骨性關節(jié)炎關節(jié)液生物標志物的研究進展

李亞東 楊磊落 李琦哲 張皖茜 葉川（通訊作者）

（1貴州醫(yī)科大學 貴州 貴陽 550004）

（2貴州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科 貴州 貴陽 550004）

（3貴州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院運動醫(yī)學科 貴州 貴陽 550004）

（4貴州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院骨科 貴州 貴陽 550004）

骨性關節(jié)炎（Osteoarthritis，OA）是一種常見的臨床疾病，晚期可導致嚴重的疼痛不適，甚至造成肌肉萎縮、關節(jié)畸形和殘疾。目前骨性關節(jié)炎的診斷標準是普通的X線檢查關節(jié)面軟骨已有明顯退變或損傷。磁共振成像和超聲雖然在OA早期診斷具有極為重要的臨床意義，但這些檢查方法都是基于軟骨形態(tài)學變化，有一定的滯后性且有時間長、價格高等局限性并非首選的檢查方法。研究結果顯示，關節(jié)軟骨損傷的生化改變早于形態(tài)學改變。

隨著分子生物及生化檢查技術的不斷更新，關節(jié)液中相關生物標志物在OA診斷及及治療方面的重要作用，越來越受到國內(nèi)外學者的重視，現(xiàn)就與骨關節(jié)炎相關的幾種常見生物學標志物的研究進行綜述。

1.關節(jié)軟骨代謝標志物

關節(jié)軟骨屬于透明軟骨，軟骨表面光關節(jié)滑，其覆蓋于骨關節(jié)表面，能減少相鄰兩骨的摩擦、吸收應力、緩沖運動時關節(jié)震蕩、增加關節(jié)潤滑等作用；由于關節(jié)軟骨由于無血管、神經(jīng)和淋巴管,損傷后自我修復能力極差，故而軟骨組織修復再生能力較之于骨組織較弱；當軟骨發(fā)生退變時眾多小分子結構釋放至關節(jié)液中，因此在關節(jié)液中尋找OA的特異性標志物可用于OA的早期診斷。

1.1 軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(Cartilage Oligomeric Matrix Protein，COMP)

軟骨寡聚基質(zhì)蛋白最先是從軟骨中發(fā)現(xiàn)，是軟骨中的非膠原蛋白成分。COMP主要表達在關節(jié)結構中，包括交叉韌帶、半月板和滑膜，主要由軟骨細胞和滑膜細胞分泌，在軟骨內(nèi)高表達具有明顯的組織特異性；Lorenzo[1]等通過對骨性關節(jié)炎、急性創(chuàng)傷性關節(jié)炎、反應性關節(jié)炎、風濕性關節(jié)炎患者的關節(jié)液進行生化檢測分析，結果發(fā)現(xiàn)在幾種關節(jié)炎患者中，OA患者關節(jié)液的COMP水平最高。Bai等[2]研究結果顯示，骨性關節(jié)炎模型兔Mankin評分及關節(jié)液COMP水平高于對照組，且COMP水平越高、Mankin評分也隨之增高；因此，檢測關節(jié)液中COMP水平可評價OA患者早期病變嚴重程度和作為中晚期KOA的診斷指標。

1.2 基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix Metalloproteinases,MMPs）

基質(zhì)金屬蛋白（MMPS）是一種能夠降解幾乎所有類型金屬蛋白酶的細胞外基質(zhì)，它們在生理過程中發(fā)揮著廣泛的作用[3]；而骨性關節(jié)炎發(fā)生發(fā)展的核心是關節(jié)軟骨細胞的合成及分解代謝之間的動態(tài)平衡被打破，軟骨中MMPS蛋白表達增強，蛋白活性增強，從而影響軟骨細胞的表達,促進MMPs分泌,導致細胞外基質(zhì)大量降解,造成軟骨破壞；目前已發(fā)現(xiàn)多種MMPs，比喻MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-12、MMP-13等。符維廣等[4]通過對收42例3級與4級膝骨關節(jié)炎均行全膝關節(jié)置換術患者作為研究對象，發(fā)現(xiàn)關節(jié)液中MMP-13水平顯著高于3級膝骨關節(jié)炎患者，表明MMP-13可能在骨關節(jié)炎的發(fā)病、發(fā)展中起作用；Pengas等[5]研究結果發(fā)現(xiàn)，骨性關節(jié)炎患者中關節(jié)液中MMP-3水平明顯增加,并且隨著膝關節(jié)影像學分級增加，關節(jié)液中MMP-3水平也相應增加。因此關節(jié)液中MMPs可作為一個預測膝骨性關節(jié)炎及分級的生物學標志物。

2.滑膜代謝相關標志物

滑膜是關節(jié)囊的內(nèi)層、淡紅色、平滑閃光、薄而柔潤，由疏松結蹄組織組成，滑膜分泌滑液，其產(chǎn)生的透明質(zhì)酸和潤滑素在關節(jié)中起重要作用，能有效較少關節(jié)表面的摩擦。OA病變主要累及關節(jié)軟骨、整個滑膜關節(jié)器官，包括半月板、滑膜、韌帶、關節(jié)囊、軟骨下骨及肌其中滑膜，還參與OA的軟骨退變過程；滑膜炎癥是OA的病理性改變，從OA患者關節(jié)液中尋找滑膜病變潛在的生物標志物已經(jīng)受到眾多國內(nèi)外學者的重視。

2.1 透明質(zhì)酸 (hyaluronate，HA）

透明質(zhì)酸，是一種廣泛存在于人體和其它生物的高分子非蛋白屬酸性粘多糖物質(zhì)，是關節(jié)液及軟骨基質(zhì)的主要組成成分，關節(jié)液中正常水平及正常屬性的HA對維持關節(jié)功能起著至關重要的作用，它能與糖蛋白、磷脂結合粘合于關節(jié)軟骨表面，保護關節(jié)軟骨、減少關節(jié)間的摩擦及阻力，與蛋白質(zhì)結合游離于關節(jié)液中，起潤滑作用。有關研究報道[6]，OA關節(jié)液中HA水平有不同程度降低，目前已證實OA患者關節(jié)液中的HA水平、分子量及粘滯性均低于正常[7]，致使HA失去正常的生理功能。Fabrizio Russo[8]等人研究研究結果發(fā)現(xiàn)骨關節(jié)炎患者關節(jié)液中HA濃度和分子量都降低，從而降低了滑液的粘彈性，增加了關節(jié)面間的摩擦，因此通過關節(jié)腔注射HA可明顯緩解OA患者的關節(jié)疼痛、腫脹、關節(jié)積液、運動障礙等臨床癥狀，無明顯的副作用，耐受性好。因此通過檢測關節(jié)液中HA濃度有助于膝關節(jié)骨性關節(jié)炎的早期診斷，為臨床治療提供參考。

2.2 人軟骨糖蛋白（YKL-40）

YKL-40是由人關節(jié)滑膜細胞、軟骨細胞分泌的一種糖蛋白，也可由軟骨細胞及中性粒細胞分泌，在炎癥和組織重塑中起重要作用。Karalilova[9]通過對50例炎性退行性關節(jié)病的患者關節(jié)液中 YKL-40表達進行分析發(fā)現(xiàn)，與正常成人相比，骨性關節(jié)炎患者關節(jié)液中YKL-40水平顯著升高。Dündar[10]研究發(fā)現(xiàn)血清YKL-40水平受滑膜液YKL-40水平的影響，嚴重膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者血清和滑膜液YKL-40水平升高8～10倍。

3.細胞因子類相關標志物

OA最初被認為是一種非炎癥性疾病，隨著深入的研究，發(fā)現(xiàn)OA與炎癥反應密切相關，由于炎性細胞因子破壞了軟骨細胞的合成與分解代謝平衡，進而在OA發(fā)生與發(fā)展起著重要作用，近年來有研究報道[11]，膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者關節(jié)液中炎性因子水平增高，加速關節(jié)軟骨及滑膜的損傷，導致骨性關節(jié)炎的發(fā)生。

3.1 炎性細胞因子

炎性細胞因子破壞了軟骨細胞的合成及分解代謝的動態(tài)平衡，在OA發(fā)生與發(fā)展中起重要作用[12]。目前研究較多的骨性關節(jié)炎相關的炎性細胞因子主要有IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17、FGF2、TNF-α、NO等；Wang[13]等研究發(fā)現(xiàn)，肥胖患者骨關節(jié)的關節(jié)液、滑膜、軟骨下骨和軟骨中IL-1、TNF-α和IL-6水平升高，并且IL-1、TNF-α和IL-6還可誘導和促進其他細胞因子、MMPs和前列腺素的產(chǎn)生，抑制蛋白多糖和Ⅱ型膠原的合成，從而在骨關節(jié)炎軟骨基質(zhì)降解和骨吸收中起關鍵作用；Bai[12]通過對確診的OA患者進行脛骨高位截骨術（hight tibial osteotomy，HTO）治療，結果發(fā)現(xiàn)術前OA患者關節(jié)滑液IL-1β、IL-6、IL-17含量均增高；Snelling[14]對兩組患者行髖關節(jié)或膝關節(jié)OA分層后，發(fā)現(xiàn)IL-17可檢測明顯升高，且IL-17可促進基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）的產(chǎn)生，促進破骨細胞的生長，抑制成骨細胞的活性。

3.2 脂肪細胞因子

現(xiàn)今已知脂肪因子是一類新的化合物，隨著越來越多的對脂肪細胞因子研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)脂肪細胞因子不僅與肥胖、糖尿病等的發(fā)生、發(fā)展密切相關；此外脂肪因子還是代謝綜合征、免疫系統(tǒng)和關節(jié)之間的分子鏈接物，脂肪來源的脂肪因子導致軟骨降解和軟骨下骨成骨細胞生長異常，從而破壞關節(jié)[15]；抵抗素是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的脂肪細胞因子，抵抗素誘導促炎因子的表達等降解酶，導致軟骨基質(zhì)合成的抑制作用；Zhao[16]等研究發(fā)現(xiàn)OA患者和RA患者關節(jié)液中的抵抗素水平顯著高于健康受試者；Calvet[17]研究通過研究分析得出關節(jié)液中不同的脂肪因子與KOA嚴重程度之間存在不同的關聯(lián)模式，其中抵抗素與膝關節(jié)功能及致殘有關；越來越多的證據(jù)表明，關節(jié)液中抵抗素的檢測可有助于關節(jié)炎的早期發(fā)現(xiàn)，并可作為一種評估骨性關節(jié)炎病變程度的生物標志物。

4.結晶體及磨損顆粒相關標志物

骨性關節(jié)炎患者關節(jié)液中可發(fā)現(xiàn)不同類型的結晶體及磨損顆粒，在OA中，研究較多的焦磷酸鈣二水化合物(CCP)、堿性磷酸鈣（BCP）及軟骨磨損顆粒(CWP)；有研究發(fā)現(xiàn)CCP和BCP最常于OA患者的關節(jié)液中[18]。因此探尋關節(jié)液中晶體、軟骨磨損顆粒相關標志物可對OA早期診斷、病情評估、預后及療效評估提供一種新的方法。

4.1 結晶體

堿性磷酸鈣（Basic Calcium Phosphate BCP）和焦磷酸鈣二水化合物（CCP）晶體是近年研究比較熱的兩種晶體，其可引起炎癥和關節(jié)炎，關節(jié)內(nèi)結晶體的存在與加快疾病的進展有關，提示晶體可能參與了疾病的過程且其在OA中存在潛在的致病作用；Rong[19]等通過BCP晶體誘導原發(fā)性軟骨細胞骨關節(jié)炎試驗，結果發(fā)現(xiàn)BCP通過鈣介入CaMK2的激活誘導軟骨細胞表型標志物表達發(fā)生骨關節(jié)炎相關改變.

4.2 磨損顆粒

磨損過程常發(fā)生于關節(jié)滑膜中從而導致磨損顆粒的產(chǎn)生，而軟骨降解導致關節(jié)液中存在的磨損顆粒比臨床診斷的軟骨更易獲得。Meizhai[20]通過對25例患者的關節(jié)液進行分析得出，葉狀顆粒呈扁平狀，形狀不規(guī)則，多見于健康關節(jié)，圓形顆粒常見健康關節(jié)內(nèi)，輕度骨關節(jié)OA患者關節(jié)內(nèi)多見于細長的棒狀顆粒，不規(guī)則的顆粒多見于重度OA患者關節(jié)內(nèi)，顆粒表面檢測重度OA顆粒較輕度OA顆粒光滑。Estell[21]發(fā)現(xiàn)磨損顆粒顯著增加了一氧化氮、白細胞介素-6、-8、基質(zhì)金屬蛋白酶-9、-10、-13的增殖和釋放，表明軟骨磨損顆粒在骨關節(jié)炎環(huán)境中一個相關物理因素，通過早期調(diào)節(jié)滑膜細胞在疾病早期和晚期的行為，是使促炎級聯(lián)和促降解持續(xù)存在。

5.小結

目前關于OA相關的生物標記物的研究仍然是一個熱點話題，眾多的骨性關節(jié)炎生物學標志物被發(fā)現(xiàn)，對早期骨性關節(jié)炎診斷及預判有重要的指導意義，而且也可作為關節(jié)炎治療后及藥物開發(fā)中臨床效果和安全評價的重要指標。但OA的臨床生化檢測還需更多的理論支持和實踐，相信廣大醫(yī)學工作者的不斷挖掘及努力，相關的生物標志物必將成為骨性關節(jié)炎早期診斷、評估新指標、治療新靶點及預后判斷的新標志物。