白細(xì)胞介素類促炎因子在膝骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

楊琛 李興勇 黃琛 左鵬剛 楊浩 劉晨

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州730030；2.甘肅省人民醫(yī)院，甘肅 蘭州730030

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）是一種臨床常見(jiàn)的進(jìn)展緩慢但無(wú)法治愈的高發(fā)疾?。?］，其主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、腫脹和行動(dòng)受限等［2］。KOA好發(fā)于老年人，嚴(yán)重影響患者的膝關(guān)節(jié)功能與生活質(zhì)量，更有甚者喪失了勞動(dòng)能力與生活能力。我國(guó)的KOA患病率為8.1%，西北和西南地區(qū)發(fā)病率遠(yuǎn)高于其他地區(qū)［3］。了解KOA的病因及發(fā)病機(jī)理，對(duì)于預(yù)防和治療KOA具有重要的臨床意義。近年來(lái)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)KOA的發(fā)生和加重與致炎類因子有著密切的聯(lián)系［4-7］，其中白細(xì)胞介素（interleukin，IL）類的促炎因子在整個(gè)KOA的進(jìn)程中扮演著重要的作用，這類IL能促進(jìn)軟骨降解、滑膜炎癥和軟骨下骨的吸收［8］。白介素主要是由白細(xì)胞產(chǎn)生的作用于多個(gè)細(xì)胞的蛋白或信號(hào)分子，截止當(dāng)前至少發(fā)現(xiàn)了38種白介素。白介素在傳遞信息，應(yīng)激調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞，增殖與分化B細(xì)胞和T細(xì)胞以及參與炎癥反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用。學(xué)者認(rèn)為白介素是導(dǎo)致軟骨降解及膝關(guān)節(jié)滑膜出現(xiàn)炎癥的主要細(xì)胞因子：白介素類促炎因子通過(guò)對(duì)膝關(guān)節(jié)的刺激，加快了關(guān)節(jié)軟骨退變的速度和炎癥的生成，使膝關(guān)節(jié)的功能活動(dòng)發(fā)生障礙，且慢性無(wú)菌性炎癥難以做到完全清除，最終使膝關(guān)節(jié)周圍出現(xiàn)反復(fù)疼痛和活動(dòng)功能障礙［9］。本文就白細(xì)胞介素-1（IL-1）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）、白細(xì)胞介素-17（IL-17）和白細(xì)胞介素-18（IL-18）在KOA發(fā)病機(jī)制的影響做一簡(jiǎn)單介紹。

1 IL-1

IL-1來(lái)源于破骨細(xì)胞、纖維母細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等，是機(jī)體發(fā)生感染時(shí)，體內(nèi)各類細(xì)胞發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)所產(chǎn)生的細(xì)胞因子。IL-1細(xì)胞因子家族由7個(gè)促炎激動(dòng)劑（IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33、IL-36α、IL-36β、IL-36γ）和4個(gè)定義的拮抗劑［IL-1R拮抗劑（IL-1Ra）、IL-36Ra、IL-37和IL-38］組成。除IL-1Ra外，IL-1細(xì)胞因子不具有前導(dǎo)序列并且通過(guò)非常規(guī)途徑分泌。此外，IL-1β和IL-18作為生物學(xué)惰性的前肽產(chǎn)生，其需要在其N-末端區(qū)域中被胱天蛋白酶-1切割以產(chǎn)生活性蛋白質(zhì)。IL-36細(xì)胞因子的完全活性也需要N-末端加工。IL-1受體（IL-1R）家族包含10個(gè)成員，包括細(xì)胞因子特異性受體、共受體和抑制性受體。信號(hào)傳導(dǎo)IL-1R與三個(gè)細(xì)胞外免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)Toll樣/IL-1R（TIR）結(jié)構(gòu)域共享共同結(jié)構(gòu)。IL-1細(xì)胞因子與其特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致共同受體和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的募集。IL-1細(xì)胞因子誘導(dǎo)有效的炎癥反應(yīng)，其活性受天然抑制劑的產(chǎn)生、蛋白質(zhì)的加工和成熟、受體結(jié)合和受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的嚴(yán)格控制。這些抑制劑中的一些是IL-1家族拮抗劑，而其他抑制劑是IL-1R家族成員，充當(dāng)膜結(jié)合或可溶性誘餌受體。激動(dòng)劑和拮抗劑水平之間的不平衡可導(dǎo)致夸大的炎癥反應(yīng)。

IL-1對(duì)KOA的主要影響包括對(duì)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的影響、對(duì)滑膜的影響、對(duì)軟骨基質(zhì)的影響［2］。①對(duì)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的影響。關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞在維護(hù)膝關(guān)節(jié)軟骨功能與活動(dòng)方面發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的功能出現(xiàn)異常時(shí)，也意味著KOA病理過(guò)程的開(kāi)始。正常人體膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)含有少量的IL-1，而IL-1主要由IL-1β組成，IL-1β一方面可以破壞線粒體呼吸鏈，紊亂線粒體的功能，使供應(yīng)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的能量減少而導(dǎo)致活性下降；另一方面IL-1β還會(huì)使軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)抑制劑-前列腺素E2的分泌增多，從而加速軟骨細(xì)胞的凋亡。一般認(rèn)為，軟骨細(xì)胞的凋亡主要有兩種途徑。一種是由活性氮自由基的NO為媒介，當(dāng)IL-1β濃度升高時(shí)可刺激NO合成酶（iNOS）產(chǎn)生大量NO而破壞軟骨細(xì)胞，最終加速軟骨的降解。另一種由FAS介導(dǎo)，參與滑膜炎癥的反應(yīng)［10］；②對(duì)滑膜的影響。KOA患者常伴有炎性的癥狀與體征，表現(xiàn)為關(guān)節(jié)的疼痛、腫脹與強(qiáng)直。過(guò)量的IL-1可刺激滑膜增生，產(chǎn)生膠原酶和前列腺素E2，進(jìn)一步加重了KOA的病變；③對(duì)軟骨基質(zhì)的影響關(guān)節(jié)軟骨中約99%為軟骨基質(zhì)，其主要組成為蛋白聚糖和Ⅱ型膠原。對(duì)軟骨基質(zhì)的代謝功能其決定性作用的是金屬蛋白酶（matrixmetalloprote-inase，MMPs），其主要包含間質(zhì)溶解素類、明膠酶類、膠原酶類和模型MMP類。正常人體生理狀態(tài)下，軟骨基軟骨細(xì)胞損傷的軟骨細(xì)胞能夠高表達(dá)MMPs，打破了正常的平衡狀態(tài)，軟骨基質(zhì)中的Ⅱ型膠原和蛋白聚糖便會(huì)被大量降解，導(dǎo)致軟骨組織的破壞［11］。

2 IL-6

IL-6是由單核細(xì)胞、纖維母細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等多種細(xì)胞自發(fā)的或在各種的應(yīng)激條件下生成的細(xì)胞因子。其由α鏈和β鏈兩條糖原鏈構(gòu)成，α鏈的分子量為80KD，另一條β鏈的分子量為130KD，α鏈由于細(xì)胞內(nèi)區(qū)缺少而與IL-6親和性較低，其復(fù)合物又迅速地與β鏈以較高親和性相結(jié)合來(lái)傳遞信息。IL-6具有多種生物活性，主要以內(nèi)分泌、旁分泌、自分泌三種形式作用于不同的組織，其中包括炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)等［12］。IL-6具有多效性，對(duì)人體內(nèi)大部分細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化以及基因表達(dá)等都有作用。IL-6對(duì)炎癥具有促進(jìn)作用，不僅可刺激炎癥細(xì)胞聚集和激活炎癥細(xì)胞，還可促進(jìn)創(chuàng)傷后膝關(guān)節(jié)的疼痛及早期僵直的形成［13］。有學(xué)者通過(guò)檢測(cè)KOA膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)液內(nèi)IL-6的濃度發(fā)現(xiàn)［14］，IL-6的濃度與KOA的嚴(yán)重程度無(wú)直線相關(guān)關(guān)系，早中期KOA患者關(guān)節(jié)液中IL-6含量較正常關(guān)節(jié)液明顯升高，而晚期KOA患者關(guān)節(jié)液中IL-6含量較正常關(guān)節(jié)液呈下降趨勢(shì)，因此IL-6雖然也是致炎因子，但是不能完全將IL-6作為辨別KOA嚴(yán)重程度和進(jìn)展的指標(biāo)［15-17］。但I(xiàn)L-6濃度在早中期KOA患者較正常人明顯升高，因此可以作為臨床診斷早中期KOA的參考指標(biāo)之一。

3 IL-17

IL-17是由155個(gè)氨基酸構(gòu)成的含有N-末端信號(hào)肽的同型二聚體。IL-17細(xì)胞因子家族包含6種結(jié)構(gòu)相關(guān)的細(xì)胞因子（IL-17A至IL-17F）和5種受體（IL-17RA至IL-17RD和SEF）。IL-17通常是指IL-17A，它和IL-17F因子的活性最強(qiáng)。機(jī)體內(nèi)大部分細(xì)胞都能產(chǎn)生IL-17。它可由一種獨(dú)特的CD4+T輔助細(xì)胞亞群所產(chǎn)生，也可由多種自有免疫細(xì)胞刺激產(chǎn)生［18-20］。IL-17的序列與其他細(xì)胞因子序列的非同源性原因，導(dǎo)致IL-17與其受體的應(yīng)激反應(yīng)有一套獨(dú)有的的信號(hào)傳遞系統(tǒng)。當(dāng)IL-17受到刺激時(shí)，IL-17R與IL-17受體蛋白家族成員的中的Act1在特定區(qū)域發(fā)生結(jié)合，之后連續(xù)聚集轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β激活酶1和TNF受體相關(guān)因子-6，應(yīng)激活化下游的轉(zhuǎn)錄因子NF-κB［21］。TNF受體相關(guān)因子-6是在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，TNF受體相關(guān)因子-6是在IL-17介導(dǎo)的N端激酶和NF-κB的激活通路上關(guān)鍵的信號(hào)分子［22］。E3泛素與IKB激酶通過(guò)連接酶相關(guān)聯(lián)，IKB激酶在參與IL-17誘導(dǎo)表達(dá)炎性分子的基因編碼有不可缺少的作用，它通過(guò)間接介導(dǎo)IL-17信號(hào)通路而發(fā)揮其相應(yīng)功能［23］。IL-17為引發(fā)KOA炎癥反應(yīng)和參與骨與軟骨損傷的重要因子之一。Chen等［24］通過(guò)ELISA檢測(cè)原發(fā)性KOA患者血清和滑液中IL-17濃度并結(jié)合MRI軟骨病變分級(jí)評(píng)估膝關(guān)節(jié)損害程度，研究結(jié)果顯示膝關(guān)節(jié)病情嚴(yán)重程度與IL-17濃度呈正比，IL-17濃度越高，膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎病情越重，表明滑液中IL-17的濃度可以作為反映KOA嚴(yán)重程度和進(jìn)展的生化指標(biāo)，潘勇等［25］也得到了類似的結(jié)果。

4 IL-18

IL-18最初被發(fā)現(xiàn)是一種增強(qiáng)抗CD3刺激的Th1細(xì)胞產(chǎn)生干擾素-γ的因子，尤其是在存在IL-12的情況下，在用銀加IL-12刺激后，T細(xì)胞發(fā)展成表達(dá)Th1細(xì)胞的IL-18受體，從而增加干擾素-γ的產(chǎn)生，以響應(yīng)IL-18刺激。β-三葉草型空間結(jié)構(gòu)是其信號(hào)通路［26］。最原始的IL-18由無(wú)活性的前體分子合成，當(dāng)出現(xiàn)炎癥激活I(lǐng)L-1β轉(zhuǎn)化酶后，酶作用于前體分子上Asp-X位置，產(chǎn)生了有活性的細(xì)胞因子［27］。IL-18的受體為同源二聚體，由具有結(jié)合作用的α鏈和僅負(fù)責(zé)信號(hào)傳導(dǎo)的β鏈構(gòu)成，這兩條鏈在IL-18的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中都是不可或缺的［28］。IL-18在膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)分布廣泛，IL-18通過(guò)誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞作用于單核細(xì)胞使TNF-α升高和產(chǎn)生干擾素-γ，在關(guān)節(jié)液中的IL-6、一氧化氮和前列腺素E2經(jīng)過(guò)干擾素-γ的刺激，最終導(dǎo)致KOA進(jìn)一步加重［29］。有研究發(fā)現(xiàn)［30，31］，KOA的病情嚴(yán)重程度與IL-18值呈正比。陳瓊等［32］通過(guò)檢測(cè)KOA患者血清中IL-18水平，證實(shí)了IL-18在關(guān)節(jié)軟骨破壞和滑膜炎癥有至關(guān)重要的作用且阻斷IL-18通路可改善KOA。

5 小結(jié)

KOA是中老年患者中最常見(jiàn)的慢性關(guān)節(jié)疾病之一，并且是慢性疼痛和殘疾的重要原因。Georgiev等［33］確定了KOA的六大類可改變因素：肥胖和超重、合并癥、職業(yè)因素、身體活動(dòng)、生物力學(xué)因素和飲食與營(yíng)養(yǎng)，但其具體的發(fā)病機(jī)制目前仍尚未完全明確。KOA的病情進(jìn)展緩慢且無(wú)法完全治愈，其最終治療方案為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，這是目前最主要的一種治療后期KOA的外科手術(shù)方法。但由于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)伴隨有相關(guān)的并發(fā)癥和漫長(zhǎng)的康復(fù)過(guò)程，臨床醫(yī)師正試圖在手術(shù)前通過(guò)多種非手術(shù)方式來(lái)控制KOA的癥狀。這些方法包括使用抗炎藥物、物理療法、皮質(zhì)類固醇注射和黏性補(bǔ)充劑。

近年來(lái)，通過(guò)降低白細(xì)胞介素類致炎因子濃度來(lái)治療KOA的研究取得了較大進(jìn)展。大黃酸具有明顯的抗炎作用，可有效抑制炎癥反應(yīng)和調(diào)節(jié)機(jī)體代謝異常的IL-1、IL-1β、IL-1RA、IL-6濃度［34］，雙醋瑞因主要成分就是大黃酸，在臨床中使用可以持續(xù)發(fā)揮消炎、止痛的作用，從而有效緩解和改善患者的關(guān)節(jié)癥狀和功能活動(dòng)［35］。

IL-1、IL-6促炎因子作用增強(qiáng)，引起MMPs和TIMPs失衡，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)降解在膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎病變過(guò)程中發(fā)揮重要作用。IL-6是重要的促炎因子之一，在TNF-α和IL-1誘導(dǎo)下由單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生，能夠刺激軟骨基質(zhì)的分解。IL-6還能刺激IL-1的產(chǎn)生，從而促進(jìn)MMPs的生成，抑制蛋白聚糖、軟骨糖蛋白的合成，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)降解，加速關(guān)節(jié)及軟骨破壞。TNF受體相關(guān)因子-6是激活I(lǐng)L-17通路上的關(guān)鍵信號(hào)分子。IL-18通過(guò)使TNF-α升高和產(chǎn)生干擾素-γ，在關(guān)節(jié)液中的IL-6、一氧化氮和前列腺素E2經(jīng)過(guò)干擾素-γ的刺激，最終導(dǎo)致KOA的病情進(jìn)一步加重。

綜上所述，白細(xì)胞介素類致炎因子與KOA關(guān)系密切，基于此，未來(lái)的研究工作應(yīng)當(dāng)從以下兩方面開(kāi)展：一方面，應(yīng)當(dāng)從白細(xì)胞介素類致炎因子中篩選出對(duì)KOA的靈敏度和特異度高的白介素，針對(duì)篩選出的白介素進(jìn)一步做大量的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究，探求白介素濃度與KOA的關(guān)系以更精準(zhǔn)的評(píng)估KOA的嚴(yán)重程度，從而為KOA患者提供最佳的治療方案；另一方面，應(yīng)著重從細(xì)胞分子學(xué)水平來(lái)研究本病，從關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨細(xì)胞的增殖與凋亡，軟骨基質(zhì)的代謝及細(xì)胞因子調(diào)控的信號(hào)傳導(dǎo)通路入手著手，進(jìn)一步深入探討及研究其發(fā)病的詳細(xì)機(jī)制和具體作用機(jī)理，為臨床上治療膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎提供新的靶點(diǎn)和方向。