高膽固醇與骨關(guān)節(jié)炎的研究進(jìn)展

韓廣弢，李皓桓，蔡偉松，張宇標(biāo)

高脂肪攝入和缺乏運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致許多健康問題，最終會(huì)導(dǎo)致高血壓、肥胖、血脂異常、高膽固醇血癥和胰島素抵抗綜合征或代謝性疾病的患病率不斷上升，而代謝性疾病又會(huì)促使糖尿病、心血管疾病和動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的發(fā)病。據(jù)報(bào)道，這些疾病的發(fā)生可能使骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）的患病風(fēng)險(xiǎn)增加［1］。更重要的是，這些危險(xiǎn)因素可能相互作用，促使OA惡化。雖然大多數(shù)OA是因?yàn)榉逝?、高血壓、高膽固醇血癥等基礎(chǔ)疾病而產(chǎn)生，但是高膽固醇如何影響OA發(fā)病尚不明確，本文將對(duì)其進(jìn)行綜述。

1 高膽固醇是誘發(fā)OA的危險(xiǎn)因素

人體中膽固醇可以通過兩種途徑來產(chǎn)生，一是細(xì)胞通過生物合成途徑合成，二是通過飲食攝取。膽固醇是細(xì)胞膜的重要組成成分，并影響許多信號(hào)分子，包括Ras、Hedgehog、Rho等。據(jù)報(bào)道，正常人滑液中膽固醇含量比血漿中含量要低［2］。然而，炎癥性關(guān)節(jié)病患者的滑液中膽固醇和膽固醇晶體含量高于正常人的滑液。通常認(rèn)為，膽固醇會(huì)對(duì)炎癥性關(guān)節(jié)病的產(chǎn)生起促進(jìn)作用。

受脂肪代謝的影響，超重者容易發(fā)生高膽固醇血癥。但是關(guān)于高膽固醇水平是否影響OA的發(fā)生還存在爭(zhēng)議。關(guān)于OA與血清膽固醇水平之間的關(guān)系，流行病學(xué)研究得出了不同的結(jié)論。部分研究表明高膽固醇血癥會(huì)促進(jìn)OA的發(fā)展［3-6］，而有研究則發(fā)現(xiàn)高膽固醇血癥會(huì)抑制OA的發(fā)展［7］。

當(dāng)膽固醇流入超過膽固醇流出時(shí)，就會(huì)造成膽固醇蓄積。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，OA軟骨組織中載脂蛋白1和三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1（ABCA1）等膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)基因的mRNA表達(dá)水平顯著降低。此外，在OA軟骨中，兩種肝臟亞型X受體（LXR）的表達(dá)水平降低，特別是LXRα和LXRβ mRNA表達(dá)水平也明顯降低［8］。并且，軟骨中上調(diào)的固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2（SREBP-2）對(duì)OA的發(fā)病起著關(guān)鍵作用［9-11］。蛋白質(zhì)組學(xué)分析進(jìn)一步支持了這一觀點(diǎn)，這些蛋白質(zhì)在OA軟骨中的表達(dá)與正常軟骨存在差異［12-13］。推斷這些基因的低表達(dá)可能會(huì)對(duì)OA的產(chǎn)生有促進(jìn)作用。

最近，GIERMAN等［14］通過對(duì)小鼠和兔子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究高膽固醇和OA之間的聯(lián)系，其認(rèn)為高膽固醇的小鼠和兔子更容易軟骨退化，從而促使OA發(fā)病。隨著進(jìn)一步研究，其還指出，載脂蛋白E敲除的小鼠和兔子更易受高膽固醇的影響［15］，這為高膽固醇參與OA提供了直接證據(jù)。其研究指出雖然這些小鼠和兔子更容易患OA，但其產(chǎn)生可以被他汀類藥物抑制。為了更好地研究高膽固醇對(duì)OA的影響，其使用了阿托伐他汀對(duì)患OA的小鼠和兔子進(jìn)行治療，治療后OA癥狀顯著改善。所以作者提出是高膽固醇而不是過度機(jī)械負(fù)荷促進(jìn)OA發(fā)病。高膽固醇血癥的特點(diǎn)之一是低密度脂蛋白（LDL）水平升高。LDL是一類非均質(zhì)脂蛋白顆粒，核內(nèi)含有三酰甘油和膽固醇酯，核外由親水的磷脂殼、游離膽固醇和載脂蛋白（Apo）構(gòu)成。最近DE MUNTER等［16-17］提出，高LDL可使軟骨下骨形成骨贅導(dǎo)致OA產(chǎn)生。并且高LDL的小鼠炎性反應(yīng)更重，說明高LDL可促進(jìn)滑膜炎的產(chǎn)生。TIKU等［18］研究也報(bào)道了軟骨細(xì)胞LDL蓄積與軟骨基質(zhì)降解之間的關(guān)系，其使用ApoE敲除小鼠和飲食誘導(dǎo)的高膽固醇血癥大鼠來探討高膽固醇血癥對(duì)OA的影響。兩種模型均表現(xiàn)出軟骨降解，骨贅形成，軟骨下骨結(jié)構(gòu)改變的OA樣癥狀。與對(duì)照組比較，高膽固醇飲食的動(dòng)物術(shù)后更容易發(fā)生膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)。這些結(jié)果共同強(qiáng)調(diào)了高膽固醇在OA發(fā)病機(jī)制中的重要性［19］。盡管上述研究已經(jīng)證明了高膽固醇和OA之間重要而復(fù)雜的相互作用，但是這種相互作用背后的機(jī)制仍然不清楚。為了更好地理解這種聯(lián)系，需要進(jìn)一步研究以解決潛在的分子機(jī)制。

2 高膽固醇損傷軟骨的過程

雖然不清楚高膽固醇如何損傷軟骨，但是高膽固醇可以導(dǎo)致軟骨損傷的方式有很多，這里對(duì)這些假說進(jìn)行介紹。

2.1 OA與動(dòng)脈粥樣硬化的聯(lián)系 目前證據(jù)表明，OA的發(fā)展可能與血管功能的改變有關(guān)，而血管功能的改變與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)［20-23］。由于膽固醇是細(xì)胞膜的主要組成成分，任何改變均會(huì)影響細(xì)胞膜的功能和流動(dòng)性，導(dǎo)致細(xì)胞功能受損和膽固醇過度蓄積［24］。高膽固醇血癥可能導(dǎo)致組織內(nèi)脂質(zhì)氧化和沉積，對(duì)軟骨造成損害，與動(dòng)脈粥樣硬化等疾病表現(xiàn)相類似。動(dòng)脈粥樣硬化產(chǎn)生的關(guān)鍵因素之一是組織內(nèi)膽固醇流入和流出之間的不平衡。眾所周知，膽固醇的流入和流出受到多種細(xì)胞表面受體的調(diào)節(jié)，包括CD36、ABCA1和B類I型清道夫受體（SR-BI）［25］。膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)的第一步與ABCA1有關(guān)，ABCA1是一種跨膜蛋白，介導(dǎo)從細(xì)胞到Apo的脂質(zhì)流出。有研究證明ABCA1在膽固醇穩(wěn)態(tài)中起重要作用，該基因的改變與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)［26-27］。SR-BI是CD36超家族的一員，主要在類固醇類組織和肝臟中表達(dá)，其能讓高密度脂蛋白（HDL）選擇性攝取膽固醇。此外，SR-BI在巨噬細(xì)胞中表達(dá)，如動(dòng)脈粥樣硬化病變中的巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞和組織巨噬細(xì)胞［28-30］。SR-BI缺乏與動(dòng)脈壁膽固醇的失調(diào)有關(guān)，并促使動(dòng)脈粥樣硬化的產(chǎn)生。CD36是氧化LDL（oxLDL）和多種配體（如長鏈脂肪酸、凋亡細(xì)胞、陰離子磷脂等）的結(jié)合和內(nèi)化因子。CD36在oxLDL攝取中起著調(diào)節(jié)清道夫受體的作用［31］，并識(shí)別oxLDL的脂質(zhì)部分。此外，越來越多的證據(jù)表明，過氧化物酶體增殖因子激活受體（PPARs）通過刺激肝臟X受體（LXR）-ABCA1通路［32］，增加膽固醇釋放，從而發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用。調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化中的基因和分子也可能影響軟骨膽固醇穩(wěn)態(tài)。而軟骨組織中某些基因的表達(dá)支持了這一假說。有研究表明，膽固醇對(duì)骨骼形成和軟骨細(xì)胞分化是必不可少的［33］。參與膽固醇代謝的蛋白在軟骨細(xì)胞中表達(dá)受到嚴(yán)格的調(diào)控。例如，載脂蛋白A-1（apoA-1） 和ABCA1在軟骨細(xì)胞分化過程中表達(dá)較高，一旦細(xì)胞增生，apoA-1和ABCA1表達(dá)降至初始水平［34］。這些研究結(jié)果提示，必須對(duì)膽固醇的利用和合成進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控來避免膽固醇在關(guān)節(jié)異常沉積。有研究表明，OA患者滑膜液中脂質(zhì)分布與關(guān)節(jié)腔炎癥嚴(yán)重程度有關(guān)［35］。另一項(xiàng)研究表明，調(diào)節(jié)膽固醇代謝的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SREBPs參與OA的發(fā)?。?6］。在最近的研究中，Hedgehog信號(hào)通路在軟骨細(xì)胞中的重要性已經(jīng)在調(diào)節(jié)膽固醇穩(wěn)態(tài)中得到證實(shí)［37-40］。有研究表明，miR-33a通過激活轉(zhuǎn)化生長因子（transform growth factor，TGF）-b1/Akt/SREBP-2信號(hào)通路，以及OA軟骨細(xì)胞中膽固醇外分泌相關(guān)基因ABCA1和apoA-1調(diào)控膽固醇合成［9］。此外，脂肪組織釋放的炎性因子、免疫系統(tǒng)的激活和年齡的變化與動(dòng)脈粥樣硬化的產(chǎn)生和OA的啟動(dòng)有關(guān)［41］。綜上所述，認(rèn)為OA與動(dòng)脈粥樣硬化有一定聯(lián)系。

2.2 OA與炎癥的關(guān)系 肥胖和相關(guān)的代謝綜合征與全身組織損傷和慢性低度炎癥有關(guān)［42］。軟骨細(xì)胞外基質(zhì)中蓄積的以LDL為主的脂蛋白可觸發(fā)炎癥。C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）是一種敏感度高的炎性因子。OA中，CRP和白介素（IL）-6水平升高，說明OA受炎癥影響。因?yàn)镃RP與肥胖、代謝綜合征和OA有關(guān)［43］，所以應(yīng)該對(duì)肥胖與OA的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步研究。IL-6是包括軟骨細(xì)胞為主的促炎因子。有研究顯示OA中IL-6 mRNA水平升高。高敏感性CRP水平升高與OA患者的局部炎癥有關(guān)，IL-6似乎與內(nèi)臟肥胖和胰島素抵抗有關(guān)［44］。最近的研究強(qiáng)調(diào)了炎癥和膽固醇之間的密切聯(lián)系，而ABCA1在其中起著重要作用［45］。例如，ABCA1敲除的巨噬細(xì)胞中細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇升高，巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)增強(qiáng)。

最新研究發(fā)現(xiàn)，肥胖可通過促進(jìn)脂多糖的表達(dá)從而增加Toll-樣受體4（TLR4）的表達(dá)，并且在OA患者的血液樣本中發(fā)現(xiàn)脂多糖的低表達(dá)［46］。研究指出，PPAR-α可通過抑制TLR4的表達(dá)對(duì)OA進(jìn)行治療［47］，但是其之間的相關(guān)作用需要進(jìn)一步研究。

2.3 高膽固醇水平通過影響線粒體功能和氧化應(yīng)激導(dǎo)致OA 線粒體由外膜、膜間隙和內(nèi)膜組成［48］，是維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞分化、細(xì)胞代謝的重要細(xì)胞器。其不僅產(chǎn)生能量，而且可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，激活信號(hào)通路，還可以完成細(xì)胞的正常生理活動(dòng)。高膽固醇血癥可引起線粒體功能障礙［49］。研究指出，OA患者線粒體內(nèi)膽固醇蓄積可使軟骨細(xì)胞凋亡從而促進(jìn)OA的產(chǎn)生［50］。并且研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇的增加可影響線粒體膜的通透性［51］。最近的研究證實(shí)了膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)多肽的活性可促進(jìn)膽固醇在線粒體跨膜運(yùn)輸［52］。

越來越多的證據(jù)表明，線粒體中膽固醇的蓄積會(huì)損害特定的線粒體成分，可能會(huì)導(dǎo)致線粒體功能障礙［53］。游離膽固醇超載可能通過激活促凋亡分子或直接膜效應(yīng)或兩者共同作用來實(shí)現(xiàn)。研究表明，膽固醇氧化產(chǎn)物氧化甾醇增加與線粒體的氧化應(yīng)激有關(guān)，后者通常導(dǎo)致線粒體活性氧類（mtROS）的生成增加［54］。過量的氧化膽固醇在線粒體結(jié)合含硫酸鹽的蛋白質(zhì)多糖進(jìn)行氧化修飾。雖然不確定哪些物質(zhì)參與此過程，但除了活性氧（ROS）外，還涉及多種膜和細(xì)胞外組織相關(guān)酶［55］。不同的防御機(jī)制可以抑制脂蛋白蓄積導(dǎo)致的氧化損傷。但在長期脂質(zhì)蓄積下，這些防御機(jī)制可能失效，并導(dǎo)致一些信號(hào)通路的激活［56］。ROS通常由線粒體產(chǎn)生，正常情況下可被線粒體清除。ROS的蓄積可使線粒體的氧化應(yīng)激保護(hù)作用失效，還可激活氧化應(yīng)激對(duì)線粒體造成更大程度的破壞。ROS還會(huì)損傷細(xì)胞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，這種情況會(huì)刺激更多的線粒體DNA損傷。研究表明，蓄積的膽固醇會(huì)提升過氧化物陰離子的水平，增強(qiáng)氧化應(yīng)激，并使炎性反應(yīng)激活，造成不可逆的組織損傷［57］。在人類和動(dòng)物模型中，氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，尤其是由超氧化物導(dǎo)致的自由基的產(chǎn)生，與軟骨功能障礙有關(guān)［57-58］。越來越多的證據(jù)表明氧化應(yīng)激與軟骨退化之間有一定關(guān)系。然而，高膽固醇水平能否引發(fā)軟骨線粒體功能障礙以對(duì)這一特定群體進(jìn)行抗氧化治療還需要進(jìn)一步研究。最近的研究表明，高膽固醇可通過影響軟骨細(xì)胞線粒體造成軟骨破壞［59］。透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)膽固醇刺激的軟骨細(xì)胞線粒體形態(tài)不規(guī)則。此外，與對(duì)照組相比，膽固醇刺激的軟骨細(xì)胞中腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）含量降低，在高膽固醇處理的軟骨細(xì)胞中，細(xì)胞ROS水平升高［60］。這些結(jié)果共同表明膽固醇水平升高導(dǎo)致軟骨細(xì)胞線粒體功能障礙和ROS增加。通過使用抗壞血酸、生育酚等線粒體靶向抗氧化劑來治療線粒體功能障礙，能夠延緩載脂蛋白E（apoE）敲除小鼠和飲食誘導(dǎo)的高膽固醇血癥小鼠OA進(jìn)展［61］，這些藥物為治療OA提供了理論基礎(chǔ)。

3 降膽固醇藥物對(duì)OA的治療

現(xiàn)在有許多藥物可以治療OA，包括非甾體消炎藥、激素、透明質(zhì)酸、過氧化物歧化酶等。研究指出，他汀類藥物也可以阻止從頭合成膽固醇，對(duì)OA進(jìn)行治療［62］，但是未見對(duì)其進(jìn)行臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)來進(jìn)行評(píng)估。在一項(xiàng)大樣本的研究中，CLOCKAERTS等［63］認(rèn)為他汀類藥物的應(yīng)用可治愈膝關(guān)節(jié)OA，但無法治愈髖關(guān)節(jié)OA。他汀類藥物不僅對(duì)脂質(zhì)代謝有影響，還有抗炎作用。研究表明，在OA發(fā)病過程中向關(guān)節(jié)內(nèi)注射他汀類藥物可減少炎性細(xì)胞浸潤和基質(zhì)降解酶的表達(dá)，從而抑制軟骨降解［64］。AKASAKI等［65］認(rèn)為，體外加入阿托伐他汀是通過降低軟骨降解基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-13，保護(hù)OA患者的軟骨細(xì)胞。此外，美伐他汀可提高M(jìn)MP-2的mRNA水平，Ⅱ型膠原蛋白和聚蛋白聚糖促進(jìn)大鼠軟骨細(xì)胞蛋白多糖的合成。SIMOPOULOU等［66］研究結(jié)果表明，他汀類藥物能夠抑制軟骨細(xì)胞的分解和關(guān)節(jié)軟骨的衰老。而他汀類藥物具有免疫調(diào)節(jié)和軟骨保護(hù)功能，從而減少軟骨損傷。然而，還不清楚降低多少膽固醇可維持軟骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)。目前藥物可使大多數(shù)人群維持正常的膽固醇水平，但是沒有一種藥物可以對(duì)所有OA患者有效。雖然個(gè)性化的治療方案在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)施行，但這種方案對(duì)OA治療有幫助。了解膽固醇在骨性關(guān)節(jié)炎中的作用可能會(huì)對(duì)骨科醫(yī)生進(jìn)一步治療有幫助。如果高膽固醇與OA之間有明顯的聯(lián)系，骨科醫(yī)生在診斷OA之前會(huì)對(duì)患者進(jìn)行血脂檢查。此外，如果在血液中檢測(cè)到膽固醇高表達(dá)，就可以通過服用降膽固醇藥物將其降至參考 范圍。

4 結(jié)論與展望

雖然有研究已經(jīng)證明高膽固醇會(huì)導(dǎo)致OA產(chǎn)生，然而其機(jī)制依舊未明。研究高膽固醇如何導(dǎo)致OA十分關(guān)鍵。因?yàn)榭梢酝ㄟ^非手術(shù)方式降低膽固醇水平來預(yù)防OA，這樣可以減輕患者的手術(shù)痛苦并提高其生活質(zhì)量。

作者貢獻(xiàn)：韓廣弢、李皓桓進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)；韓廣弢進(jìn)行研究的實(shí)施與可行性分析，文獻(xiàn)收集；韓廣弢、張宇標(biāo)進(jìn)行文獻(xiàn)整理；韓廣弢、蔡偉松撰寫論文；李皓桓進(jìn)行論文的修訂，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。

本文文獻(xiàn)檢索策略：

檢索數(shù)據(jù)庫：萬方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)、中國知網(wǎng)、PubMed、Medline；檢索關(guān)鍵詞：骨關(guān)節(jié)炎、高膽固醇血癥、骨關(guān)節(jié)炎、線粒體、氧化應(yīng)激、軟骨及其相應(yīng)的英文；檢索時(shí)間：2000—2019年。共檢出相關(guān)文獻(xiàn)200余篇，選用發(fā)表時(shí)間較近、研究設(shè)計(jì)合理、影響因子較高的論著、綜述及Meta分析。