肩周炎活動受限的分子生物學研究新進展

李博源，邱庭輝，潘海樂

（哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院骨四科，哈爾濱150000）

肩周炎（frozen shoulder，F(xiàn)S）是一種以肩部運動逐漸喪失為特征的肩部疾病，其特點是盂肱關節(jié)囊的炎性粘連和僵硬，肩部疼痛，以及各個方向上的運動受限（尤其是外展，外旋和后伸）。發(fā)病年齡在30至70歲之間，平均為50歲。女性患病率大于男性，左側肩關節(jié)發(fā)病多于右側，在一般人群中發(fā)病率為2-5%[1-4]。肩周炎經歷急性期、慢性期和恢復期3個階段，表明從關節(jié)囊炎癥和纖維化到這種纖維化的自發(fā)消退的一系列過程[5-8]。肩周炎是一種自限性疾病，大多數(shù)情況下其肩部疼痛和功能障礙癥狀將在3個階段后完全恢復，一般病程為1～2年。然而，當前許多的報告指出，目前的療法如藥物、沖擊波治療、全身麻醉下肩關節(jié)松解術等沒有手術干預的情況下，功能完全恢復幾乎不可能。在對未接受手術治療的41名肩周炎患者進行的后續(xù)研究中，Reeves報告[16]，在5至10年的隨訪中超過60%的患者肩部運動受到限制；Shaffer[2]等人隨訪了61名患者，平均7年，發(fā)現(xiàn)50%患者仍有肩部疼痛和僵硬，而70%仍有肩部運動受限；關節(jié)鏡和影像學研究表明，包括肩袖間隙在內的盂肱關節(jié)是主要的病理部位[8-10]；Redeo SA等人[11]描述FS是炎癥和纖維化的過程，早期出現(xiàn)伴有血管增多的滑膜增生，隨后導致關節(jié)滑膜和滑膜下組織的纖維化?？傊?，肩周炎患者肩部運動受限是由肩關節(jié)炎癥和纖維化病理變化引起的。雖然這種限制的分子生物學仍不清楚，但正在進行的研究表明肩周炎患者某些炎癥介質和纖維化相關細胞因子的表達較正常人發(fā)生了改變。這些細胞因子可能參與肩周炎的發(fā)病機制，誘發(fā)肩關節(jié)的結構變化，最終導致肩關節(jié)活動受限。這為尋找凍結肩患者新療法提供了有效的參考依據(jù)。

1 炎癥和相關細胞因子

在肩周炎的急性期，患者肩關節(jié)運動嚴重受限，尤其是外展、外旋和后伸，這極大地影響了日常生活。在1896年，Duplay[19]等人首先指出，原發(fā)性肩周炎是由肩峰下滑膜炎引起的肩關節(jié)周圍炎。此后，對肩周炎的分子生物學研究就集中在炎癥細胞因子上。

1.1 細胞因子和生長因子

炎癥介質包括白細胞介素-1α（IL-1α）、IL-1β、IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子 -α（TNF-α）,環(huán)氧合酶-1（COX-1）和COX-2等在炎癥過程和膠原分解代謝中發(fā)揮重要作用[17]。一些研究表明，關節(jié)滑膜組織中炎癥介質表達的增加在FS的發(fā)病機制中是必不可少的[2,11,14-17,25]。炎性細胞因子異常分泌誘導的炎癥級聯(lián)反應參與FS的非自然組織修復和纖維化[22]。成纖維細胞受細胞因子和生長因子調節(jié)，基質重塑受基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)及其抑制劑的調節(jié)[14]，它們對結締組織形成過程中MMP轉錄起重要作用。Redeo SA等人通過分析FS患者的滑膜組織[11]提出轉化生長因子-β（TGF-β）、血小板衍生生長因子（PDGF）、肝細胞生長因子、IL-1β和TNF-α對滑膜增生和關節(jié)纖維化免疫組化有重要作用。TGF-β、PDGF和肝細胞生長因子在FS纖維化的關節(jié)滑膜中染色強于非特異性滑膜炎。他們得出結論，TGF-β和PDGF可能參與FS中關節(jié)的炎癥和纖維化，并可通過注射皮質類固醇迅速消除血管性滑膜炎，以防止病情進一步進展。Lho等人[2]記錄了肩周炎患者（實驗組）和肩關節(jié)不穩(wěn)定患者（對照組），實驗組中IL-1α、IL-1β、TNF-α、COX-1和COX-2表達水平增加。有趣的是，他們還觀察到對照組肩峰下滑囊中IL-1α、TNF-α和COX-2的表達水平同樣增加；分析關節(jié)液后，觀察到TNF-α和IL-6分泌增加。他們認為肩峰下滑囊和關節(jié)囊中炎性細胞因子的表達增加可能與FS疼痛和炎癥發(fā)展為纖維化的發(fā)病機制有關。Kabbabe等人[17]記錄了FS組中IL-6和IL-8的mRNA表達增加。Mullett等人[22]記錄FS的關節(jié)液里含有炎性細胞因子和可以促進成纖維細胞作用的生長因子。Ryu等人[15]報道糖尿病FS患者的滑膜組織對血管內皮生長因子（VEGF）和CD34的免疫染色強于對照組的滑膜組織。他們推測VEGF在糖尿病FS的滑膜中釋放、VEGF可能參與糖尿病FS的發(fā)病和形成新生血管過程。上述分子生物學研究的結果表明，炎性細胞的浸潤和炎性細胞因子的表達增加，例如IL-1α、IL-1β、TNF-α、COX-1、COX-2、TGF-β、PDGF 和肝細胞生長因子。他們證明炎癥可能是肩周炎在分子水平上的初期反應，而IL-1α、IL-1β、TNF-α、COX-1、COX-2、TGF-β、PDGF和肝細胞生長因子等可能在炎癥形成中發(fā)揮重要作用。炎癥導致粘連，水腫和疼痛，最終導致肩部活動減少。

1.2 免疫因子

B淋巴細胞、肥大細胞和巨噬細胞等免疫細胞也與FS有關。一些研究表明，F(xiàn)S開始是一種免疫反應，既炎癥性滑膜炎，進一步發(fā)展導致關節(jié)滑膜纖維化[5,16]。Bunker和Anthony[27]對白細胞共同抗原（LCA，CD45）和巨噬細胞/滑膜抗原（PGMI，CD68）進行免疫組織化學法檢測以評估它們對炎癥的影響，發(fā)現(xiàn)LCA、CD45、PGMI和CD68明顯升高。Hand等人[5]報道發(fā)現(xiàn)FS滑膜組織中存在免疫細胞，包括B淋巴細胞、T淋巴細胞、巨噬細胞以及肩袖間隙滑膜中的肥大細胞，這表明FS中存在免疫應答，用CD3、CD20、CD68和肥大細胞類胰蛋白酶染色鑒定這些細胞，免疫組織化學研究證實炎性浸潤時CD45（LCA）染色強陽性；Lyve1（淋巴管）和S100（神經標記物）抗體染色呈陽性，分別證明淋巴和神經組織的存在。肥大細胞在滑膜內和滑膜外調節(jié)成纖維細胞增殖且受T細胞和B細胞的控制，T細胞和B細胞的存在表明肥大細胞介導的纖維化是一種免疫調節(jié)反應[5]。Kanbe等人[16]報道炎癥細胞對CD68的染色結果為強陽性，F(xiàn)S中CD68免疫因子也可能升高。免疫細胞如巨噬細胞釋放促炎細胞因子IL-1，IL-6，IL-8和TNF-α等，而這些促炎細胞因子存在于肩周炎滑膜組織中，有的甚至是強陽性。這些都表明免疫因子在FS滑膜組織中明顯升高，因而需要更深入的研究清楚地了解這些因子間的相互作用。

2 纖維化和相關細胞因子

肩周炎的特征是肩關節(jié)滑膜囊的增厚和攣縮，其機制尚不完全清楚。目前已知幾種蛋白質與該病理過程相關。有些人認為肩關節(jié)滑膜囊的增厚和攣縮是一種纖維增生性疾病，可能是由于細胞外基質的過度積累或基質降解受抑制所致。

2.1 基質組成

大量研究表明，與成纖維細胞和肌成纖維細胞分泌的膠原蛋白基質與FS發(fā)病機制有關，這說明肩周炎是一種纖維化過程[20,23,26,27]。通過免疫染色發(fā)現(xiàn)包括肩袖間隙在內的前關節(jié)囊內成纖維細胞增生[23,27]。Rodeo等人[11]報道，與對照組相比FS組的前上關節(jié)囊中的III型膠原免疫染色更強，這說明FS的關節(jié)囊中出現(xiàn)新的膠原沉積。波形蛋白是一種細胞分裂蛋白，含有成纖維細胞和肌成纖維細胞的標記及III型中間絲[28]，Bunker和Anthony[27]指出波形蛋白在關節(jié)囊組織中高表達，并通過免疫細胞化學鑒定此類含有波形蛋白的細胞是成纖維細胞。肌纖維母細胞或收縮性成纖維細胞是收縮性瘢痕組織的特征性細胞，可見于掌腱膜攣縮。Uhthoff和Boileau[25]報道，波形蛋白在肩袖間隙、喙肱韌帶和腋下袋中的滑膜細胞和細胞外基質中高表達；然而，在后關節(jié)囊滑膜細胞或細胞外基質中未發(fā)現(xiàn)波形蛋白。這些結果表明FS患者肩部運動受限是由于波形蛋白選擇性表達在關節(jié)囊前部結構引起攣縮。Uhtho和Boileau也強調了區(qū)分纖維組織增生和攣縮的重要性，雖然纖維組織增生涉及整個關節(jié)組織，但細胞收縮性蛋白僅見于前關節(jié)囊[23]。這些數(shù)據(jù)表明，患有原發(fā)性FS的患者不需要常規(guī)進行后關節(jié)囊松解。Ha等人[32]于2014年通過蛋白質印跡分析了21例肩袖撕裂、22例肩周炎、20例肩關節(jié)不穩(wěn)患者的肩峰下滑膜和關節(jié)滑膜樣品中酸敏感離子通道3（ASIC3）的蛋白水平，該研究表明，肩袖撕裂患者和肩周炎患者的ASIC 3表達顯著增加。Cho[22]等人最近一項研究中收集了18例原發(fā)性肩周炎、18例肩關節(jié)不穩(wěn)患者的滑膜組織和滑液，分別采用逆轉錄聚合酶鏈反應和酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測ASIC1-3的mRNA和蛋白水平，結果顯示，肩周炎患者的ASIC1-3 mRNA和蛋白水平顯著升高，其中ASIC 3增加最多，表明ASIC可能參與肩周炎的病理過程。

2.2 基質金屬蛋白酶

MMPs是鋅依賴性蛋白酶，降解結締組織中的基質[34]。MMPs的合成和活性受金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMPs）、細胞因子和生長因子的控制，所以MMPs和TIMPs控制成纖維細胞產生的細胞外基質的重塑。1998年，Hutchinson等人[34]記錄了MMP和TIMP可能與FS和掌腱膜攣縮的發(fā)病機制有關。TIMP類似物（marimastat）作為抗癌治療方案應用于胃癌的患者，接受試驗的12人中有6人在4個月內發(fā)生了雙側肩周炎，3人發(fā)生了掌腱膜攣縮，一些研究報道了MMPs和TIMP的異常表達可能導致FS中膠原蛋白重塑失敗[14,16,19]。布朗等人[19]使用流式熒光檢測技術多重分析以定量成纖維細胞系中MMP和TIMP-1的水平，發(fā)現(xiàn)MMP1，2，3和8的產生量在每個組之間是不同的，與FS患者細胞相比，糖尿病FS中的MMP-1產生顯著降低；此外，糖尿病FS患者的成纖維細胞與對照組的成纖維細胞進行比較時，可以觀察到顯著差異；與對照組相比，發(fā)現(xiàn)糖尿病FS或FS的MMP-1 / TIMP-1比率顯著降低，在任何樣品中均未檢測到MMP 7, 9, 12和13。他們得出結論，與對照組相比原發(fā)性FS產生較少的MMP、MMP/TIMP比率更小，MMP-1產生不足可能反映了局部組織重塑能力的改變。Kanbe等人[16]使用定量免疫組織化學研究了血管和滑膜組織中MMP-3的表達。在Kabbabe等人的研究中[17]發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，用定量PCR技術檢測FS組中的含有血小板反應蛋白基序4（ADAMTS 4）的金屬蛋白酶、（i）MMP-3、（ii）去整合素的表達水平增加。徐等人[35]報道遺傳因素可能與FS的病因有關，他們研究了MMP-3中的單核苷酸多態(tài)性與FS易感性的關系，并得出結論：MMP-3 rs650108變異與中國漢族人群FS易感性增加關系密切。Lubis和Lubis[18]使用酶聯(lián)免疫吸附實驗（ELISA）研究了FS患者和正常受試者中MMPs、TIMPs和TGF-β1的血清水平，F(xiàn)S組MMP-1和MMP-2水平顯著降低，而TIMP-1，TIMP-2和TGF-β1水平顯著高于對照組，F(xiàn)S組MMP/ TIMP比值遠低于對照組。鑒于先前研究的結果，MMP和TIMP的異常表達可能導致FS中膠原蛋白重塑失敗，進一步導致肩周炎肩關節(jié)纖維化粘連。

2.3 神經和血管因素

神經和血管因素也與肩周炎的發(fā)病過程相關，Do Moon G等人[24]記錄了FS盂肱關節(jié)前上囊組織中神經免疫反應蛋白水平增加，包括生長相關蛋白43（GAP43）、蛋白基因產物9.5（PGP9.5）和神經生長因子受體（P75），這些蛋白質分布在血管周圍或成纖維細胞中。Hand等人[5]研究了來自22名FS患者肩袖間隙的活檢樣本，發(fā)現(xiàn)22個樣本中有17個神經細胞染色（S100）為陽性。Kanbe等人[16]通過組織學和影像學研究證實了FS滑膜組織中血管分布有所增多，VEGF和CD34免疫染色陽性證明新血管形成是其發(fā)病機理中的關鍵步驟[15,16,24]。一些研究顯示，與對照組相比，F(xiàn)S組關節(jié)滑膜中CD34的表達更強[15,24]。先前研究的結果表明，盂肱關節(jié)囊中的新生支配神經和新生血管是FS關鍵的發(fā)病機制，并且可以解釋FS患者嚴重疼痛的原因。

上述研究表明肩周炎在一種以肩關節(jié)滑膜囊增厚和攣縮為特征的纖維增生性疾病[6]。細胞因子如IGF-2、ASIC、TGF-β1、MMP、TIMP、VEGF 和CD34可能參與肩周炎的纖維化改變。它們導致I型和III型膠原蛋白的表達增加，使肩關節(jié)滑膜囊攣縮和增厚，減少關節(jié)體積，并最終限制肩部運動。

3 其他因素

3.1 代謝紊亂

有文獻報道，肩周炎的易患率與糖尿病相關[31]。另一些研究發(fā)現(xiàn)，肩周炎也與高脂血癥相關，尤其是以全國性人口為基礎隊列的研究[32]表明，高脂血癥是肩周炎的獨立危險因素。發(fā)現(xiàn)高脂血癥對肌腱有不利影響。高膽固醇血癥患者的患肩袖疾病風險增加，并增加患繼發(fā)性肩周炎的可能性。然而，服用羥甲基戊二酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑的患者易出現(xiàn)肩部僵硬[36]，其帶來的影響是肩周炎的患病可能性隨之升高。因此，肩周炎可能與脂肪組織的代謝相關。脂聯(lián)素能通過p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）高度選擇性誘導類風濕性關節(jié)炎和骨關節(jié)炎（Osteoarthritis, OA）病理生理學中主要介質IL-6、MMP-1和MMP-3的表達增加，表明MAPKs尤其是p38，可能是軟骨細胞中脂聯(lián)素信號傳導的重要途徑[5,35]。由此，我們推測脂質代謝異常導致肩關節(jié)滑膜增生和滑膜囊纖維化。

3.2 機械應激

當人們處在應激狀態(tài)時，機體通過細胞粘附分子來激活絲裂原活化蛋白（MAP）激酶[36]。MAP激酶可以誘導細胞因子級聯(lián)反應，如TNF-α或IL-6的表達，從而增強成纖維細胞的增殖[36]。Kanbe等人[16]利用免疫組織化學分析檢測FS滑膜中MAP激酶的表達，在肩袖間隙滑膜組織中細胞外信號調節(jié)激酶（ERK）和Jun N末端激酶（JNK）表達水平增加，β1-整合素陽性，血管或滑膜組織中的核因子κB（NF-κB）、MMP-3、IL-6和VEGF水平也較高。他們提出，應激可以通過β1整合素轉導MAP激酶的細胞信號傳導，以改變FS成纖維細胞中的細胞因子和MMP。應激所致細胞因子和MMP的增加導致肩周炎加速纖維化、粘連，與肩關節(jié)活動度進行性受限相關。

總之，避免應激可以降低肩周炎的患病率，高脂血癥可能是肩周炎的獨立危險因素，但目前對此研究極少。一些脂肪因子如脂聯(lián)素，在OA中具有促炎和分解代謝作用，它們是否與肩周炎有關和HMGCoA抑制劑是否可以用于高脂血癥合并肩周炎的患者值得進一步研究?，F(xiàn)今已經提出影響MAPK途徑可以成為肩周炎治療新靶點。

4 小結

肩周炎肩關節(jié)活動受限的分子生物學研究主要集中在炎癥和纖維化的病理過程。目前的分子生物學研究已經在很大程度上證明炎癥和纖維化是肩周炎的基本病理變化。細胞因子如IGF-2、ASIC、TGF-β、MMP和TIMP可能參上述過程，特別是TGF-β和MMPs之間的平衡紊亂可能在肩周炎纖維化過程中起非常重要的作用（圖1）。

圖1 細胞因子及蛋白質對肩周炎的影響Fig.1 Effect of cytokines and proteins on the frozen shoulder

FS的分子生物學研究尚無明確定論，但研究表明細胞因子、生長因子、基質金屬蛋白酶和免疫細胞等引起肩關節(jié)滑膜的炎癥和纖維化，診斷標準、取樣時間和研究技術的不同可能會影響試驗的結果和結論。為了加強對疾病的進一步認知，需要我們在明確定義的基礎上更好地研究這些過程的生物學特征，使用基礎標準化方案鑒定炎癥相關細胞因子及纖維化相關細胞因子在FS中的作用是必不可少的，這些研究的結果將清楚地闡明FS活動受限的發(fā)病機制及其控制機制，并幫助我們找到其新的治療靶點。