骨性關(guān)節(jié)炎中損傷細(xì)胞因子的研究進(jìn)展

鄒國耀 張 林

關(guān)鍵詞:骨關(guān)節(jié)炎;細(xì)胞因子;進(jìn)展

中圖分類號(hào): R684.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1008-2409(2009)05-0987-04

骨關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis,OA)是一種臨床常見病和多發(fā)病,以膝關(guān)節(jié)多見。隨著社會(huì)的老 齡化,其發(fā)病率越來越高。由于OA影像學(xué)改變要比OA癥狀出現(xiàn)遲,因此依據(jù)影像學(xué)改變及臨 床癥狀來診斷OA的方法不能及時(shí)早期診斷OA,故OA的早期診斷仍是骨科領(lǐng)域疑難問題之一。 隨著分子生物學(xué)發(fā)展,體液中的部分細(xì)胞因子在OA診斷方面的作用日益受到國內(nèi)外學(xué)者的重 視,筆者就損傷細(xì)胞因子在OA診斷方面的研究綜述如下。

1 白細(xì)胞介素-1(IL-1)

70年代末至80年代初,由白細(xì)胞產(chǎn)生的一些生┪锘)性物質(zhì)被定性,其中IL-1是研究最 為深 入的一種。Wood等在1983年首先報(bào)道了關(guān)節(jié)炎滑液中有IL-1存在,并隨之發(fā)現(xiàn)類風(fēng)濕性關(guān) 節(jié) 炎和骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)滑液中都可檢測到高水平的IL-1。此后,IL-1的致病作用漸被重視,其 中以IL-Iβ為主。

IL-1β可刺激滑膜細(xì)胞產(chǎn)生膠原酶和PGE2,以及I、Ⅲ型膠原和纖維結(jié)合素的合成與釋放。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),IL-1β刺激滑膜成纖維增殖,提高纖維素分泌量,促進(jìn)滑膜細(xì)胞粘附分 子 (ICAM-1)的表達(dá),使滑膜細(xì)胞與浸潤性炎性細(xì)胞反應(yīng)性增強(qiáng),從而造成關(guān)節(jié)軟骨生存的惡 劣 微環(huán)境。纖維結(jié)合素則會(huì)導(dǎo)致局部不利因素的進(jìn)一步加重,并直接參與誘發(fā)軟骨細(xì)胞表型表 達(dá)改變及軟骨降解[1]。

IL-1對(duì)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞代謝的干擾作用主要表現(xiàn)為抑制透明軟骨特征性Ⅱ、Ⅸ型膠原蛋白的 合成;促 進(jìn)I、Ⅲ型膠原蛋白的合成,而使軟骨細(xì)胞變性,抑制軟骨細(xì)胞合成蛋白多糖和細(xì)胞增殖。I L-1對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的降解作用主要表現(xiàn)為促進(jìn)軟骨細(xì)胞合成與分泌金屬蛋白酶,并提高軟骨基 質(zhì)中溶解蛋白分子酶類的活性。細(xì)胞核ONCO基因蛋白產(chǎn)物亦可作為調(diào)節(jié)因子,通過IL-1誘 導(dǎo) 金屬蛋白酶基因表達(dá),產(chǎn)生軟骨組織的內(nèi)部降解。IL-1對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的干擾和抑制作用往往 比 促進(jìn)軟骨的降解作用在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生過程中顯得更為重要[2]。IL-1還可促使軟骨 細(xì)胞分 泌PGE2,參與關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng),刺激骨吸收及調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答反應(yīng),以及刺激成骨細(xì)胞樣細(xì)胞增 殖,導(dǎo)致關(guān)節(jié)骨增生性變化。

應(yīng)用免疫組織化學(xué)技術(shù)顯示,IL-Iβ主要分布于骨關(guān)節(jié)炎滑膜的襯里層細(xì)胞、軟骨與血管 翳 交界處。血管周圍淋巴樣組織聚集處,幾乎無IL-Iβ著色反應(yīng)[3]。免疫組織化學(xué) 染色發(fā) 現(xiàn), 只有極少的正常軟骨細(xì)胞呈現(xiàn)IL-1陽性反應(yīng),這些陽性細(xì)胞僅位于軟骨表層。在骨關(guān) 節(jié)炎軟骨組織,中、上層細(xì)胞及基質(zhì)皆呈IL-1強(qiáng)陽性反應(yīng),說明骨關(guān)節(jié)炎時(shí)可能存在某些 因 素刺激并加速了IL-1的轉(zhuǎn)錄后過程[4]。在骨關(guān)節(jié)炎骨贅組織中,IL-1 mRNA表達(dá) 局限于骨 贅膜內(nèi)成骨處活躍的成骨細(xì)胞,但呈散在的,并出現(xiàn)于成骨細(xì)胞生活周期的特殊階段 。提 示IL-1直接參與了骨關(guān)節(jié)炎病理性增生過程。因此,利用血清和關(guān)節(jié)液中IL-1水平來反映 OA 病情嚴(yán)重程度具有一定的意義。

2 白細(xì)胞介素-6(IL-6)

早在1993年,Vignon即檢測到OA患者膝關(guān)節(jié)液內(nèi)存在著高濃度的IL-6,隨后在培養(yǎng)的OA軟 骨 細(xì)胞及直接取自O(shè)A患者的軟骨組織中均發(fā)現(xiàn)有IL-6的mRNA表達(dá),而在正常軟骨細(xì)胞中則未 見 IL-6 的mRNA,免疫組化證實(shí)OA軟骨細(xì)胞中存在IL-6。在OA滑膜細(xì)胞培養(yǎng)液中,也檢測到 了 高濃度的IL-6。這說明,IL-6在OA的發(fā)病中可能具有重要的作用。在進(jìn)一步的研究中,Ne i del[5]發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液中的IL-6與膠原酶的濃度明顯相關(guān)。眾所周知,膠原酶是導(dǎo)致 軟骨基質(zhì) 破壞的主要酶類之一。Mohtait[6]對(duì)培養(yǎng)的正常軟骨細(xì)胞施加液壓濾力,48h后 在培養(yǎng) 液中檢測到有高濃度的IL-6出現(xiàn),他解釋說,這可能是創(chuàng)傷與異常應(yīng)力誘發(fā)或加重關(guān)節(jié)軟 骨 退行性變的機(jī)理之一。滑膜與關(guān)節(jié)內(nèi)的炎癥反應(yīng)也是導(dǎo)致OA進(jìn)展的重要因素,而IL-6則可 促 進(jìn)淋巴細(xì)胞分泌免疫球蛋白,加重滑膜與關(guān)節(jié)的炎癥。此外,IL-6還可協(xié)同IL-1抑制軟骨 細(xì) 胞合成蛋白聚糖,導(dǎo)致軟骨基質(zhì)缺失。不難看出,IL-6可作用于OA 病理中的許多環(huán)節(jié),最 終加重關(guān)節(jié)軟骨的破壞,導(dǎo)致病變進(jìn)行性發(fā)展。

3 腫瘤壞死因子-α(TNF-α)

TNF-α是體內(nèi)主要的炎性細(xì)胞因子,參與并介導(dǎo)多種炎癥過程。Fell首先自豬的軟骨細(xì)胞 中 發(fā)現(xiàn)了TNF-α的表達(dá),此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)OA、RA時(shí)軟骨細(xì)胞及滑膜細(xì)胞內(nèi)TNF-α 的表達(dá)明顯 增 高;并且體外的研究證實(shí)TNF-α能促進(jìn)軟骨細(xì)胞IL-1的表達(dá),二者產(chǎn)生協(xié)同作用,導(dǎo)致 軟骨基質(zhì)降解大于合成,即導(dǎo)致軟骨的損傷。

Schlaak等[7]發(fā)現(xiàn),OA 患者的滑膜內(nèi)存在著高濃度的TNF-α,OA滑膜細(xì)胞培養(yǎng)液 內(nèi)也有 高濃度的TNF-α出現(xiàn),而正?；ぜ?xì)胞培養(yǎng)液內(nèi)不能檢測到TNF-α。用免疫組化方法檢膝 軟 骨組織,OA軟骨TNF-α為陽性反應(yīng),而正常軟骨則為陰性,說明TNF-α可能是OA 發(fā)病過 程 中的重要一環(huán)。現(xiàn)已查明,TNF-α可以刺激滑膜與軟骨細(xì)胞合成膠原酶與PGE2(前列腺素E 2 ),刺激軟骨細(xì)胞合成金屬蛋白酶與絲氨酸蛋F1酶,進(jìn)而產(chǎn)生軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的降解作用。 不僅如此,TNF-α對(duì)軟骨細(xì)胞的合成代謝亦有影響。Nakamura[8]發(fā)現(xiàn),在兔關(guān)節(jié) 軟骨細(xì)胞 培養(yǎng)液內(nèi)加入TNF-α 24~48h,培養(yǎng)液內(nèi)骨連結(jié)素(Osteonctin)的濃度即明顯下降。因 此 ,TNF-α從促進(jìn)軟骨分解與降低軟骨細(xì)胞合成兩個(gè)方面對(duì)OA 的病程產(chǎn)生作用。此外,TNF - α還可刺激軟骨細(xì)胞合成IL-6,產(chǎn)生進(jìn)一步的炎癥反應(yīng)。因此,利用血清和關(guān)節(jié)液中TNF- α水平來反映OA 病情嚴(yán)重程度具有一定的意義,但是其作為診斷OA 的意義還有待深入研究。

4 一氧化氮(NO)

NO是一種高度反應(yīng)性、細(xì)胞毒性、彌散性物質(zhì),對(duì)細(xì)菌、真菌和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生殺傷作用,同 時(shí)也對(duì)正常組織產(chǎn)生損傷。NO主要通過兩種途徑產(chǎn)生組織損傷:其一為高濃度的NO能抑制多 種與線粒體電荷傳遞系統(tǒng)及檸檬酸循環(huán)有關(guān)的酶,引起細(xì)胞的損傷;其二為NO與超氧化陰離 子O2反應(yīng)生成過氧化亞硝基陰離子ONOO^-,在一定的條件下便迅速分解為有很強(qiáng)毒性的 OH- 和NO自由基,這兩種自由基具有非常強(qiáng)的氧化性,因而有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性,從而造成組織細(xì) 胞損傷。高石軍等[9]通過對(duì)80例OA患者關(guān)節(jié)軟骨、滑膜血清及關(guān)節(jié)液中NO的測定 顯示其明 顯升高,且以軟骨及滑膜中的含量最高,提示NO含量升高成為關(guān)節(jié)軟骨退變和滑膜炎癥的病 因之一。通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),NO在軟骨細(xì)胞凋亡中起重要作用,其他細(xì)胞因子如IL-l、TNF 、LPS、氧自由基等均不能誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡。金大地等[10]發(fā)現(xiàn)NO和酶(NOS)抑制 劑L-N6 -亞胺乙基-賴氨酸(L-NIL)以及s-甲基異硫脲(SMT)對(duì)OA患者的關(guān)節(jié)軟骨和滑膜在體外培 養(yǎng)中 NO釋放量起到明顯的抑制作用,能改善軟骨的代謝環(huán)境,對(duì)軟骨有一定的保護(hù)作用。因此, NO在OA的發(fā)展過程中具有重要的意義。

5 金屬蛋白酶-3(MMP-3)

目前認(rèn)為OA 病理演變的關(guān)鍵是關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的功能改變,Ⅱ型膠原總量丟失,三股螺旋變性 易被金屬蛋白酶降解。金屬蛋白酶MMP-3是金屬蛋白酶類的主要成員之一,它雖然不能直接 降 解Ⅱ型膠原,但它可降解細(xì)胞外蛋白多糖、Ⅳ型膠原等多種基質(zhì)蛋白底物。Ⅳ型膠原是一種 非原纖維化膠原,主要見于關(guān)節(jié)軟骨表面。

研究發(fā)現(xiàn),MMP-3 在成纖維細(xì)胞增生中起中介作用[11]。另外,MMP-3 還參與間 質(zhì)膠原酶的激 活,而間質(zhì)膠原酶可降解Ⅱ型膠原,由此可見MMP-3 間接參與Ⅱ型膠原的降解過程。王國金 等 [12]研究表明,關(guān)┙諮諄頰哐清及關(guān)節(jié)液中)MMP-3 含量顯著高于正常對(duì)照組, 提示MMP-3是O A發(fā)病過程中值得重視的生物學(xué)標(biāo)志物。同時(shí),隨著骨關(guān)節(jié)炎病情的加重,血清和關(guān)節(jié)液中MMP -3水平亦逐漸增高,OA患者血清中MMP-3水平雖明顯低于關(guān)節(jié)液中的水平,但與正常對(duì) 照 組比較仍有顯著性差異。由于血樣標(biāo)本比關(guān)節(jié)液標(biāo)本易獲得,因而通過檢測血中MMP-3水平 來輔助診斷OA具有一定的可行性,但是其特異性有待于進(jìn)一步研究。

6 YKL-40

YKL-40是屬于殼質(zhì)酶蛋白家族的一種糖蛋白,最早是在非泌乳期牛的乳汁分泌物中發(fā)現(xiàn)的, 后來發(fā)現(xiàn)滑膜細(xì)胞、關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞、人骨肉瘤細(xì)胞(MG-63)、激活的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞 也可產(chǎn)生。YKL-40 mRNA 在軟骨細(xì)胞和肝臟中強(qiáng)烈表達(dá)[13]。

免疫組織化學(xué)表明YKL-40染色主要是在OA軟骨的表層和中層的軟骨細(xì)胞中,而不是深層軟 骨 細(xì)胞中,且在正常人的軟骨中檢測不到。免疫顯微鏡檢查表明:YKL-40在軟骨細(xì)胞高爾基 系 統(tǒng)中著色,但在細(xì)胞外基質(zhì)中檢測不到。Johansen等[14]研究軟骨細(xì)胞分泌YKL -40的規(guī)律 時(shí)發(fā)現(xiàn),在軟骨細(xì)胞單分子層培養(yǎng)和正常軟骨移植培養(yǎng)的早期,作為對(duì)組織損傷的反應(yīng),YK L-40升高明顯;在培養(yǎng)中OA軟骨自分泌YKL-40的量比正常軟骨移植培養(yǎng)分泌的高。免疫顯 微 鏡檢查表明:YKL-40在軟骨細(xì)胞高爾基系統(tǒng)中著色,但在細(xì)胞外基質(zhì)中檢測不到,這說明YK L-40自分泌量的升高是細(xì)胞對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境改變的反應(yīng)。研究表明YKL-40可反映關(guān)節(jié)軟 骨 降解破壞和滑膜炎癥程度。故認(rèn)為YKL-40是關(guān)節(jié)破壞的一個(gè)局部診斷性標(biāo)記物。YKL-40 作 為一種反映關(guān)節(jié)組織代謝和病理變化的生物標(biāo)記物,可建立血清學(xué)檢測方法,這對(duì)于OA 的 早期診斷、判斷患者的病情、預(yù)測預(yù)后也有一定意義。

7 軟骨低聚基質(zhì)蛋白(COMP)

COMP是軟骨非膠原蛋白的主要成分。相關(guān)的┭芯懇閻な)COMP由間質(zhì)細(xì)胞,如滑膜細(xì)胞和 皮 膚成纖維細(xì)胞產(chǎn)生,很多組織(如:軟骨、滑膜、視網(wǎng)膜、肌腱以及血管平滑肌細(xì)胞等)內(nèi)都 有COMP基因的表達(dá),但它主要表達(dá)于軟骨細(xì)胞周圍基質(zhì)中[15]。

近年來,相關(guān)報(bào)道關(guān)于骨關(guān)節(jié)疾病中關(guān)節(jié)液的分析方法所檢測到的額外軟骨基質(zhì)蛋白釋放表 明,關(guān)節(jié)┮褐)COMP濃度的增高,在骨關(guān)節(jié)疾病特別是在骨關(guān)節(jié)炎中有重要的意義。在早 期的 骨關(guān)節(jié)炎中COMP標(biāo)記物的釋放有所增高。雖然軟骨粘蛋白釋放的升高較高于COMP的釋放,但 總的來說,軟骨粘蛋白和COMP這些大分子的濃度在骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)液表現(xiàn)均為增高。Huebne r等[16]在豬骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型中觀察到關(guān)節(jié)滑液COMP的mRNA表達(dá)上調(diào),表明COMP 不僅反 應(yīng)組織分解加速,同時(shí)也反應(yīng)軟骨和滑膜新近合成率的增加。因此,COMP對(duì)于OA 的早期診 斷、判斷患者的病情、預(yù)測預(yù)后也有一定意義。

雖然細(xì)胞因子在骨關(guān)節(jié)發(fā)生中的作用還需要更深入廣泛地研究,OA中細(xì)胞因子之間的相 互作用也仍未闡明,但毫無疑問的是細(xì)胞因子在其中發(fā)揮著巨大的作用。正是基于上述認(rèn)識(shí) 。把細(xì)胞因子或表達(dá)該因子的基因作為研究對(duì)象,成為了OA發(fā)病機(jī)理和治療等研究領(lǐng)域的熱 點(diǎn)課題。

總之,對(duì)細(xì)胞因子生物學(xué)作用的深入研究必將有助于對(duì)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),為 骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷(包括基因治療),提供科學(xué)的理論依據(jù)和可行的方法指導(dǎo),最大限度地 緩解骨關(guān)節(jié)炎患者的疾苦。

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