的研究外，還有其他研究方向也值得去探討。研究發(fā)現(xiàn)，血清素5-HT3受體拮抗劑在體外對人原代軟骨細胞具有明顯的抗炎作用[29]。Adán等[30]還發(fā)現(xiàn)，催乳素(PRL)能降低軟骨細胞的凋亡、促炎細胞因子的表達、血管翳的形成，對RA有明顯的治療潛力。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，某些中藥單體對RA有很好的治療作用。Luczkiewicz等[31]發(fā)現(xiàn)，芒果苷能減少基質(zhì)蛋白酶的水平，防止軟骨細胞的破壞。Liu等[32]發(fā)展，白菊(PAR)能抑制促炎細胞因子的產(chǎn)生，對軟骨細胞的代謝損傷具有保護作用。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，研究人員還發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細胞(MSC)可以增加軟骨細胞的增殖率，能用于軟骨的修復(fù)[33]。

綜上所述，軟骨細胞在抑制RA的軟骨破壞方面有著非常重要的作用，深入研究軟骨細胞有助于研究人員發(fā)現(xiàn)RA的具體發(fā)病機制。

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Research progress of chondrocytes in rheumatoid arthritis

FAN Kai-jian1,2,XU Ying1,WANG Ting-yu1*

(1.Department of Pharmacy,Shanghai Ninth People′s Hospital,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200011,China;2.Shanghai Baoshan District Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine,Shanghai 201901,China)

Rheumatoid arthritis (RA) is one of chronic progressive autoimmune diseases,whose pathological feature is long-term chronic inflammation of synovial membrane,causing the damage of the cartilage and bone joint. The pathogenesis of rheumatoid arthritis involves a variety of cytokines of immune system,enzymes and so on. This paper reviews the possible mechanisms of chondrocytes in the prevention of RA-related cartilage destruction.

Rheumatoid arthritis;Chondrocytes;Mechanism

2016-10-30

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院第九人民醫(yī)院藥劑科，上海 200011；2.上海市寶山區(qū)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院藥劑科，上海 201901

國家自然科學(xué)基金(81301531、81572104)

10.14053/j.cnki.ppcr.201707031

*通信作者