骨性關(guān)節(jié)炎基于補(bǔ)體系統(tǒng)發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

汪亞婭，李妍，王福文

山東第一醫(yī)科大學(xué)（山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院），濟(jì)南250062

骨性關(guān)節(jié)炎（OA）又稱(chēng)退行性關(guān)節(jié)病，是一種以關(guān)節(jié)軟骨退行性病變和繼發(fā)性骨質(zhì)增生為主要病理改變的慢性關(guān)節(jié)疾病，臨床主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、僵硬、腫脹、活動(dòng)不便等，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)畸形，影響行走能力甚至喪失行走能力［1］。隨著我國(guó)人口老齡化加劇，OA 患者越來(lái)越多，已成為影響居民生活質(zhì)量的常見(jiàn)疾病之一。研究表明，衰老、創(chuàng)傷、代謝障礙等多種因素參與OA 的發(fā)生、發(fā)展［2］。早期OA 患者滑膜液中即可出現(xiàn)T 細(xì)胞浸潤(rùn)，而晚期某些細(xì)胞因子亦參與局部組織損傷。因此，炎癥反應(yīng)可能在OA 的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。有研究認(rèn)為，OA是由先天性免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的低水平慢性炎癥性疾病，關(guān)節(jié)損傷后先天性免疫系統(tǒng)的固有識(shí)別病原體模式開(kāi)啟，補(bǔ)體系統(tǒng)被激活形成膜攻擊復(fù)合物（MAC），促使軟骨細(xì)胞裂解，同時(shí)產(chǎn)生的C3a 和C5a等過(guò)敏毒素誘導(dǎo)免疫細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子，從而引起關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)［3］。本文結(jié)合文獻(xiàn)就OA 基于補(bǔ)體系統(tǒng)發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 補(bǔ)體系統(tǒng)概述

1.1 補(bǔ)體系統(tǒng) 補(bǔ)體是存在于正常人和動(dòng)物血清與組織液中的一組經(jīng)活化后具有酶活性的蛋白質(zhì)，包括30 余種可溶性蛋白、膜結(jié)合性蛋白和補(bǔ)體受體，這些蛋白共同組成的多分子系統(tǒng)被稱(chēng)為補(bǔ)體系統(tǒng)。補(bǔ)體系統(tǒng)是先天性免疫系統(tǒng)的重要組分之一，是機(jī)體防御病原體的第一道防線［4］。補(bǔ)體系統(tǒng)是由30 余種蛋白組成的不耐熱蛋白水解級(jí)聯(lián)反應(yīng)攻擊性系統(tǒng)，其成分復(fù)雜，包括直接參與補(bǔ)體激活的各種補(bǔ)體固有成分、調(diào)控補(bǔ)體激活的各種因子以及分布于細(xì)胞膜上的補(bǔ)體受體等［5］。補(bǔ)體系統(tǒng)一般具有宿主防御，清除細(xì)胞碎片和免疫復(fù)合物，以及通過(guò)過(guò)敏素和B、T淋巴細(xì)胞刺激來(lái)指導(dǎo)適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)等作用。當(dāng)宿主細(xì)胞識(shí)別到外源性細(xì)胞或修飾的自體細(xì)胞上存在有害結(jié)構(gòu)模式時(shí)，補(bǔ)體系統(tǒng)即會(huì)被激活，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，最終引起靶細(xì)胞裂解［6］。補(bǔ)體系統(tǒng)的激活可由經(jīng)典途徑、替代途徑以及凝集素途徑任意一條途徑完成，再經(jīng)一系列絲氨酸蛋白酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，形成MAC 以及趨化因子、促炎癥因子等介質(zhì)［7］，從而參與細(xì)胞增殖和凋亡的調(diào)控。

1.2 補(bǔ)體系統(tǒng)激活 補(bǔ)體系統(tǒng)主要包括補(bǔ)體固有成分、補(bǔ)體調(diào)控成分和補(bǔ)體受體三部分組成。參與補(bǔ)體激活的主要是補(bǔ)體固有成分，包括C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、B 因子、D 因子、P 因子、凝集素、絲氨酸蛋白酶。根據(jù)激活物和激活條件的不同，可將補(bǔ)體激活途徑分為經(jīng)典途徑、替代途徑和凝集素途徑三種，這三種途徑產(chǎn)生共同的激活產(chǎn)物C3a、C5a 和C5b-9，見(jiàn)圖1。經(jīng)典途徑是由特定的配體結(jié)合至由識(shí)別蛋白C1q 組成的C1 復(fù)合物和蛋白水解亞基C1s、C1r 觸發(fā)的［8］。補(bǔ)體經(jīng)典途徑激活涉及的補(bǔ)體成分包括C1q、C1s、C4 和C2，其中C1q 是經(jīng)典補(bǔ)體激活途徑中的起始環(huán)節(jié)，C1s 可提供蛋白酶活性，二者共同作用將C2、C4 裂解為C3 轉(zhuǎn)化酶，最終與C5轉(zhuǎn)化酶共同形成MAC［9］。與經(jīng)典途徑相比，凝集素途徑則是發(fā)生在細(xì)菌上的，與經(jīng)典途徑類(lèi)似的一系列反應(yīng)，是甘露糖結(jié)合凝集素與富含碳水化合物的結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí)引起的，其生成的補(bǔ)體成分亦為C3 轉(zhuǎn)化酶［10］。有研究報(bào)道，C4d 是凝集素途徑和經(jīng)典途徑激活后的共同產(chǎn)物［11］。替代途徑是由不穩(wěn)定的補(bǔ)體成分C3 自身激活及其隨后在活化病原體表面沉積而啟動(dòng)的，一直處于低水平持續(xù)激活狀態(tài)［12］。替代途徑由B 因子、D 因子和P 因子組成，其活化過(guò)程中主要沉積的補(bǔ)體復(fù)合物為C1q、C4b、C9 和C3b，這幾種因子能夠維持替代途徑的持續(xù)活化。補(bǔ)體系統(tǒng)在機(jī)體清除外來(lái)抗原和免疫復(fù)合物中具有至關(guān)重要的作用，但其過(guò)度激活可導(dǎo)致自身組織損傷。

圖1 補(bǔ)體系統(tǒng)激活途徑概覽

2 補(bǔ)體系統(tǒng)與炎癥反應(yīng)的關(guān)系

補(bǔ)體系統(tǒng)無(wú)論哪種途徑激活，最終都匯集于C3、C5 轉(zhuǎn)化酶形成，這兩種轉(zhuǎn)化酶會(huì)導(dǎo)致過(guò)敏毒素C3a、C5a 產(chǎn)生，這些過(guò)敏毒素會(huì)誘導(dǎo)免疫細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)。而補(bǔ)體系統(tǒng)激活產(chǎn)生的MAC 會(huì)直接在細(xì)胞表面形成跨膜孔，導(dǎo)致細(xì)胞裂解，加速炎癥反應(yīng)。MAC 與細(xì)胞表面結(jié)合時(shí)，還會(huì)激活促炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如MAPK、NF-κB 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活亦能促進(jìn)炎癥反應(yīng)發(fā)生。有研究表明，補(bǔ)體系統(tǒng)的過(guò)度激活可能是炎癥反應(yīng)發(fā)生的首要事件，也可能繼發(fā)于低度炎癥反應(yīng)之后［13］。

3 補(bǔ)體系統(tǒng)在OA發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制

目前，關(guān)于OA 發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制尚不完全清楚。近年研究認(rèn)為，先天性免疫系統(tǒng)引起的低度炎癥反應(yīng)可能在其發(fā)病過(guò)程中具有重要作用。

3.1 OA中由先天性免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 有研究認(rèn)為，OA不只是單純的關(guān)節(jié)退行性疾病，在OA 的發(fā)病機(jī)制中不僅涉及軟骨的破壞，還涉及軟骨異位骨形成、關(guān)節(jié)囊腫大、滑膜炎癥等。在排除外部機(jī)械性關(guān)節(jié)損傷后，結(jié)合OA 炎癥反應(yīng)發(fā)生的時(shí)間、炎癥反應(yīng)機(jī)制的合理性以及遺傳學(xué)上缺乏特定的炎癥分子動(dòng)物模型等表明，OA的發(fā)生與先天性慢性炎癥反應(yīng)密切相關(guān)［14］。OA 通常是在其他風(fēng)險(xiǎn)因素（如肥胖、高齡、代謝紊亂等）情況下觸發(fā)局部組織損傷，關(guān)節(jié)的慢性損傷或過(guò)度使用最終將轉(zhuǎn)化為炎癥反應(yīng)過(guò)程［15］。WANG 等［13］通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析OA 患者關(guān)節(jié)滑液發(fā)現(xiàn)，先天性免疫系統(tǒng)的主要細(xì)胞和因子，包括補(bǔ)體激活片段及其炎癥介質(zhì)（如IL-1β、TNF-α），均在關(guān)節(jié)滑液中明顯升高。有研究還發(fā)現(xiàn)，OA患者血清中補(bǔ)體蛋白水平明顯升高，這是關(guān)節(jié)中存在炎癥反應(yīng)的直接標(biāo)志［16］。這些炎癥介質(zhì)在一定程度上是由于組織損傷和關(guān)節(jié)破裂而合成的，它們會(huì)改變軟骨細(xì)胞的分化和功能，并誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶和聚集蛋白聚糖酶的表達(dá)和活化，從而促進(jìn)軟骨降解，加劇關(guān)節(jié)退化［17］。這些證據(jù)表明，炎癥反應(yīng)在OA 的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中具有重要作用，靶向治療炎癥可能延緩OA的病情進(jìn)展。

研究發(fā)現(xiàn)，OA 發(fā)病過(guò)程中的炎癥反應(yīng)是慢性的、低度的，主要是由先天性免疫系統(tǒng)中補(bǔ)體激活所致，而且適應(yīng)性較低，在OA 早期即開(kāi)始發(fā)揮作用。另外，由于免疫系統(tǒng)、局部組織損傷和代謝功能失調(diào)等病理生理過(guò)程在體內(nèi)相互作用，使得這種炎癥反應(yīng)存在于各種原因引起的OA 中，并長(zhǎng)期且慢性作用于關(guān)節(jié)組織，從而加速對(duì)關(guān)節(jié)軟骨的損傷［18］。最關(guān)鍵的是，這種炎癥反應(yīng)可作用于整個(gè)關(guān)節(jié)，包括關(guān)節(jié)軟骨、滑膜、軟骨下骨、關(guān)節(jié)囊等。OA的炎癥病理狀態(tài)主要由先天性免疫系統(tǒng)介導(dǎo)，生成MAC 直接造成軟骨損傷，相應(yīng)地軟骨受損又會(huì)引起新的炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)不可逆性損傷，長(zhǎng)期如此將導(dǎo)致整個(gè)關(guān)節(jié)壞死。因此，進(jìn)一步闡明炎癥反應(yīng)在OA 發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的病理生理機(jī)制，有助于實(shí)現(xiàn)通過(guò)靶向控制炎癥反應(yīng)來(lái)預(yù)防或控制疾病進(jìn)展。

3.2 骨組織代謝與補(bǔ)體系統(tǒng)的關(guān)系 通常分解代謝和合成代謝不平衡而導(dǎo)致的體內(nèi)平衡失調(diào)是由細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)與炎癥介質(zhì)共同驅(qū)動(dòng)的。在骨骼重塑過(guò)程中，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞存在動(dòng)態(tài)平衡，這對(duì)于維持骨骼質(zhì)量至關(guān)重要［19-20］。有研究表明，補(bǔ)體系統(tǒng)激活能夠調(diào)控關(guān)節(jié)中骨組織代謝，如C5a 通過(guò)其下游信號(hào)通路串?dāng)_調(diào)控骨組織代謝。MODINGER等［21］研究發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞在分化過(guò)程中C5a 受體1（C5aR1）過(guò)表達(dá)，而C5aR1能夠與成骨細(xì)胞中的Toll樣受體2 相互作用，從而激活p38 MAPK 信號(hào)通路，繼而誘導(dǎo)破骨細(xì)胞產(chǎn)生C-X-C基序趨化因子10。過(guò)敏毒素C5a與C-X-C基序趨化因子10相互作用可加重骨組織損傷［13］。該研究還發(fā)現(xiàn)，干擾素γ 信號(hào)傳導(dǎo)在C5a 調(diào)控的最主要途徑中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用，并能夠影響骨組織代謝［13］，表明C5a 在干擾素信號(hào)傳導(dǎo)途徑中作為骨組織代謝和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)劑而發(fā)揮作用?？傊?，補(bǔ)體系統(tǒng)激活失調(diào)在OA 的發(fā)病機(jī)制中具有至關(guān)重要的作用，或可通過(guò)減少補(bǔ)體系統(tǒng)激活產(chǎn)物的生成來(lái)防止細(xì)胞裂解，從而減輕關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)。

3.3 基于補(bǔ)體系統(tǒng)的OA 發(fā)病機(jī)制 OA 是由先天性免疫系統(tǒng)引起的，而補(bǔ)體系統(tǒng)是先天性免疫系統(tǒng)的核心組成部分。免疫系統(tǒng)通過(guò)特定的模式識(shí)別細(xì)胞表面或內(nèi)部的受體和病原體，不僅可識(shí)別與病原體相關(guān)的分子模式，還可識(shí)別與損傷相關(guān)的分子模式（DAMPs）。有研究發(fā)現(xiàn)，至少有4 種DAMPs 與OA 有關(guān)，如炎癥部位的細(xì)胞外基質(zhì)破壞產(chǎn)物、炎癥誘發(fā)或損傷誘發(fā)的血管滲漏、受損或壞死細(xì)胞釋放的細(xì)胞內(nèi)警報(bào)蛋白以及由于損傷或磨損從軟骨釋放至關(guān)節(jié)腔的微觀晶體。產(chǎn)生的這些內(nèi)源性損傷相關(guān)分子可以向先天性免疫系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，從而激活模式識(shí)別受體和補(bǔ)體［14］。補(bǔ)體激活后產(chǎn)生MAC，并誘導(dǎo)免疫細(xì)胞產(chǎn)生一系列炎癥介質(zhì)，這些炎癥介質(zhì)通常會(huì)逆向再次激活補(bǔ)體系統(tǒng)，再次激活對(duì)組織損傷具有一定修復(fù)作用［22］。這種炎癥—修復(fù)循環(huán)長(zhǎng)期存在，可能對(duì)關(guān)節(jié)具有破壞性，導(dǎo)致關(guān)節(jié)內(nèi)部產(chǎn)生低度慢性炎癥反應(yīng)，這種炎癥反應(yīng)又會(huì)加劇關(guān)節(jié)損傷，再次引起免疫激活反應(yīng)，加重炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致OA的發(fā)生。在誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)過(guò)程中，與DAMPs結(jié)合的主要受體之一是Toll樣受體1～7和Toll樣受體9，這表明Toll樣受體的活化可能與OA病程中的滑膜炎、軟骨變性和疾病易感性有關(guān)［23］。在這一過(guò)程中，先天性免疫系統(tǒng)激活是OA 發(fā)生的關(guān)鍵，而補(bǔ)體系統(tǒng)是先天性免疫系統(tǒng)的核心組成部分，故補(bǔ)體系統(tǒng)激活的機(jī)制有可能是探索OA 發(fā)病機(jī)制的突破點(diǎn)。以往有研究報(bào)道，在OA 患者的軟骨和滑膜組織中檢測(cè)到補(bǔ)體成分和免疫球蛋白沉積，并且后續(xù)的研究證實(shí)補(bǔ)體成分是由軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的［24］，表明補(bǔ)體系統(tǒng)在OA 的發(fā)病機(jī)制中具有重要作用。因此，通過(guò)分析補(bǔ)體系統(tǒng)激活途徑中的相關(guān)因子，或許能夠阻止或減緩OA病情進(jìn)展。

補(bǔ)體系統(tǒng)激活后，其產(chǎn)物受炎癥因子調(diào)控后生成C3、C5 轉(zhuǎn)化酶，C3、C5 轉(zhuǎn)化酶可誘導(dǎo)產(chǎn)生C3a、C5a 兩種過(guò)敏毒素，這兩種過(guò)敏毒素能夠誘導(dǎo)免疫細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子，并通過(guò)激活MAPK 信號(hào)通路，最終導(dǎo)致OA 發(fā)生。補(bǔ)體系統(tǒng)激活后生成的產(chǎn)物MAC可插入軟骨細(xì)胞的表面，從而使軟骨細(xì)胞裂解，MAC 還可誘導(dǎo)NF-κB 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，最終導(dǎo)致OA發(fā)生［4，25］。見(jiàn)圖2。

圖2 OA的發(fā)病機(jī)制示意圖

另外，補(bǔ)體系統(tǒng)還具有自反應(yīng)性，可由機(jī)體自發(fā)激活，如細(xì)胞外基質(zhì)中的纖維調(diào)節(jié)蛋白和骨黏附素可通過(guò)結(jié)合C1q 由經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)，從而誘發(fā)一些炎癥性疾病和自身免疫性疾?。?］。這種自反應(yīng)性引起的炎癥反應(yīng)也可能是OA 發(fā)病機(jī)制的重要組成部分［4］。

綜上所述，OA是由先天性免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的低水平慢性炎癥性疾病，而補(bǔ)體系統(tǒng)是先天性免疫系統(tǒng)的核心組成部分，故補(bǔ)體系統(tǒng)激活介導(dǎo)的免疫應(yīng)答反應(yīng)可能是OA 發(fā)病的重要機(jī)制。因此，深入研究OA 發(fā)生、發(fā)展中的炎癥反應(yīng)機(jī)制和補(bǔ)體激活途徑，將為我們提供更多的信息，從而為OA 的治療提供新的方法。但目前臨床尚無(wú)抑制補(bǔ)體激活的特異性藥物，還需要進(jìn)一步研究。