類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎與一氧化氮及其合成酶的相關(guān)研究進(jìn)展

劉雅珺，楊樹(shù)龍

(南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理教研室，南昌 330006)

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種慢性炎癥性自身免疫性疾病，其特征在于反復(fù)發(fā)作的關(guān)節(jié)滑膜炎癥導(dǎo)致關(guān)節(jié)和軟骨發(fā)生不可逆性損傷甚至殘疾，并最終引起心血管和肺部疾病等一系列全身并發(fā)癥。一份流行病學(xué)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，RA的全球患病率為0.24%[1]，而在中國(guó)，其發(fā)病率為0.19%～0.41%，女性患RA的可能性是男性的4倍[2]。目前有關(guān)RA的文獻(xiàn)中，該病發(fā)病機(jī)制通常為遺傳易感性和環(huán)境因素之間復(fù)雜的相互作用；機(jī)體固有免疫和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)被反復(fù)激活，破壞了其免疫耐受性；自身抗原呈遞和抗原特異性T細(xì)胞和B細(xì)胞活化失常，由此引發(fā)關(guān)節(jié)滑膜增生和骨質(zhì)破壞，進(jìn)一步導(dǎo)致關(guān)節(jié)腫脹、畸形以及全身性炎癥[3]。RA的發(fā)病機(jī)制及疾病進(jìn)展復(fù)雜且尚未明確，眾多研究表明NO及其合成酶參與其中。本文就RA與一氧化氮(nitric oxide，NO)、一氧化氮合成酶(nitric oxide synthases，NOS)的相關(guān)研究進(jìn)展作詳細(xì)綜述。

1 NO及NOS

NO是人體內(nèi)一種不穩(wěn)定的自由基氣體小分子，由NOS催化L-精氨酸(L-arginine，L-Arg)產(chǎn)生，在維持機(jī)體多個(gè)系統(tǒng)的生理功能中起重要作用[4]。關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨組織是合成NO以及NOS的主要部位,其次是滑膜組織[5]。各項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)NO對(duì)機(jī)體的利弊影響取決于其濃度，濃度過(guò)高的NO在RA患者的炎癥關(guān)節(jié)介導(dǎo)許多不同的細(xì)胞功能，包括細(xì)胞因子產(chǎn)生，線粒體功能和炎癥關(guān)節(jié)軟骨損傷等。

迄今為止已知NOS有不同基因編碼的3種同工酶，即神經(jīng)型(neuronal nitric oxide synthase，nNOS)、內(nèi)皮型(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)和誘導(dǎo)型(inducible nitric oxide synthase，iNOS)。nNOS和eNOS又稱為組成型(constitutive nitric oxide synthase，cNOS)，是神經(jīng)元、平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞中正常存在的一種催化酶，其活性依賴于鈣離子。當(dāng)鈣離子濃度升高時(shí)，瞬間產(chǎn)生少量的NO，發(fā)揮神經(jīng)傳遞、血管舒張、瞬時(shí)血壓調(diào)節(jié)等作用。iNOS存在于巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等，通常是在炎癥和免疫刺激下表達(dá)，不依賴于鈣離子的濃度，能夠快速催化產(chǎn)生高濃度的NO且維持時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)、炎癥以及毒性作用。

2 RA與NO的相關(guān)研究進(jìn)展

各項(xiàng)研究表明，RA患者的血液和滑液中NO含量明顯增高且滑液含量遠(yuǎn)高于血液，活動(dòng)期遠(yuǎn)高于非活動(dòng)期和正常情況。

2.1 NO與免疫細(xì)胞

NO是最重要的先天免疫系統(tǒng)成分之一。人體內(nèi)的NO除血管內(nèi)皮細(xì)胞外，可由多種免疫細(xì)胞如樹(shù)突細(xì)胞，NK細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，肥大細(xì)胞，嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生，同時(shí)絕大部分免疫細(xì)胞參與并介導(dǎo)了RA。NO在RA的發(fā)病機(jī)制中起核心作用，尤其是NO介導(dǎo)的免疫功能障礙[6]。

2.1.1 NO與T淋巴細(xì)胞

RA是T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的系統(tǒng)性自身免疫疾病，諸多證據(jù)表示NO在正常情況下可調(diào)節(jié)T細(xì)胞的生理作用，而RA患者體內(nèi)NO的過(guò)量產(chǎn)生則會(huì)導(dǎo)致T細(xì)胞功能障礙。據(jù)目前的研究推測(cè)活動(dòng)性RA可能由Th1/Th2、Th17/Treg細(xì)胞比例失衡導(dǎo)致。

NO可調(diào)節(jié)人T細(xì)胞中的線粒體膜電位和人淋巴細(xì)胞中的線粒體生成，NO通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體活化T細(xì)胞后，各種炎性細(xì)胞因子和趨化因子的分泌增多，Th1/Th17細(xì)胞上調(diào)[7]，這意味著Th1/Th2、Th17/Treg細(xì)胞平衡被打破。其中Th1/Th2失衡在慢性炎癥性疾病必不可少，Th-2細(xì)胞表達(dá)廣泛的抗炎細(xì)胞因子的能力，具有保護(hù)作用，而NO會(huì)選擇性加強(qiáng)Th1細(xì)胞的增殖。而Th17細(xì)胞上調(diào)會(huì)介導(dǎo)T細(xì)胞激活，其參與了RA發(fā)病的起始和關(guān)節(jié)骨組織破壞兩個(gè)階段[8]。Tregs細(xì)胞具有保護(hù)作用，其標(biāo)志性細(xì)胞因子白介素10(Interleukin 1，IL-10)的升高可以抑制Th1細(xì)胞增殖并且下調(diào)其活性[9]。BRAHMACHARI等[10]指出RA中Treg細(xì)胞衰減可能受NO的調(diào)控。RA動(dòng)物模型即CIA模型小鼠體內(nèi)缺乏Treg細(xì)胞已被證明可增加細(xì)胞和體液免疫反應(yīng)和小鼠患病嚴(yán)重程度[11]。

2.1.2 NO與巨噬細(xì)胞

NO在自我保護(hù)的炎癥和免疫反應(yīng)中起重要作用，而過(guò)量產(chǎn)生NO可能導(dǎo)致組織損傷。在RA中，活化的巨噬細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的NO[12]。NO大量產(chǎn)生，誘導(dǎo)滑膜血管生成和增生，促進(jìn)滑膜病變，這也可表明持續(xù)感染可能是部分動(dòng)物模型發(fā)生滑膜炎和關(guān)節(jié)炎的原因。巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生NO參與免疫防御系統(tǒng)以抵御病原體和微生物，經(jīng)鼠腹腔或靜脈注射脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)可使關(guān)節(jié)局部NO濃度顯著增高，最終誘發(fā)大鼠關(guān)節(jié)炎。LPS、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α，TNF-α)等還可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞合成環(huán)加氧酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)和iNOS，另外如IL-4，IL-10和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor beta，TGF-β)，可以下調(diào)巨噬細(xì)胞中NOS的合成[13]。

2.2 NO與細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)

細(xì)胞因子常處于相對(duì)平衡而并非是某個(gè)絕對(duì)濃度，細(xì)胞因子比例可能影響最終所起的促炎與抗炎作用。調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子可有效控制RA，表明維持細(xì)胞因子平衡可作為全身免疫抑制的治療策略。有研究[14]表明，NO明顯抑制IL-1刺激內(nèi)皮細(xì)胞所表達(dá)的VCAM-1和選擇素(E-selectin)，抑制白細(xì)胞貼壁和滲出，可推測(cè)在炎癥最早期NO可能主要起保護(hù)作用，但在炎癥后期，由于滑液中多種炎性細(xì)胞因子濃度顯著提高,誘導(dǎo)合成大量的NO，直接加重滑膜的損傷。根據(jù)對(duì)NO作用方向可分為兩類:一類可上調(diào)NO合成,如TNF-α、IL-1等;另一類可下調(diào)NO合成,如IL-4、IL-10等。

IL-17是一種促炎性T細(xì)胞細(xì)胞因子，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞，軟骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞，滑膜細(xì)胞，巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子如TNF-α，IL-6，IL-1β，其被證明參與關(guān)節(jié)炎的多種過(guò)程，包括血管增殖，破骨細(xì)胞生成，白細(xì)胞聚集和炎癥發(fā)生[15]。IL-17在RA關(guān)節(jié)中大量表達(dá)，在RA中發(fā)揮主要的病理作用，誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子以及前列腺素、MMPs的產(chǎn)生，研究表明中和IL-17可防止關(guān)節(jié)炎的發(fā)展[16]。除此之外還獨(dú)立作用或與其他細(xì)胞因子共同作為iNOS的有效激活劑[17]。TNF-α是RA病理過(guò)程后期的關(guān)鍵介質(zhì)并被認(rèn)為是影響RA嚴(yán)重程度的因素之一，而IL-1β與RA發(fā)病率增加有關(guān)[18-19]，二者均可上調(diào)軟骨細(xì)胞和骨關(guān)節(jié)炎滑膜細(xì)胞中的NO。RA患者的滑膜組織中發(fā)現(xiàn)TNF-α、IL-1β均處于高水平，其通過(guò)上調(diào)COX-2和NOS的表達(dá)，從而增加炎癥介質(zhì)如前列腺素和NO的產(chǎn)生[20]，加重局部炎癥反應(yīng)。

IL-10具有強(qiáng)大的抗炎功能，可抑制Th-1細(xì)胞增殖，減少炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[21]。IL-10主要作為轉(zhuǎn)換因子將IgM轉(zhuǎn)化為IgG或IgA減少CIA大鼠關(guān)節(jié)中促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和軟骨退化[22]。有研究表明IL-10在體外和體內(nèi)產(chǎn)生的抗炎和抗關(guān)節(jié)炎作用很大[23]。IL-4具有抗炎作用，可抑制巨噬細(xì)胞的功能，同時(shí)還可以抑制滑膜細(xì)胞增殖[24]。IL-4是誘發(fā)驅(qū)動(dòng)Th2細(xì)胞的主要細(xì)胞因子，其抗炎作用部分是通過(guò)抑制NO來(lái)介導(dǎo)的[25]，但其多種功能的動(dòng)態(tài)平衡決定了其對(duì)特定免疫應(yīng)答的總體影響。

2.3 NO與軟骨損傷

RA的一個(gè)關(guān)鍵特征是關(guān)節(jié)軟骨丟失。軟骨細(xì)胞凋亡和軟骨細(xì)胞外基質(zhì)降解由促炎細(xì)胞因子(如IL-1)，炎癥介質(zhì)和MMPs等的復(fù)雜相互作用介導(dǎo)[26]，而NO不僅在疾病活動(dòng)中起作用，也是關(guān)節(jié)炎中涉及軟骨功能障礙的介質(zhì)之一，在關(guān)節(jié)損傷中同樣有重要作用[27]。MMP-13也可能是RA發(fā)病機(jī)制的一個(gè)原因，除了其直接的組織降解作用外，它在MMP激活級(jí)聯(lián)中具有中心位置[28]，且能夠加劇血管增殖。MMP-13被炎性細(xì)胞因子如IL-1、IL-6、TNF和IL-17上調(diào)，NO可間接增加MMP-13的表達(dá)和活性。

滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)胞能夠在細(xì)胞因子刺激后產(chǎn)生高水平的NO[29]，這表明NO可能參與RA的炎癥過(guò)程與關(guān)節(jié)破壞?；ぜ?xì)胞侵襲和增生血管的內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的NO會(huì)影響骨重建、軟骨基質(zhì)的產(chǎn)生和軟骨代謝,引起骨和軟骨的損害[30]。如前所述，NO可增強(qiáng)細(xì)胞因子誘導(dǎo)的骨吸收，同時(shí)其高水平也可抑制骨形成。因此，RA發(fā)炎關(guān)節(jié)內(nèi)產(chǎn)生的NO可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)周圍骨質(zhì)流失。

3 RA與NOS的相關(guān)研究進(jìn)展

NO是由NOS在氧分子的參與下催化L-Arg產(chǎn)生的，參與哺乳動(dòng)物的多種生理病理過(guò)程，其合成酶NOS也涉及多種疾病。nNOS過(guò)量產(chǎn)生NO，將有可能引發(fā)包括急性(腦卒中)和慢性(精神分裂癥，阿爾茨海默癥，帕金森癥)神經(jīng)退行性疾病，抽搐和疼痛；iNOS過(guò)量產(chǎn)生NO已經(jīng)證明涉及各種病理過(guò)程，包括感染性休克，炎癥導(dǎo)致的組織損傷和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[31]。

3.1 iNOS與RA

通常情況下iNOS的表達(dá)由細(xì)胞因子，微生物或腫瘤細(xì)胞產(chǎn)物引發(fā)，且主要發(fā)生在免疫反應(yīng)期間，iNOS在LPS、IFN等各種刺激下，催化L-Arg生成NO[32]。MARTIN等[33]認(rèn)為，RA患者滑膜中的滑膜襯里細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞均可高表達(dá)eNOS和iNOS，iNOS的表達(dá)可能參與關(guān)節(jié)炎的誘導(dǎo)，該文獻(xiàn)通過(guò)西班牙西北RA患者與對(duì)照組之間iNOS啟動(dòng)子多態(tài)性基因型頻率的顯著差異表明iNOS啟動(dòng)子多態(tài)性在RA易感性中具有潛在作用。同時(shí)體外實(shí)驗(yàn)[34]表明，滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的凋亡和iNOS表達(dá)有關(guān)，這意味著iNOS活化可通過(guò)抑制骨形成和促進(jìn)成骨細(xì)胞凋亡而促成炎癥誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥。

3.2 eNOS與RA

RA的臨床病理進(jìn)程和遺傳因素之間的聯(lián)系值得研究，探討與之相關(guān)的基因可能是一個(gè)方向。eNOS由位于染色體7q35-36上的基因編碼，該基因具有3種常見(jiàn)的多態(tài)性：?jiǎn)?dòng)子區(qū)域的T-786C，eNOS第7外顯子894G和eNOS基因4內(nèi)含子中27 bp，它們可能與許多疾病的發(fā)展相關(guān)[35]。eNOS基因多態(tài)性成為了影響RA易感性的一個(gè)因素。VAZGIOURAKIS等[36]研究eNOS基因第4內(nèi)含子VNTR多態(tài)性對(duì)居住在克里特島的患者RA易感性的影響，其結(jié)果表明eNOS基因a/b多態(tài)性可能是RA的易感基因。

AN等[37]研究顯示，eNOS基因的幾種遺傳多態(tài)性與RA的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。其研究目的是研究eNOS基因的兩個(gè)T-786C和G894T SNP的等位基因是否與中國(guó)北方人群的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，其結(jié)果表明具有T-786CC基因型的個(gè)體可能患類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險(xiǎn)增加。BUNJEVACKI等[38]研究顯示，eNOS基因多態(tài)性影響了疾病活動(dòng)，原因可能是786TT/786CT和786CC基因型在所有3個(gè)參數(shù)方面存在統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異，從而得出TT和CT基因型可能導(dǎo)致RA更嚴(yán)重的臨床表現(xiàn)的結(jié)論。

為了檢查eNOS基因的啟動(dòng)子區(qū)域的T-786C與RA易感性和臨床表現(xiàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，有人對(duì)西班牙與歐洲后代患者進(jìn)行研究，該研究還以南巴西歐洲后裔群體進(jìn)行病例作為對(duì)照[39]，其結(jié)果并未證實(shí)T-786C多態(tài)性與RA之間存在任何關(guān)聯(lián)。這可能反映了eNOS多態(tài)性頻率的種族間差異，可能背景因素(遺傳和其他)分化群體可以改變基因的表達(dá)。BRENOL等[40]在研究中發(fā)現(xiàn)，eNOS基因的T-786C多態(tài)性與RA的關(guān)節(jié)外表現(xiàn)之間存在關(guān)聯(lián)，然而該研究結(jié)果并未對(duì)eNOS基因T-786C在RA易感性中的主要作用提供支持?，F(xiàn)有證據(jù)的基礎(chǔ)上,難以確定不同eNOS多態(tài)性在RA中的真正作用。

另一方面，eNOS對(duì)血管穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，可參與多種疾病內(nèi)皮功能障礙的發(fā)病機(jī)制。有研究表明eNOS基因編碼可能影響NO在血液中的含量[41]。

3.3 nNOS與RA

在神經(jīng)元細(xì)胞中，NO控制神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，并參與突觸發(fā)生，突觸可塑性，記憶功能和神經(jīng)內(nèi)分泌分泌。有研究[42]發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)炎誘導(dǎo)的肌肉無(wú)力是因?yàn)闇p少肌原纖維力的產(chǎn)生，這可能是肌動(dòng)蛋白亞硝化應(yīng)激水平升高的結(jié)果，而其原因可能是nNOS和鈣離子的增加。另一篇文獻(xiàn)[43]對(duì)CIA小鼠也做了研究，結(jié)果顯示小鼠肌收縮功能受損，nNOS表達(dá)顯著增加而iNOS或eNOS表達(dá)沒(méi)有顯著增加。nNOS在RA的疾病表現(xiàn)中可能起到部分作用。

4 結(jié)語(yǔ)

RA作為一種臨床上致殘率較高的慢性自身免疫性疾病，其病理表現(xiàn)為滑膜增生、新生血管生成、軟骨破壞等，并涉及其他多個(gè)系統(tǒng)。NO在滑膜炎癥部位介導(dǎo)許多不同的細(xì)胞功能，包括炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生，線粒體功能和炎癥關(guān)節(jié)軟骨損傷。NO以及NOS在炎癥組織中的過(guò)度表達(dá)提示抑制過(guò)量的NO合成和使用NOS抑制劑可作為治療RA的方法，且NOS抑制劑可逆轉(zhuǎn)幾種典型的炎癥癥狀(紅斑和血管滲漏)。但NO及其合成酶NOS在RA病理進(jìn)程中的具體作用以及如何抑制NO合成、NO對(duì)炎性關(guān)節(jié)各細(xì)胞如何作用等仍需進(jìn)行更深入的探索。