瘦素在骨關(guān)節(jié)炎作用機(jī)制中的研究進(jìn)展▲

倪小坤 袁長(zhǎng)深 梅其杰 莫崇朗 康潤(rùn)強(qiáng) 段 戡

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生學(xué)院，南寧市 530200，電子郵箱：nxk8018@sina.com；2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院仙葫院區(qū)骨三科，南寧市 530200)

【提要】 骨關(guān)節(jié)炎是常見(jiàn)的關(guān)節(jié)炎類型，其可導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)功能障礙，進(jìn)而引發(fā)睡眠不良、疲勞、情緒改變等情況，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致殘疾。因此，探尋更有效、更安全的診治方法對(duì)于改善骨關(guān)節(jié)炎患者的生活質(zhì)量具有重要意義。在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中，瘦素起著不可忽視的作用。本文就瘦素在骨關(guān)節(jié)炎中的作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷、治療與病情評(píng)估提供新思路。

骨關(guān)節(jié)炎是常見(jiàn)的關(guān)節(jié)炎類型，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)疼痛、關(guān)節(jié)活動(dòng)受到限制，該病的病理變化是關(guān)節(jié)內(nèi)的軟骨受到破壞，進(jìn)而出現(xiàn)軟骨退行性改變。目前，臨床上主要根據(jù)臨床表現(xiàn)及影像學(xué)改變進(jìn)行診斷。然而，如可觀察到影像學(xué)改變，則關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨已發(fā)生了不可逆的病變，對(duì)該病的早期診斷、治療與病情評(píng)估不大。故尋找敏感的生化指標(biāo)用于骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷或疾病進(jìn)展評(píng)估，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

骨關(guān)節(jié)炎最終會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的關(guān)節(jié)疼痛和運(yùn)動(dòng)障礙，但其發(fā)病機(jī)制至今尚不清楚。而軟骨細(xì)胞作為關(guān)節(jié)軟骨的主要構(gòu)成細(xì)胞，其丟失或破壞是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生的主要原因。瘦素是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一類脂肪細(xì)胞因子，可參與機(jī)體代謝及免疫調(diào)節(jié)。瘦素也被稱為一種新的骨生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子，它不僅能夠通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)抗骨生成因子的釋放[1-2]，還可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞繁殖、膠原合成及骨礦化過(guò)程[3-4]。此外，瘦素也是一種刺激軟骨內(nèi)骨化的骨骼生長(zhǎng)因子[5]。瘦素可通過(guò)多種通路單獨(dú)或協(xié)同其他因子作用于關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨細(xì)胞，從而參與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病，且其在血清或關(guān)節(jié)液中的表達(dá)水平與骨關(guān)節(jié)炎程度呈正相關(guān)，已被國(guó)際骨關(guān)節(jié)炎研究會(huì)納入骨關(guān)節(jié)炎生物標(biāo)志物的候選因子[6]。本文針對(duì)瘦素與骨關(guān)節(jié)炎的關(guān)系展開(kāi)綜述，旨在為骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷與病情進(jìn)展評(píng)估提供新思路。

1 瘦素概述

瘦素在1994年被首次報(bào)告為由ob/ob基因編碼的一種肽類激素，屬于1型細(xì)胞因子超級(jí)家族[7]，其相對(duì)分子質(zhì)量為16 000，主要由白色脂肪細(xì)胞產(chǎn)生。瘦素通過(guò)與db基因轉(zhuǎn)錄本選擇性剪接產(chǎn)生的特定受體(OB-R)相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)效應(yīng)[8]。由于OB-R在周圍組織中廣泛表達(dá)[9]，瘦素可能被認(rèn)為是一種多作用激素，參與控制各種生理過(guò)程。早期研究發(fā)現(xiàn)瘦素可以在能量代謝中發(fā)揮重要的作用，其可促使機(jī)體減少能量的攝入，增加能量的釋放，抑制脂肪細(xì)胞的合成，從而調(diào)節(jié)體內(nèi)的能量代謝。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)瘦素的功能還涉及雌性內(nèi)分泌及生殖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，以及與免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、心血管功能和呼吸系統(tǒng)有關(guān)的其他病理生理過(guò)程[10]。

2 骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)液或血清中瘦素水平及其水平變化原因

骨關(guān)節(jié)炎是最常見(jiàn)的骨關(guān)節(jié)疾病，最初被認(rèn)為是簡(jiǎn)單的磨損性疾病，但目前被認(rèn)為是一種由多因素引起的復(fù)雜病理改變，其由炎癥和代謝失衡誘發(fā)，可影響整個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)(包括關(guān)節(jié)軟骨、半月板、韌帶、骨和滑膜)[11]。研究表明，與正常人相比，骨關(guān)節(jié)炎患者的血清、髕下脂肪墊、滑膜組織和軟骨中瘦素水平升高[12]。此外，在人類軟骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)瘦素受體OB-Rb的表達(dá)[10]。 一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，瘦素缺陷或瘦素受體缺陷的小鼠出現(xiàn)了極端肥胖表現(xiàn)，但膝骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率沒(méi)有增加[13]，這表明體脂本身可能不是關(guān)節(jié)退變的危險(xiǎn)因素，因?yàn)槿狈κ菟厮碌姆逝植蛔阋哉T導(dǎo)小鼠全身炎癥和膝骨關(guān)節(jié)炎，提示瘦素可能通過(guò)調(diào)節(jié)骨骼和免疫系統(tǒng)而在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生中發(fā)揮多效性作用。

Sachdeva等[14]發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)液或血清中的瘦素水平隨著疾病加重而升高。此外， 有研究顯示骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)液中的瘦素水平升高，瘦素水平變化與骨關(guān)節(jié)炎的影像學(xué)表現(xiàn)有關(guān)，尤其在骨關(guān)節(jié)炎晚期，關(guān)節(jié)液中的瘦素水平明顯升高[15]。這項(xiàng)結(jié)果與Dumond等[16]的研究結(jié)果相似，Dumond等發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液中的瘦素表達(dá)模式和水平與軟骨破壞的程度有關(guān)。此外，血清中的瘦素水平可以預(yù)測(cè)膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間隙軟骨體積的損失情況[17]。上述研究結(jié)果表明，關(guān)節(jié)液中的瘦素水平可以反映關(guān)于骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展或狀況。

骨關(guān)節(jié)炎尤其是進(jìn)展期骨關(guān)節(jié)炎，關(guān)節(jié)液或血清中瘦素水平升高的原因尚不清楚。而目前的研究結(jié)果表明，瘦素對(duì)軟骨具有雙重作用，其既可破壞軟骨從而在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生中發(fā)揮作用，也可促進(jìn)軟骨的修復(fù)。(1)瘦素可能通過(guò)增加基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-9和MMP-13的表達(dá)觸發(fā)軟骨破壞[18]。(2)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生或發(fā)展過(guò)程中，瘦素的增加可以修復(fù)受損關(guān)節(jié)軟骨，因?yàn)槭菟乜梢源碳ぼ浌侵械鞍拙厶恰⒁葝u素生長(zhǎng)因子1和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1的合成[19]。其中，蛋白聚糖是ECM的主要成分，胰島素生長(zhǎng)因子1和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1通過(guò)形成細(xì)胞簇，增加其合成代謝活性，刺激軟骨細(xì)胞修復(fù)受損的細(xì)胞外基質(zhì)。(3)更有直接的研究證明，瘦素可以誘導(dǎo)骨形成蛋白2自分泌，從而激活骨形成蛋白2特異性下游因子Smad1/5，同時(shí)增加合成代謝相關(guān)因子Ⅱ型膠原的表達(dá)(修復(fù)機(jī)制)和分解代謝相關(guān)因子MMP/ADAMTS的表達(dá)[20]，這對(duì)關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨具有雙重作用，既能防止軟骨細(xì)胞的凋亡(即具有保護(hù)作用)，也可導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨的丟失(即具有分解作用)[21]。

3 瘦素對(duì)軟骨細(xì)胞的保護(hù)作用

3.1 瘦素對(duì)軟骨細(xì)胞的合成代謝具有促進(jìn)作用 (1)在中度骨關(guān)節(jié)炎患者的軟骨標(biāo)本中，瘦素陽(yáng)性染色區(qū)域主要為中層軟骨細(xì)胞，該區(qū)域的軟骨細(xì)胞合成軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的能力更強(qiáng)[4]，而軟骨細(xì)胞外基質(zhì)可以最大限度地提供軟骨細(xì)胞的生存環(huán)境，促進(jìn)軟骨細(xì)胞的合成。(2)將轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β注入小鼠膝關(guān)節(jié)，可刺激骨膜形成新的軟骨結(jié)構(gòu)，這些早期軟骨樣結(jié)構(gòu)發(fā)展成骨贅，主要分布在關(guān)節(jié)軟骨邊緣和韌帶的插入部位，隨后與原始骨融合[19]。而瘦素可能通過(guò)誘導(dǎo)胰島素生長(zhǎng)因子1和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1等生長(zhǎng)因子的產(chǎn)生，在軟骨細(xì)胞的合成代謝中具有促進(jìn)作用[16]。(3)此外，瘦素對(duì)蛋白多糖的合成具有刺激作用[19]，提示瘦素可能參與骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞合成代謝活性的上調(diào)，這種作用也可能發(fā)生在疾病的早期階段，其特征是增強(qiáng)軟骨細(xì)胞的合成活性。

3.2 瘦素對(duì)軟骨成骨的促進(jìn)作用 瘦素對(duì)成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的作用相似，這是因?yàn)閮煞N類型的細(xì)胞都來(lái)自間充質(zhì)前體，可能由共同的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)產(chǎn)生各自的細(xì)胞外基質(zhì)。瘦素可直接作用于成骨細(xì)胞以促進(jìn)骨生長(zhǎng)，因此被認(rèn)為是一種新的骨生長(zhǎng)激素調(diào)節(jié)劑[4,22]。Zheng等[23]研究發(fā)現(xiàn)，軟骨體積的增加與血清瘦素的水平呈正相關(guān)，提示瘦素具有促進(jìn)軟骨成骨的作用。此外，瘦素可在mRNA和蛋白質(zhì)水平誘導(dǎo)軟骨中胰島素樣生長(zhǎng)因子的合成，從而促進(jìn)軟骨細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[16]。

3.3 瘦素對(duì)軟骨降解的延緩作用 瘦素能抑制腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞死亡，并能保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞免受累積機(jī)械載荷和有害應(yīng)力的影響，進(jìn)而延緩軟骨退行性變化的發(fā)生[24]。瘦素也可以通過(guò)Janus激酶2、磷脂酰肌醇3-激酶和腺苷一磷酸依賴的蛋白激酶途徑，上調(diào)血管細(xì)胞黏附因子1 的表達(dá)，從而延緩軟骨降解[25]。

4 瘦素對(duì)軟骨細(xì)胞的破壞作用

骨關(guān)節(jié)炎最突出的特點(diǎn)是軟骨細(xì)胞不平衡地產(chǎn)生分解代謝和合成代謝因子，這引起基質(zhì)降解增加和合成代謝過(guò)程減少，從而導(dǎo)致軟骨破壞。而瘦素在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生過(guò)程中起到的作用，則可能是促進(jìn)軟骨細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)和軟骨破壞(分解)。例如，有研究表明，瘦素能增強(qiáng)關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制中已知的促炎因子和分解介質(zhì)的產(chǎn)生，如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、IL-8、血管細(xì)胞黏附分子1、 一氧化氮和前列腺素E2，并可抑制軟骨細(xì)胞的增殖[18]。瘦素和受體OB-Rb結(jié)合后，能夠有效地激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)[其中包含Janus激酶/轉(zhuǎn)錄信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)劑和激活劑(signal transducer and activator of transcription,STAT)、磷脂酰肌醇3-激酶、核因子κB 、蛋白激酶C 和絲裂原活化蛋白激酶等]，并且還可以激活細(xì)胞外信號(hào)(其中包括蛋白激酶1/2、p38激酶及C-Jun N端激酶等)[26]，從而對(duì)相應(yīng)的細(xì)胞發(fā)揮分解作用。

4.1 瘦素通過(guò)促炎作用分解軟骨細(xì)胞 (1)促進(jìn)炎癥環(huán)境的形成： 在骨關(guān)節(jié)炎中，軟骨細(xì)胞產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)，導(dǎo)致異常環(huán)境的形成，引起軟骨損傷[27]。瘦素能夠單獨(dú)或者聯(lián)合IL-1通過(guò)激活核因子κB/絲裂原活化蛋白激酶途徑或 C-Jun N端激酶途徑，促進(jìn)膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、環(huán)氧化酶-2的表達(dá)，以及一氧化氮、前列腺素E2、IL-6、IL-8合成增多，從而形成炎性環(huán)境[28]。炎性環(huán)境中的一氧化氮可以導(dǎo)致機(jī)體中MMP的表達(dá)增加，從而抑制蛋白聚糖和膠原合成并誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的凋亡[29]。(2)誘導(dǎo)炎癥因子IL-6表達(dá)：正常關(guān)節(jié)腔中炎癥因子的表達(dá)較少，而經(jīng)瘦素干預(yù)后滑膜成纖維細(xì)胞中IL-6的表達(dá)呈劑量依賴性升高[30]。而IL-6可導(dǎo)致蛋白多糖降解，并通過(guò)NOTCH信號(hào)通路減少軟骨蛋白多糖的合成，增加分解因子MMP-13的表達(dá)，從而抑制軟骨的形成；而當(dāng)使用瘦素受體阻滯劑時(shí)，骨性關(guān)節(jié)炎患者滑膜成纖維細(xì)胞中IL-6的表達(dá)明顯下降[31]。這提示瘦素可通過(guò)IL-6增加分解因子MMP-13的表達(dá)，MMP-13進(jìn)一步介導(dǎo)炎癥因子釋放進(jìn)而導(dǎo)致軟骨損傷，促進(jìn)骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展[32]。(3)誘導(dǎo)炎癥因子IL-1β表達(dá)：Yang等[30]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)瘦素處理后第7天軟骨細(xì)胞中的IL-1β表達(dá)水平增加。而IL-1β是一種炎癥細(xì)胞因子，可通過(guò)抑制膠原合成和刺激MMP表達(dá)，在關(guān)節(jié)軟骨破壞的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[33]。

4.2 瘦素通過(guò)調(diào)控分解代謝介質(zhì)分解軟骨細(xì)胞 有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)瘦素處理后第7天，軟骨細(xì)胞中促軟骨膠原降解因子MMP-9和MMP-13的含量增加[30]；關(guān)節(jié)內(nèi)給予瘦素處理可降低軟骨中堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子的基因和蛋白質(zhì)表達(dá)水平，同時(shí)顯著增加了MMP-2、MMP-9和組織蛋白酶D等降解酶的表達(dá)水平[34]。還有研究結(jié)果顯示，一定濃度的瘦素單獨(dú)或與IL-1聯(lián)合處理牛軟骨，能通過(guò)激活STAT1、STAT3、STAT5、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/Janus激酶、MAPK/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、p38MAPK、蛋白激酶B和核因子κB信號(hào)通路，促進(jìn)牛軟骨膠原釋放及MMP-1、MMP-13的表達(dá)[35]。瘦素還可以通過(guò)核因子κB、蛋白激酶C和MAPK途徑直接誘導(dǎo)參與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)關(guān)節(jié)破壞的分解代謝介質(zhì)(MMP-1、MMP-3和MMP-13)的表達(dá)，促進(jìn)軟骨的破壞[34-36]。此外，瘦素還能促進(jìn)其他軟骨分解因子的表達(dá)，如MMP-2、兔抗人組織蛋白酶等[34]。Song等[37]的研究結(jié)果也表明，在骨關(guān)節(jié)炎軟骨中特異性生長(zhǎng)抑制基因明顯上調(diào)，而特異性生長(zhǎng)抑制基因可抑制微小RNA-21的表達(dá)而促進(jìn)MMP(包括MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13)和含血小板反應(yīng)蛋白基序的金屬蛋白酶系統(tǒng)4的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡，同時(shí)抑制自噬反應(yīng)。這些結(jié)果表明，瘦素通過(guò)不同途徑調(diào)控分解代謝介質(zhì)MMP的表達(dá)，發(fā)揮分解軟骨的作用，從而加速骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。

5 小 結(jié)

綜上所述，瘦素可通過(guò)多種途徑在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用，且這一作用是雙重的，既可促進(jìn)軟骨的分解，也可促進(jìn)軟骨的修復(fù)。最近一項(xiàng)研究表明，瘦素誘導(dǎo)的骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制涉及多個(gè)基因(MMP、炎癥因子、生長(zhǎng)因子、凋亡基因和成骨基因)表達(dá)的調(diào)節(jié)[32]，這提示瘦素以一種復(fù)雜的方式在骨關(guān)節(jié)炎中發(fā)揮作用，相關(guān)的機(jī)制還需要進(jìn)一步探討?？傊菟貙?duì)骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷與病情評(píng)估可能具有重要參考價(jià)值，隨著研究的深入，其對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的具體作用機(jī)制和臨床應(yīng)用價(jià)值也將會(huì)被進(jìn)一步證實(shí)。