血友病性關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

鄭劉杰

血友病性關(guān)節(jié)炎 ( haemophilic arthropathy，HA ) 是由自發(fā)性關(guān)節(jié)內(nèi)出血及反復(fù)關(guān)節(jié)內(nèi)血腫引起，以慢性疼痛、關(guān)節(jié)損傷、生活質(zhì)量下降為主要臨床表現(xiàn)的一種衰竭性疾病，晚期以關(guān)節(jié)的纖維化變性和功能喪失為特征，受累關(guān)節(jié)多為膝、肘、踝，HA 典型的病理表現(xiàn)為滑膜炎、關(guān)節(jié)軟骨破壞及軟骨下骨破壞。在血友病患者中預(yù)防性應(yīng)用 VIII因子或者 XI 因子雖可以減少關(guān)節(jié)出血的發(fā)生率，但患者仍會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性關(guān)節(jié)出血，有研究表明，90% 以上的預(yù)防性患者在 40 歲前至少有一個(gè)關(guān)節(jié)出現(xiàn)慢性關(guān)節(jié)改變[1-4]。

最初 HA 被認(rèn)為是退行性關(guān)節(jié)病而非炎性關(guān)節(jié)病，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn) HA 既與退行性關(guān)節(jié)損傷有相似點(diǎn)，又與炎性關(guān)節(jié)病的損傷過(guò)程存在共同之處，現(xiàn)有的研究表明，鐵、細(xì)胞因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等參與了 HA 的發(fā)病機(jī)制[5-8]，但其中的機(jī)制尚未完全闡明，筆者擬從滑膜炎、軟骨破壞、軟骨下骨破壞以及關(guān)節(jié)纖維化四個(gè)方面對(duì)其發(fā)病機(jī)制進(jìn)行闡述，旨在總結(jié) HA 發(fā)病機(jī)制的近期研究進(jìn)展。

一、滑膜炎

1. 關(guān)節(jié)出血：血友病是一種因凝血因子缺乏導(dǎo)致，以自發(fā)和創(chuàng)傷相關(guān)出血為特征的先天性出血疾病，其中以含有較多滑膜組織的肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)以及踝關(guān)節(jié)的出血多見，目前踝關(guān)節(jié)已經(jīng)取代膝關(guān)節(jié)成為最常見的病變關(guān)節(jié)，此外，膝關(guān)節(jié)出血的頻率似乎也低于肘關(guān)節(jié)，這可能與活動(dòng)方式的改變相關(guān)，與此同時(shí)髖關(guān)節(jié)較少累及似乎也可以從中得到解釋[9-11]。急性關(guān)節(jié)出血后，滑膜內(nèi)層細(xì)胞大約需要 1 周才能將血液從關(guān)節(jié)腔清除[12]，而血友病患者關(guān)節(jié)中內(nèi)皮細(xì)胞基底膜的異常重塑、凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)的起始抑制以及纖溶系統(tǒng)的異常亢進(jìn)共同導(dǎo)致患者關(guān)節(jié)出血時(shí)間的延長(zhǎng)及反復(fù)出血，造成關(guān)節(jié)腔血液量超過(guò)滑膜內(nèi)層細(xì)胞的清除能力并最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)內(nèi)血液及其降解產(chǎn)物的堆積[13-15]。

Sen 等[16]研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)出血會(huì)激活 NF-κB 通路，引起細(xì)胞因子、血管生成因子以及低氧調(diào)節(jié)因子的基因表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致出血關(guān)節(jié)內(nèi) IL-1β、IL-6、IFN-γ、TNF-α、VEGF-a、HIF-1α 以及 HIF-2α 含量的上升，促進(jìn)滑膜增厚以及新血管形成。Sen 等推斷 NF-κB 通路的激活可能存在以下途徑：( 1 ) 反復(fù)的出血會(huì)增加關(guān)節(jié)腔內(nèi)促炎微粒子的含量，后者可以激活刺激 NF-κB 通路；( 2 ) 血紅蛋白衍生出的鐵作為炎癥誘導(dǎo)因子可以激活 NF-κB 通路；( 3 ) 鐵超載時(shí)，單核細(xì)胞 / 巨噬細(xì)胞滲入滑膜，后者可通過(guò)炎癥細(xì)胞因子激活 NF-κB 通路。

HA 患者關(guān)節(jié)內(nèi)血液的降解產(chǎn)物如 eRNA、血紅蛋白、血色素、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子 ( IL-1β、IL-6 )、凝血酶以及鐵通過(guò)刺激 iRhom2 / TACE 通路，促使 TNF-α 進(jìn)入受損關(guān)節(jié)參與炎癥反應(yīng)。此外 TNF-α 的釋放會(huì)激活前饋回路進(jìn)而促進(jìn)更多 TNF-α 產(chǎn)生，導(dǎo)致信號(hào)放大，刺激iRhom2 / TACE，形成惡性循環(huán)，促使更多的 TNF-α 產(chǎn)生，加重炎癥反應(yīng)并導(dǎo)致骨質(zhì)減少[17-18]。血漿酶、細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子也可以通過(guò)刺激細(xì)胞增殖、介導(dǎo)血液的炎癥反應(yīng)以及促進(jìn)軟骨蛋白聚糖的釋放導(dǎo)致滑膜炎以及軟骨破壞[19]。

隨著血液的蓄積，關(guān)節(jié)腔內(nèi)的機(jī)械壓力增加，導(dǎo)致血管受壓，再加上免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)以及滑膜細(xì)胞的增殖會(huì)進(jìn)一步加重組織對(duì)氧氣的需求，導(dǎo)致出血關(guān)節(jié)處的低氧環(huán)境[20]，而低氧會(huì)激活 HIF 通路進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥、血管生成、細(xì)胞遷移和軟骨破壞，抑制滑膜細(xì)胞和炎癥細(xì)胞的凋亡[21]。

關(guān)節(jié)出血后，具有組織修復(fù)功能的單核細(xì)胞 / 巨噬細(xì)胞會(huì)在附近募集，后者參與炎癥反應(yīng)并產(chǎn)生 VEGF 促進(jìn)滑膜血管增生[22]，炎癥還會(huì)募集內(nèi)皮細(xì)胞前體在滑膜處增殖分化并且促進(jìn)已存在的血管再次出芽生長(zhǎng)，導(dǎo)致滑膜血管增生[23]。另外 HA 患者滑膜組織的血管增生過(guò)程是一個(gè)由炎癥、促血管生成因子共同驅(qū)動(dòng)的緩慢過(guò)程，有別于普通傷口愈合中的新血管形成[24]。

2. Fe：Fe 從破壞的紅細(xì)胞、滑膜細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞對(duì)紅細(xì)胞的吞噬作用中產(chǎn)生，以含鐵血黃素、鐵蛋白以及游離鐵等形式參與 HA 的發(fā)病機(jī)制[25-26]。滑膜中沉積的 Fe以含鐵血黃素的形式存在并通過(guò)誘發(fā)一系列調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡基因 ( MYC-C、MDM-2、p21CIPI、TRAIL、Fas /CD95 ) 的異常表達(dá)[20,27]，導(dǎo)致滑膜細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞增殖，造成滑膜肥厚以及血管增生。

Fe 會(huì)招募單核細(xì)胞 / 巨噬細(xì)胞并促使沉積的滑膜細(xì)胞產(chǎn)生一些炎性細(xì)胞因子如 IL-1α，IL-6，IL-1β 以及TNF-α 參與炎癥反應(yīng)[7]。具體機(jī)制如下：腫瘤壞死因子( TNF-α ) 可通過(guò)促進(jìn) VEGF、基質(zhì)金屬蛋白酶-9 ( MMP-9 )等血管生成因子的產(chǎn)生促進(jìn)滑膜血管增生[28]，白細(xì)胞介素-1 ( IL-1 ) 通過(guò)上調(diào) VEGF 以及 VEGF 受體在內(nèi)皮細(xì)胞( ECs ) 的表達(dá)[29]，而白細(xì)胞介素-6 ( IL-6 ) 通過(guò)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞 ( ECs ) 的增殖、遷移 ( 血管生成的兩個(gè)主要步驟 ) 以及VEGF 的過(guò)度表達(dá)促進(jìn)滑膜血管增生[30]。VEGF 作為一種介導(dǎo)血管增生的重要信號(hào)分子通過(guò)與其受體 VEGFR-1 以及 VEGFR-2 結(jié)合，促進(jìn)滑膜血管的增生[8,31-33]。此外，上述細(xì)胞因子還與關(guān)節(jié)軟骨和骨破壞的過(guò)程密切相關(guān)[34-36]，鐵沉積滑膜會(huì)誘發(fā)關(guān)節(jié)滑膜中炎性細(xì)胞因子的表達(dá)增加，促進(jìn)滑膜炎的發(fā)病過(guò)程[7,37-38]。

鑒于本文重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移對(duì)能源強(qiáng)度收斂的影響，不僅考慮本地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出對(duì)能源強(qiáng)度的影響，同時(shí)也考慮鄰近省份能源強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對(duì)本地區(qū)的影響。因此，本文采用空間杜賓面板模型，具體形式如下：

二、軟骨破壞

軟骨是一種惰性組織，由軟骨細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)組成，其中細(xì)胞外基質(zhì)主要由膠原纖維和蛋白聚糖組成。其代謝更新依賴于生長(zhǎng)因子、酶、細(xì)胞因子、氧代謝物及其天然抑制劑之間的協(xié)同作用[12-13]。由于缺乏血液供應(yīng)，軟骨組織需要依賴由高濃度的透明質(zhì)酸、白蛋白以及吞噬細(xì)胞等組成滑膜液來(lái)提供營(yíng)養(yǎng)。目前認(rèn)為 HA 患者的軟骨破壞由進(jìn)入關(guān)節(jié)內(nèi)的血液以及滑膜炎癥共同導(dǎo)致，且血液對(duì)軟骨的破壞早于滑膜炎癥。

1. 血液：Hooiveld 等[39]研究發(fā)現(xiàn)：在血液的存在下，單核細(xì)胞 / 細(xì)胞巨噬細(xì)胞合成分泌的 IL-1β 會(huì)刺激軟骨細(xì)胞在其周圍生成大量的過(guò)氧化氫，后者通過(guò)與血紅蛋白衍生出的 Fe 發(fā)生芬頓反應(yīng)在軟骨細(xì)胞周圍生成細(xì)胞毒性很強(qiáng)的羥基自由基，引發(fā)軟骨細(xì)胞凋亡并影響軟骨基質(zhì)的合成，導(dǎo)致軟骨破壞。

關(guān)節(jié)腔積血會(huì)導(dǎo)致腔內(nèi)機(jī)械壓力增加，過(guò)度的機(jī)械載荷會(huì)破壞軟骨的三維纖維網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致軟骨損傷[32]，血液還會(huì)導(dǎo)致滑液中黏多糖的下降[20]。

2. 滑膜：血友病性滑膜炎會(huì)在軟骨表面形成一層由巨噬細(xì)胞樣、成纖維細(xì)胞樣的間充質(zhì)細(xì)胞以及其它炎性細(xì)胞組成的關(guān)節(jié)翳，后者通過(guò)上述細(xì)胞產(chǎn)生的溶膠原酶對(duì)軟骨造成損傷[40-41]。

增生的滑膜可以產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子、纖溶酶以及基質(zhì)金屬蛋白酶 ( matrix metalloproteinase，MMPs ) 等物質(zhì)，介導(dǎo)軟骨損傷[15,19,42-43]。具體機(jī)制如下：IL-1 可以通過(guò)直接誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞生成過(guò)氧化氫，后者與血紅蛋白衍生出的 Fe發(fā)生芬頓反應(yīng)在軟骨細(xì)胞周圍生成細(xì)胞毒性很強(qiáng)的羥基自由基，引發(fā)軟骨細(xì)胞凋亡并間接影響軟骨基質(zhì)的合成，導(dǎo)致軟骨破壞[44]，IL-1 還可以與 TNF-α 協(xié)同作用通過(guò)抑制軟骨基質(zhì)的合成導(dǎo)致軟骨破壞[45-47]；NO 可以誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡[48]，促炎細(xì)胞因子可以通過(guò)促進(jìn) MMPs 和蛋白聚糖酶的產(chǎn)生對(duì)軟骨產(chǎn)生影響；纖溶酶通過(guò)誘導(dǎo)軟骨中蛋白聚糖的釋放或通過(guò)激活 pro-MMPs 導(dǎo)致軟骨損傷[15,49,20]，此外，纖溶酶可以通過(guò)蛋白酶激活受體 ( protease-activated receptor，PARs ) 影響細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致滑膜炎和軟骨退化[50-51]；MMPs 可通過(guò)降解組成關(guān)節(jié)軟骨的主要蛋白成分－II 型膠原介導(dǎo)軟骨損傷[52]。

滑膜中的沉積鐵導(dǎo)致滑膜結(jié)構(gòu)異常，引起其產(chǎn)生的供應(yīng)軟骨組織營(yíng)養(yǎng)的滑膜液成分改變，導(dǎo)致軟骨損傷[53]。

三、軟骨下骨破壞

目前對(duì)骨破壞發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)大致可分為與出血直接相關(guān)以及其它獨(dú)立機(jī)制，具體如下。

1. RANKL / RANK / OPG 通路：RANKL / RANK / OPG通路是調(diào)節(jié)骨組織生物代謝的重要通路，RANKL 是一種主要位于成骨細(xì)胞 / 基質(zhì)細(xì)胞表面的跨膜配體，以結(jié)合以及游離 ( sRANKL ) 狀態(tài)兩種形式存在。RANKL 與位于破骨前體細(xì)胞表面的受體 RANK 結(jié)合后，促進(jìn)破骨細(xì)胞的增殖成熟，導(dǎo)致骨吸收，OPG 作為 RANKL 的誘餌受體，與RANK 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合 RANKL[54-56]，從而抑制破骨活動(dòng)。

Melchiorre 等[57]研究發(fā)現(xiàn)：在 HA 患者滑膜組織中，F(xiàn)VIII-vWF 復(fù)合物的缺乏會(huì)導(dǎo)致 OPG 水平下降，而炎性細(xì)胞因子會(huì)促使 B 型滑膜細(xì)胞以及活化 T 細(xì)胞合成 RANKL 并導(dǎo)致其水平的升高，引起 RANK / RANKL / OPG 通路調(diào)節(jié)的骨代謝平衡向破骨方向傾斜，最終導(dǎo)致骨破壞。

一些細(xì)胞因子 ( TNF-α、IL-1、IL-17 ) 可以加強(qiáng)RANKL 介導(dǎo)的骨吸收過(guò)程[58-59]，TNF-α 一方面可以增加破骨前體細(xì)胞 ( OCPs ) 的增殖和分化；另一方面通過(guò)抑制骨髓基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)細(xì)胞衍生因子 ( SDF-1 )，從而增加 OCPs從骨髓中的釋放并導(dǎo)致外周血中 OCPs 水平的升高[60-61]。

2. iRhom2 / TACE / TNF-α 通路：Haxaire 等[18]利用針穿刺損傷造成血友病性 FVIII 因子缺乏的小鼠 ( F8 - / -小鼠 ) 關(guān)節(jié)積血來(lái)進(jìn)行造模實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)血液進(jìn)入關(guān)節(jié)后可通過(guò)激活 iRhom2 / TACE / TNF-α 通路，誘導(dǎo) TNF-α 的產(chǎn)生，后者在促進(jìn)關(guān)節(jié)炎癥的同時(shí)導(dǎo)致骨質(zhì)減少，而阻斷iRhom2 / TACE / TNF-α 通路可以有效的限制骨破壞。

3. 活動(dòng)量下降：關(guān)節(jié)積血引起關(guān)節(jié)囊機(jī)械擴(kuò)張，囊內(nèi)壓力的增加會(huì)壓迫毛細(xì)血管和淋巴通道，導(dǎo)致體液循環(huán)障礙，加重由血腫引起的腫脹，觸發(fā)纖維囊內(nèi)的疼痛感受器，引起疼痛[10]。此外，血友病患者關(guān)節(jié)骨贅及滑膜組織厚度方面的獨(dú)特退行性變化導(dǎo)致中樞和外周痛覺感受器的敏感性增強(qiáng)，引發(fā)一系列大腦紊亂，如情緒恐懼、焦慮、情緒抑郁和認(rèn)知功能障礙[62-63]。以上因素共同導(dǎo)致機(jī)體活動(dòng)量的下降，長(zhǎng)此以往會(huì)通過(guò)減少峰值骨量和增加骨吸收進(jìn)而對(duì)骨密度產(chǎn)生負(fù)面影響[64]。

Biere-Rafi 等[65]研究表明肥胖除可以增加 HA 患者關(guān)節(jié)出血以及活動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)外，還會(huì)引起 HA 患者的活動(dòng)量減少，進(jìn)而對(duì)骨代謝產(chǎn)生不利影響。

4. FVIII 缺乏：FVIII 缺乏導(dǎo)致 HA 患者體內(nèi)凝血酶含量較低[66]，抑制 PAR-1 介導(dǎo)的成骨細(xì)胞增殖[67]。此外，Recht 等[68]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)VIII 缺乏老鼠體內(nèi)兩種抑制破骨細(xì)胞活性的炎性細(xì)胞因子 IL-1α 和 IL-β 水平嚴(yán)重下降，導(dǎo)致骨吸收。

5. 軟骨下骨囊腫：Zhang 等[69]發(fā)現(xiàn) 1 例 HA 患者的股骨頭樣本的缺損部位填充了一塊由軟組織組成的囊性物，此外，Christensen 等[70]在研究是否可以通過(guò)超聲和微電腦斷層掃描來(lái)顯示患有 HA 的 F8 - / - 大鼠關(guān)節(jié)直觀結(jié)構(gòu)時(shí)也發(fā)現(xiàn)了軟骨下骨囊腫的存在，這提示軟骨下骨囊腫可能是骨破壞的原因之一，但由于病例數(shù)不足限制了相關(guān)研究，具體機(jī)制尚不清楚。

四、關(guān)節(jié)纖維化

關(guān)節(jié)纖維化是 HA 患者最嚴(yán)重的致殘性并發(fā)癥，進(jìn)展性纖維化導(dǎo)致關(guān)節(jié)攣縮和萎縮，隨著疾病進(jìn)展，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能的喪失。

結(jié)締組織生長(zhǎng)因子 ( CTGF )：作為細(xì)胞基質(zhì)蛋白酶中CCN ( CYR61-CTGF-NOV ) 家族的一員，CTGF 幾乎在機(jī)體所有纖維化的過(guò)程中都有所涉及[71]。Jiang 等[72]研究發(fā)現(xiàn) A 型滑膜細(xì)胞在吸收血液分解產(chǎn)物后可以產(chǎn)生 CTGF，而 HA 患者反復(fù)的自發(fā)性出血導(dǎo)致這一過(guò)程的循環(huán)往復(fù)，引起出血關(guān)節(jié)處的 CTGF 水平持續(xù)異常，最終導(dǎo)致纖維性關(guān)節(jié)粘連、關(guān)節(jié)囊增厚和攣縮。此外，Jiang 等推測(cè) CTGF的產(chǎn)生可能與含鐵血黃素和鐵蛋白的存在密切相關(guān)。

總之，HA 的發(fā)病機(jī)制是個(gè)十分復(fù)雜的病理生理過(guò)程。關(guān)節(jié)出血作為始發(fā)因素，繼而引起了一系列相關(guān)細(xì)胞分子參與的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)，導(dǎo)致鐵沉積、炎癥、滑膜增生、軟骨降解、新生血管生成以及纖維蛋白溶解，形成了以滑膜炎癥、軟骨破壞以及軟骨下骨破壞為主的病理表現(xiàn)?；ぱ装Y、軟骨破壞以及軟骨下骨破壞互相影響形成一種惡性循環(huán)推動(dòng)疾病進(jìn)展。為了解 HA 的發(fā)病機(jī)制，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，許多研究計(jì)劃也正在進(jìn)行中，盡管上述各種因素參與 HA 的發(fā)生發(fā)展過(guò)程已被證實(shí)，然而確切的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，仍須進(jìn)行更多的相關(guān)研究。