骨關節(jié)炎細胞炎性因子及軟骨代謝標志物的研究現(xiàn)狀▲

張 沕 黃 遠 李光第 劉日光

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

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

骨性關節(jié)炎是以關節(jié)軟骨破壞為主要特征的退行性關節(jié)病，其中軟骨細胞的破壞與凋亡起著關鍵的作用[1]。關節(jié)軟骨是一種有彈性的負重組織，可減輕關節(jié)面摩擦，吸收機械性震蕩，具有耐磨損和潤滑的特征。關節(jié)軟骨在人類生命周期中保持完整性的機制尚未完全清楚，目前的研究證實有多種途徑可以影響其穩(wěn)定性。骨關節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展涉及多種細胞分子途徑及軟骨代謝標志物的變化，一些因素在早期促進和加速軟骨的退變與破壞進程中起著重要的作用，它們與滑膜、關節(jié)軟骨、軟骨下骨的功能改變密切相關，也參與了骨關節(jié)炎的病理變化過程，包括白細胞介素(interleukin,IL)、單核細胞趨化蛋白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等軟骨代謝標志物[7-11]。因此，研究相關的炎性標志物和軟骨代謝標志物可為骨性關節(jié)炎的早期診斷及預后起到積極的指導作用，也可為骨關節(jié)炎患者的治療提供更多的潛在靶點以及靶向治療的準確性。

1 炎性細胞因子

炎性細胞因子在骨關節(jié)炎的發(fā)病機制中起關鍵作用，是參與骨關節(jié)炎發(fā)病最重要的因素，其通過促進分解代謝和破壞性過程擾亂關節(jié)組織的代謝平衡，并且通過細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導途徑促進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可刺激關節(jié)分泌多種炎性因子[12]，其在骨關節(jié)炎的發(fā)展進程中既能作為獨立因素發(fā)揮作用，又能與關節(jié)軟骨及其他關節(jié)組織有關介質(zhì)相結合而誘導炎癥反應和軟骨凋亡。研究表明，Wnt拮抗劑Dickkopf-1(DKK1)和Wnt結合蛋白卷曲相關蛋白(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信號通路中起細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導的作用,其在骨關節(jié)炎中呈高表達，IL-1β可以通過減少人類軟骨細胞中Wnt抑制劑的表達來誘導β-連環(huán)蛋白的積累，并且通過抑制DKK1的表達起到增加Wnt/β-連環(huán)蛋白信號傳導的作用，從而加速軟骨的退變[13-14]。有學者發(fā)現(xiàn)，IL-1β還參與軟骨細胞中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均對軟骨成分具有破壞性作用[15]。從上述研究結果可以得出，關節(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，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維細胞相比，骨關節(jié)炎的滑膜成纖維細胞中IL-6啟動子區(qū)可發(fā)生DNA低甲基化和組蛋白高乙酰化，通過增強IL-6啟動子區(qū)DNA甲基化與降低組蛋白乙?；墒笽L-6在骨關節(jié)炎的表達明顯受到抑制[16]。研究表明，肥胖骨關節(jié)炎患者中，軟骨細胞來源的IL-6可誘導滑膜成纖維細胞分泌IL-6，而在炎癥反應中肥胖相關的脂肪因子可以增強軟骨細胞-滑膜細胞交叉介導的IL-6分泌，導致骨關節(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]。由人骨關節(jié)炎軟骨細胞產(chǎn)生的IL-8是骨關節(jié)炎病理生理機制的重要介質(zhì)，可促進多種致病過程的發(fā)生與進展，如誘導MMP-13釋放、促進中性粒細胞聚集和活化、導致白細胞歸巢到滑膜等。相關研究顯示，與正常軟骨細胞相比，骨關節(jié)炎軟骨細胞中IL-8的水平顯著增加，可誘導軟骨細胞肥大和分化[19]。由此可見，IL-8在骨關節(jié)炎炎癥中起到重要的“助力”作用，骨關節(jié)炎的疾病進展與關節(jié)癥狀可能可以通過調(diào)節(jié)和控制IL-8的表達而得到改善。

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

1.2 TNF-α TNF-α是參與全身炎癥反應的細胞信號傳導蛋白，被認為是參與骨關節(jié)炎發(fā)病過程中病理生理過程的關鍵炎性細胞因子。TNF-α可以誘導軟骨細胞中MMP、含凝血酶敏感蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶(已被證實可破壞軟骨細胞外基質(zhì)，進一步加速骨關節(jié)炎的進展[21])的表達增多，也可誘導IL-1β、IL-6表達上調(diào)[22]。最新研究發(fā)現(xiàn)，消除TNF-α可以減少其他關聯(lián)炎性因子的產(chǎn)生和軟骨基質(zhì)的降解，從而達到減緩骨關節(jié)炎病程惡化進程的效果[22]。

1.3 MCP-1 MCP-1是參與骨關節(jié)炎的趨化因子之一，由成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、單核細胞、T細胞等分泌，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被認為在炎癥過程中起著關鍵作用，其可將單核細胞、記憶T細胞和樹突細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、人體樣本體外實驗均發(fā)現(xiàn)在骨關節(jié)炎的關節(jié)滑液中CCR2的水平升高，而CCR2引起的巨噬細胞的侵入與骨關節(jié)炎軟骨的侵蝕有關；動物實驗發(fā)現(xiàn)阻斷CCL2/CCR2信號傳導通路后，小鼠骨關節(jié)炎軟骨中的巨噬細胞積聚、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是具有細胞外活性的鋅依賴性內(nèi)肽酶，其在骨關節(jié)炎的發(fā)病中也發(fā)揮著重要作用[27]。在骨關節(jié)炎滑膜細胞中，MMP-3的表達水平較高[28]；而中晚期骨關節(jié)炎患者的MMP-3表達水平明顯高于早期骨關節(jié)炎患者和健康對照者[29]，且隨著時間的推移，MMP-3的表達水平與軟骨體積的減少有關[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，但在骨關節(jié)炎患者的關節(jié)和關節(jié)軟骨中過表達，其在骨關節(jié)炎關節(jié)中作為細胞外基質(zhì)降解酶而發(fā)揮作用，其是軟骨降解網(wǎng)絡的中心節(jié)點[31]。研究表明，MMP-13參與了骨關節(jié)炎的發(fā)生[32]，其可直接降解軟骨基質(zhì)[33]，從而加速關節(jié)軟骨的退變，進而加重骨關節(jié)炎。由此可見MMP-3、MMP-13與骨關節(jié)炎的關系非常密切，其或可作為骨關節(jié)炎早期預診、治療以及預后的一項監(jiān)測指標。

2 軟骨代謝標志物

軟骨代謝標志物是反應軟骨結構改變的重要指標，其在一定程度上可評估骨關節(jié)炎患者重要關節(jié)退變的情況。

2.1 CTX-Ⅱ 關節(jié)軟骨基質(zhì)主要由Ⅱ型膠原蛋白構成，CTX-Ⅱ為Ⅱ型膠原蛋白的分解產(chǎn)物之一，可在尿液、血清和關節(jié)滑液中檢測到[34]，其對軟骨細胞損傷的檢測有一定意義，與骨關節(jié)炎的病情發(fā)展有關[35]：骨關節(jié)炎軟骨細胞降解后，CTX-Ⅱ可釋放到血清和尿液中，導致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。Sugiyama等[8]發(fā)現(xiàn)關節(jié)液中PⅡCP水平的增加預示疾病早期關節(jié)間隙存在逐漸縮小(骨關節(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)與較小的關節(jié)間隙寬度相關。因此，滑液中PⅡCP的量化可以為早期膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者的預后提供一定參考意義。

2.3 COMP COMP是血小板反應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型膠原蛋白結合，以同型五聚體結構參與軟骨細胞外基質(zhì)的合成和穩(wěn)定，可穩(wěn)定膠原蛋白，增加軟骨基質(zhì)形成和減少軟骨細胞死亡[37]。COMP是關節(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。Verma等[38]研究顯示，在骨關節(jié)炎早期，常規(guī)X線并不能看到膝關節(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節(jié)炎疾病預診、監(jiān)測的特征性標志物。

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]認為關節(jié)滑液中硫酸角質(zhì)素的水平在評估骨關節(jié)炎預后方面無意義，但Tang等[40]證實了血清中硫酸角質(zhì)素水平與骨關節(jié)炎的進展有關，在骨關節(jié)炎的早期可見硫酸角質(zhì)素有短暫升高。關于硫酸角質(zhì)素與骨關節(jié)炎病情的文獻較少，且二者的關系尚未有明確定論，仍需進一步研究。

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

3 小 結

綜上所述，細胞因子和軟骨代謝標志物在骨關節(jié)炎患者中均有不同程度的變化，其可為骨關節(jié)炎的早期診斷提供一定的參考，也為骨關節(jié)炎患者的治療提供多種新的方案。在未來的研究中，我們應致力于尋找一種有效且安全的方法來調(diào)節(jié)細胞因子及其信號通路，通過體外和體內(nèi)實驗進一步評估治療骨關節(jié)炎的有效潛在靶點，從而提高治療效果，減少患者的疼痛，達到減緩或停止骨關節(jié)炎進展的目的。