肩周炎肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)研究

何勇　熊建義　崔家鳴　陳潔琳　段莉　劉威　王大明　朱偉民　王大平

?

肩周炎肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)研究

何勇熊建義崔家鳴陳潔琳段莉劉威王大明朱偉民王大平

目前肩周炎肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)機制研究主要集中于炎癥反應(yīng)和纖維化相關(guān)細胞因子。研究表明，某些特定炎癥介質(zhì)和纖維化相關(guān)細胞因子可能參與肩周炎發(fā)病機制，引起肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)性改變，最終導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)活動受限。該文就肩周炎肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)研究作一綜述。

肩周炎；活動受限；細胞因子；分子生物學(xué)

肩周炎是由多因素導(dǎo)致的肩關(guān)節(jié)囊漸進性炎性粘連、僵硬，其特點為肩關(guān)節(jié)疼痛、各方向活動受限。臨床上肩周炎發(fā)病率為2%～5%，平均發(fā)病年齡約50歲，多發(fā)于30～70歲，女性多于男性，左側(cè)多于右側(cè)[1-3]。肩周炎發(fā)病相關(guān)危險因素包括糖尿病、卒中、腫瘤、心肌梗塞、甲狀腺疾病、自身免疫性疾病、有肩周炎陽性家族史、低體重指數(shù)等，其中糖尿病患者肩周炎發(fā)病率較高，為10%～20%[4-6]。

1　肩關(guān)節(jié)活動受限病因

臨床上受累肩關(guān)節(jié)活動受限給肩周炎患者帶來痛苦，且使用止痛劑仍不能緩解，提示肩關(guān)節(jié)病理性改變?yōu)橐鹌浠顒邮芟薜闹饕蛩?，疼痛為次要因素[7-9]。Shaffer等[3]對61例未經(jīng)治療的肩周炎患者進行平均長達7年的隨訪，結(jié)果顯示50%的患者存在肩部疼痛和僵硬，70%的患者存在肩關(guān)節(jié)活動受限。肩周炎患者肩關(guān)節(jié)造影顯示，肩關(guān)節(jié)容量下降，關(guān)節(jié)囊增厚、縮短；MRI檢查顯示，喙肱韌帶及旋轉(zhuǎn)間隙處關(guān)節(jié)囊顯著增厚，喙突與喙肱韌帶間的脂肪三角消失；組織病理學(xué)檢查顯示，肩關(guān)節(jié)囊攣縮增厚，出現(xiàn)關(guān)節(jié)囊滑膜慢性炎癥及纖維化[10-12]。研究表明，肩周炎患者肩關(guān)節(jié)活動受限主要由炎癥反應(yīng)及纖維化導(dǎo)致的肩部病理性變化引起，深入研究其病理分子機制具有重要價值。肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)機制目前尚不明確，但經(jīng)不斷探索和研究發(fā)現(xiàn)，某些特定炎癥介質(zhì)和纖維化相關(guān)細胞因子表達改變可能參與肩周炎發(fā)病機制，引起肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)改變，最終導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)活動受限。

2　炎癥及其相關(guān)細胞因子

有學(xué)者于1896年首次提出肩峰下滑囊炎引起的肩關(guān)節(jié)周圍炎癥為原發(fā)性肩周炎的病因，此后肩周炎的分子生物學(xué)研究開始集中于炎癥相關(guān)細胞因子。Rodeo等[13]對7例正常和14例肩周炎肩關(guān)節(jié)囊和滑膜進行活檢，經(jīng)免疫組化分析和實時定量聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)檢測證實，肩周炎組白細胞介素(IL)-1α、IL-1β和腫瘤壞死因子(TNF)較正常組表達升高。研究[14]表明，早期肩周炎患者關(guān)節(jié)囊組織中出現(xiàn)血管增生，而血管增生與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，炎癥介質(zhì)可刺激血管增生，血管增生進一步促進炎癥反應(yīng)。Hand等[15]在肩周炎肩關(guān)節(jié)囊活檢樣本中發(fā)現(xiàn)慢性炎癥細胞，主要為肥大細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞和巨噬細胞。Lho等[16]對比肩周炎患者(實驗組)與肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者(對照組)肩關(guān)節(jié)囊及肩峰下滑囊組織，發(fā)現(xiàn)實驗組肩關(guān)節(jié)囊組織中IL-1α、IL-1β、TNF-α、環(huán)氧合酶(COX)-1和COX-2表達較對照組顯著升高，肩峰下滑囊組織中IL-1α、TNF-α及COX-2也較對照組顯著升高，認為肩峰下滑囊中的炎癥介質(zhì)可能與肩周炎發(fā)病有關(guān)。

上述研究表明，炎癥反應(yīng)是原發(fā)性肩周炎的分子生物學(xué)表現(xiàn)，COX-1、COX-2、IL-1、IL-6、TNF-α等細胞因子可引起組織粘連、水腫，導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)活動度下降，與肩周炎誘發(fā)、調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)。

3　纖維化及其相關(guān)細胞因子

肩周炎的特點為關(guān)節(jié)囊增厚、攣縮，但導(dǎo)致這種變化的機制尚不明確，僅確定與某些蛋白相關(guān)。Hand等[15]研究認為，肩周炎關(guān)節(jié)囊的增厚和攣縮是纖維增生性紊亂綜合征，可能由細胞外基質(zhì)過度堆積或基質(zhì)降解受抑制引起。

Bunker等[17]應(yīng)用單克隆抗體免疫細胞化學(xué)染色法檢測從肩周炎患者喙肱韌帶和關(guān)節(jié)囊中獲取的樣本細胞，發(fā)現(xiàn)存在大量成纖維細胞、肌成纖維細胞及結(jié)節(jié)狀膠原纖維，與纖維組織增生性疾病杜普伊特倫攣縮病變組織類似，提出肩周炎病理改變實質(zhì)為纖維組織增生。Raykha等[18]研究發(fā)現(xiàn)，杜普伊特倫攣縮者β-連環(huán)蛋白、纖維化組織中胰島素樣生長因子(IGF)-2 mRNA表達較正常人顯著升高，關(guān)節(jié)鏡下分別取肩周炎和肩袖損傷關(guān)節(jié)囊組織檢測，發(fā)現(xiàn)肩周炎組β-連環(huán)蛋白、IGF-2 mRNA表達較肩袖損傷組顯著升高，認為肩周炎和杜普伊特倫攣縮具有相同的結(jié)締組織纖維化病理生理過程，且IGF-2可能直接參與肩周炎關(guān)節(jié)囊纖維化。

Schnaper等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在包括肩周炎在內(nèi)的纖維化疾病中，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)和轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β等起重要作用。TGF-β是一種在細胞外基質(zhì)基因表達、細胞增殖分化、基質(zhì)降解、免疫調(diào)節(jié)及細胞凋亡等方面均發(fā)揮重要作用的細胞因子，同時也是一種重要的促纖維化因子，可在纖維化過程中促進成纖維細胞生成，并進一步促進成纖維細胞合成膠原纖維、蛋白多糖及纖維粘連蛋白等細胞外基質(zhì)[12,20-21]。研究[13,16,22]發(fā)現(xiàn)，肩周炎關(guān)節(jié)囊組織中TGF-β較正常者表達顯著升高，表明TGF-β可能在肩關(guān)節(jié)囊纖維化中發(fā)揮重要作用。

MMP是與多種細胞因子相互作用、具有廣泛生物學(xué)活性的酶家族，在細胞外基質(zhì)降解和重塑過程中發(fā)揮重要作用，與組織纖維化密切相關(guān)，其含量常隨組織纖維化而變化，其中MMP-1和MMP-2與膠原纖維降解相關(guān)[23-24]。李宏云等[23]對比了肩周炎、肩袖損傷、肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)、肩峰下撞擊綜合征患者肩關(guān)節(jié)囊組織，發(fā)現(xiàn)肩周炎肩關(guān)節(jié)囊組織中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9及MMP-12表達顯著升高，認為MMP可能在肩周炎纖維化病理過程中起重要作用。Lubis等[22]發(fā)現(xiàn)，與正常者相比，肩周炎患者血漿中MMP-1和MMP-2表達顯著降低，而TIMP-1、TIMP-2 和TGF-β1表達顯著升高；進一步將肩周炎患者分為強化伸展鍛煉組和自行鍛煉組，在6周和12周后再次測量血漿中各因子表達并分別評定其肩關(guān)節(jié)功能，結(jié)果顯示兩組患者血漿中MMP-1和MMP-2水平均較基線升高；強化伸展鍛煉組除MMP-1和MMP-2升高更為顯著外，TIMP-1、TIMP-2和TGF-β1表達水平顯著降低，且肩關(guān)節(jié)功能恢復(fù)更顯著，因此認為血漿中MMP-1、MMP-2、TIMP-1、TIMP-2和TGF-β1可能與肩周炎密切相關(guān)，且與肩周炎纖維化病理過程相關(guān)，伸展運動有助于恢復(fù)肩周炎患者肩關(guān)節(jié)功能。

Hagiwara等[25]研究發(fā)現(xiàn)，肩周炎肩關(guān)節(jié)囊組織中膠原纖維束結(jié)構(gòu)致密，而肩袖損傷肩關(guān)節(jié)囊組織中膠原纖維束排列稀疏、有序，實時定量PCR顯示肩周炎者Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)、P物質(zhì)(SP)和血小板衍生生長因子(PDGF)等表達均較肩袖損傷者顯著升高，免疫組化結(jié)果也顯示肩周炎者Ⅰ型膠原表達升高。

Ha等[26]采用免疫印跡法測定肩袖損傷、肩周炎及正常肩峰下滑囊和關(guān)節(jié)囊樣本組織酸敏感性離子通道(ASIC)3蛋白水平，結(jié)果顯示肩袖損傷和肩周炎組ASIC3表達顯著升高。Cho等[27]發(fā)現(xiàn)原發(fā)性肩周炎關(guān)節(jié)囊組織中ASIC1、ASIC2、ASIC3及相應(yīng)mRNA表達較肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)者顯著升高，其中ASIC3 mRNA和ASIC3升高最明顯，提示ASIC可能參與肩周炎病理過程。

上述研究表明，肩周炎肩關(guān)節(jié)囊增厚和攣縮為纖維增生性紊亂，IGF-2、ASIC、TGF-β、MMP和TIMP等細胞因子可能參與肩周炎纖維化，促使Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白表達升高，肩關(guān)節(jié)纖維化，肩關(guān)節(jié)囊攣縮、增厚、容積下降，最終導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)活動受限。

4　結(jié)語

肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)研究目前主要集中于炎癥反應(yīng)和纖維化病理過程。炎癥反應(yīng)和纖維化是肩周炎基本病理變化，但其具體誘因目前仍不明確，可能與免疫反應(yīng)、退行性變、微損傷等相關(guān)[4,10,15]。肩周炎患者關(guān)節(jié)囊增厚、攣縮，關(guān)節(jié)腔容積下降為肩關(guān)節(jié)活動受限的病因。COX-1、COX-2、IL-1、IL-6、TNF-α等炎性因子可能在肩周炎炎癥誘發(fā)、調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)歸中起重要作用，炎癥反應(yīng)引起組織粘連、水腫，導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)活動度下降，繼而發(fā)生肩關(guān)節(jié)纖維化、關(guān)節(jié)囊增厚粘連等。IGF-2、ASIC、TGF-β、MMP和TIMP等細胞因子可能參與肩周炎纖維化，促使Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白表達升高，加速肩關(guān)節(jié)纖維化，引起肩關(guān)節(jié)囊攣縮、增厚、容積下降，最終導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)活動受限。研究[4]顯示，約25%的肩周炎患者患有糖尿病，伴有糖尿病的肩周炎患者病情更嚴重，病程遷延，肩關(guān)節(jié)活動受限顯著，應(yīng)考慮早期干預(yù)[28-30]。未來肩周炎肩關(guān)節(jié)活動受限的分子生物學(xué)研究可繼續(xù)圍繞炎癥反應(yīng)、與纖維化密切相關(guān)的細胞因子及其相互作用、調(diào)節(jié)機制等展開。

[1]Uddin MM, Khan AA, Haig AJ, et al. Presentation of frozen shoulder among diabetic and non-diabetic patients[J]. J Clin Orthop Trauma, 2014, 5(4):193-198.

[2]Bhargav D, Murrell GA. Basic science of adhesive capsulitis[J]. Tech Shoulder Elbow Surg, 2011, 12(4):126-129.

[3]Shaffer B, Tibone JE, Kerlan RK. Frozen shoulder. A long-term follow-up[J]. J Bone Joint Surg Am, 1992, 74(5):738-746.

[4]Li W, Lu N, Xu H, et al. Case control study of risk factors for frozen shoulder in China[J]. Int J Rheum Dis, 2015, 18(5):508-513.

[5]Shah KM, Ruth-Clark B, McGill JB, et al. Shoulder limited joint mobility in people with diabetes mellitus[J]. Clin Biomech (Bristol, Avon), 2015, 30(3):308-313.

[6]Dehghan A, Pishgooei N, Salami MA, et al. Comparison between NSAID and intra-articular corticosteroid injection in frozen shoulder of diabetic patients; a randomized clinical trial[J]. Exp Clin Endocrinol Diabetes, 2013, 121(2):75-79.

[7]Vastamaki H, Kettunen J, Vastamaki M. The natural history of idiopathic frozen shoulder: a 2- to 27-year followup study[J]. Clin Orthop Relat Res, 2012, 470(4):1133-1143.

[8]Leonidou A, Woods DA. A preliminary study of manipulation under anaesthesia for secondary frozen shoulder following breast cancer treatment[J]. Ann R Coll Surg Engl, 2014, 96(2):111-115.

[9]Vastamaki H, Vastamaki M. Motion and pain relief remain 23 years after manipulation under anesthesia for frozen shoulder[J]. Clin Orthop Relat Res, 2013, 471(4):1245-1250.

[10]Tamai K, Akutsu M, Yano Y. Primary frozen shoulder: brief review of pathology and imaging abnormalities[J]. J Orthop Sci, 2014, 19(1):1-5.

[11]Zhao W, Zheng X, Liu Y, et al. An MRI study of symptomatic adhesive capsulitis[J]. PLoS One, 2012, 7(10):e47277.

[12]王玥,黨曉謙,王坤正,等. 原發(fā)性凍結(jié)肩發(fā)病的分子機制及研究現(xiàn)狀[J]. 中華關(guān)節(jié)外科雜志(電子版), 2014, 8(1):113-115.

[13]Rodeo SA, Hannafin JA, Tom J, et al. Immunolocalization of cytokines and their receptors in adhesive capsulitis of the shoulder[J]. J Orthop Res, 1997, 15(3):427-436.

[14]Lingueglia E. Acid-Sensing Ion Channels (ASICs) in pain[J]. Biol Aujourdhui, 2014, 208(1):13-20.

[15]Hand GC, Athanasou NA, Matthews T, et al. The pathology of frozen shoulder[J]. J Bone Joint Surg Br, 2007, 89(7):928-932.

[16]Lho YM, Ha E, Cho CH, et al. Inflammatory cytokines are overexpressed in the subacromial bursa of frozen shoulder[J]. J Shoulder Elbow Surg, 2013, 22(5):666-672.

[17]Bunker TD, Anthony PP. The pathology of frozen shoulder. A Dupuytren-like disease[J]. J Bone Joint Surg Br, 1995, 77(5):677-683.

[18]Raykha CN, Crawford JD, Burry AF, et al. IGF2 expression and β-catenin levels are increased in frozen shoulder syndrome[J]. Clin Invest Med, 2014, 37(4):E262-E267.

[19]Schnaper HW, Hayashida T, Hubchak SC, et al. TGF-beta signal transduction and mesangial cell fibrogenesis[J]. Am J Physiol Renal Physiol, 2003, 284(2):F243-F252.

[20]Pennison M, Pasche B. Targeting transforming growth factor-beta signaling[J]. Curr Opin Oncol, 2007, 19(6):579-585.

[21]Border WA, Noble NA. Transforming growth factor beta in tissue fibrosis[J]. N Engl J Med, 1994, 331(19):1286-1292.

[22]Lubis AM, Lubis VK. Matrix metalloproteinase, tissue inhibitor of metalloproteinase and transforming growth factor-beta 1 in frozen shoulder, and their changes as response to intensive stretching and supervised neglect exercise[J]. J Orthop Sci, 2013, 18(4):519-527.

[23]李宏云，陳世益，翟偉韜，等. 凍結(jié)肩患者關(guān)節(jié)囊組織中TGF-β和MMPs表達研究[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版), 2009, 29(11):1363-1366.

[24]Nagase H, Visse R, Murphy G. Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMPs[J]. Cardiovasc Res, 2006, 69(3):562-573.

[25]Hagiwara Y, Ando A, Onoda Y, et al. Coexistence of fibrotic and chondrogenic process in the capsule of idiopathic frozen shoulders[J]. Osteoarthritis Cartilage, 2012, 20(3):241-249.

[26]Ha E, Lho YM, Seo HJ, et al. Melatonin plays a role as a mediator of nocturnal pain in patients with shoulder disorders[J]. J Bone Joint Surg Am, 2014, 96(13):e108.

[27]Cho CH, Lho YM, Ha E, et al. Up-regulation of acid-sensing ion channels in the capsule of the joint in frozen shoulder[J]. Bone Joint J, 2015, 97B(6):824-829.

[28]Uppal HS, Evans JP, Smith C. Frozen shoulder: a systematic review of therapeutic options[J]. World J Orthop, 2015, 6(2):263-268.

[29]Mehta SS, Singh HP, Pandey R. Comparative outcome of arthroscopic release for frozen shoulder in patients with and without diabetes[J]. Bone Joint J, 2014, 96B(10):1355-1358.

[30]Yian EH, Contreras R, Sodl JF. Effects of glycemic control on prevalence of diabetic frozen shoulder[J]. J Bone Joint Surg Am, 2012, 94(10):919-923.

(收稿：2015-12-09；修回：2016-03-02)

(本文編輯：李昱霏)

國家自然科學(xué)基金面上項目(81572198)、廣東省自然科學(xué)基金(2015A030313772)、深圳市科技計劃項目(JSGG20140519105550503、JCYJ20140414170821200)

518000，深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部深圳大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科(何勇、熊建義、崔家鳴、朱偉民、王大平)；518000，深圳市組織工程重點實驗室(何勇、熊建義、崔家鳴、陳潔琳、段莉、劉威、王大明、朱偉民、王大平)

10.3969/j.issn.1673-7083.2016.03.013