骨關(guān)節(jié)炎中滑膜炎癥致病因素的研究進(jìn)展

劉斌 鮮艷思 郭保生 蔣青

骨關(guān)節(jié)炎（OA）是發(fā)病率最高的關(guān)節(jié)疾病，其臨床表現(xiàn)為關(guān)節(jié)腫脹、疼痛、僵硬甚至殘疾，可嚴(yán)重影響患者運(yùn)動(dòng)能力及生活質(zhì)量[1]。OA 曾被定義為軟骨的機(jī)械磨損，現(xiàn)被認(rèn)為與整個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的功能紊亂有關(guān)，包括滑膜炎癥和纖維化、軟骨下骨異常硬化、關(guān)節(jié)內(nèi)韌帶及關(guān)節(jié)周?chē)∪猱惓５龋渲谢ぱ装Y臨床相關(guān)性更高[2-4]。

既往認(rèn)為，OA 患者軟骨磨損的降解產(chǎn)物可導(dǎo)致滑膜炎癥發(fā)生，即軟骨損傷先于滑膜炎癥出現(xiàn)。但現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，僅有關(guān)節(jié)疼痛或軟骨損傷較輕微患者的磁共振成像（MRI）圖像已可見(jiàn)明顯的關(guān)節(jié)積液和滑膜炎癥表現(xiàn)，提示滑膜炎癥并不局限于疾病晚期，甚至可能是OA 進(jìn)展的驅(qū)動(dòng)因素，早期輕度的滑膜炎癥即可預(yù)測(cè)后期軟骨退變及疼痛進(jìn)展[5-6]。影像學(xué)檢查現(xiàn)已確認(rèn)，滑膜炎癥不但與關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)破壞直接相關(guān)，而且與疼痛通路的外周和中樞敏化存在直接因果關(guān)系[7-8]。本文對(duì)OA 中滑膜炎癥致病因素的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 關(guān)節(jié)滑液炎癥微環(huán)境

OA 發(fā)生時(shí)，以關(guān)節(jié)滑液中白細(xì)胞介素（IL）-1β、IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）-α 為代表的多種炎癥因子表達(dá)水平上調(diào)，關(guān)節(jié)軟骨中的軟骨細(xì)胞、滑膜中的成纖維樣滑膜細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞等以及髕下脂肪墊中的脂肪細(xì)胞均可表達(dá)炎癥因子，共同參與構(gòu)成關(guān)節(jié)腔的炎癥微環(huán)境[9-10]。此外，關(guān)節(jié)內(nèi)創(chuàng)傷發(fā)生后，炎癥因子和基質(zhì)降解酶表達(dá)水平也會(huì)升高，且創(chuàng)傷愈合后滑液中的炎癥因子水平仍然高于正常[11]。

在炎癥環(huán)境持續(xù)影響下，成纖維細(xì)胞對(duì)炎癥刺激的響應(yīng)能力可發(fā)生改變。從OA 患者滑膜提取的成纖維細(xì)胞對(duì)炎癥刺激的響應(yīng)更敏感，經(jīng)脂多糖（LPS）或TNF-α 刺激后可分泌更高水平的趨化因子及生長(zhǎng)因子，并可分泌更多與軟骨降解直接相關(guān)的基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）3、組織蛋白酶（CTS）K 或CTSS[12]。巨噬細(xì)胞經(jīng)OA 患者關(guān)節(jié)滑液來(lái)源的外泌體處理后，也可分泌更多IL-1β 等炎癥因子，提示滑液中的外泌體是組成OA 炎癥微環(huán)境的關(guān)鍵介質(zhì)[13]。因此，持續(xù)暴露于高水平的炎癥介質(zhì)可能是滑膜炎癥的動(dòng)因之一。

2 軟骨降解產(chǎn)物對(duì)滑膜的刺激

2.1 軟骨磨損顆粒對(duì)滑膜的刺激

軟骨經(jīng)過(guò)機(jī)械磨損及化學(xué)降解后，軟骨磨損顆粒會(huì)脫落到滑液中，而部分顆粒則黏附到滑膜表面，可顯著增大滑膜與滑膜、滑膜與軟骨之間的摩擦系數(shù)，破壞正常關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)關(guān)節(jié)腔內(nèi)的低摩擦環(huán)境，從而加劇軟骨磨損并影響正常細(xì)胞的力學(xué)信號(hào)[14]。IL-1β 與TNF-α 是OA 發(fā)病機(jī)制中的2 個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞因子，常在OA 體外研究中用于模擬OA 發(fā)生時(shí)的炎癥環(huán)境，而軟骨磨損顆?？僧a(chǎn)生類(lèi)似于 IL-1β 與TNF-α 的效應(yīng)，經(jīng)其處理后關(guān)節(jié)腔內(nèi)的促炎細(xì)胞因子和基質(zhì)降解酶增多，滑膜成纖維細(xì)胞增殖活躍且細(xì)胞外基質(zhì)合成增加，宏觀(guān)上表現(xiàn)為滑膜增生[15-17]。

除滑膜成纖維細(xì)胞外，巨噬細(xì)胞是滑膜中另一種主要細(xì)胞，也會(huì)受到磨損顆粒影響。研究顯示，磨損顆粒對(duì)巨噬細(xì)胞的刺激效應(yīng)與其直徑相關(guān)，微米尺寸的羥基磷灰石可通過(guò)上調(diào)巨噬細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（GLUT）1 和己糖激酶（HK）2 激活糖酵解，而納米尺寸顆粒無(wú)類(lèi)似影響。此外，抑制細(xì)胞吞噬可以逆轉(zhuǎn)微米尺寸顆粒所致的巨噬細(xì)胞炎癥因子產(chǎn)生及其M1 型極化標(biāo)記物的表達(dá)，表明微米顆粒對(duì)巨噬細(xì)胞的影響借助吞噬作用實(shí)現(xiàn)[18]。

2.2 含鈣晶體對(duì)滑膜的刺激

異常鈣化是OA 的重要病理特征，OA 患者軟骨表面、深層均可見(jiàn)含鈣晶體沉積，主要包括堿性磷酸鈣（BCP）和焦磷酸鈣二水合物（CPP）[19]。

經(jīng)BCP 及CPP 刺激后，滑膜成纖維細(xì)胞環(huán)氧合酶（COX）2 上調(diào)，前列腺素（PG）E2 增多，MMP1、MMP3、MMP8、MMP9 均上調(diào)且基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物（TIMP）1、TIMP2 下調(diào)，蛋白激酶Cα 和核因子（NF）-κB 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活并可促進(jìn)成纖維細(xì)胞有絲分裂，宏觀(guān)表現(xiàn)為滑膜增生及軟骨退變[20]。

經(jīng)BCP 刺激后，巨噬細(xì)胞M1 型極化增加，其相關(guān)分泌因子IL-8、趨化因子CXC 受體（CXCL）8和 CXCL9 分泌也增加。值得注意的是，經(jīng)BCP 處理后細(xì)胞能量代謝由以氧化磷酸化為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴墙徒鉃橹?，而使?-脫氧-D-葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解則可有效逆轉(zhuǎn)巨噬細(xì)胞的M1 型極化及炎癥因子生成，提示OA 發(fā)生時(shí)關(guān)節(jié)腔中的含鈣晶體可通過(guò)代謝重編程調(diào)控巨噬細(xì)胞表型[21-22]。

2.3 軟骨來(lái)源細(xì)胞外囊泡對(duì)滑膜的調(diào)節(jié)作用

近年研究發(fā)現(xiàn)，以外泌體為代表的細(xì)胞外囊泡能夠通過(guò)脂質(zhì)雙層膜包裹核酸、蛋白、脂質(zhì)等形式參與細(xì)胞間物質(zhì)交換，影響OA 的病理生理過(guò)程，其在細(xì)胞間通訊中的作用越來(lái)越受重視[23-24]。

OA 患者軟骨細(xì)胞分泌的細(xì)胞外囊泡富含縫隙連接蛋白（Cx）43，該細(xì)胞外囊泡被滑膜細(xì)胞攝取后可上調(diào)細(xì)胞衰老標(biāo)記物p16 和p21，滑膜衰老細(xì)胞染色（SA-β-Gal）陽(yáng)性比例相應(yīng)上調(diào)，炎癥基因IL-1B、IL-6、COX-2、MMP3表達(dá)升高[25]。另一方面，經(jīng)OA 軟骨細(xì)胞來(lái)源的外泌體處理后，巨噬細(xì)胞促炎M1 型極化增多，其機(jī)制為外泌體通過(guò)遞送miR-449a-5p 抑制巨噬細(xì)胞ATG4B基因并使其自噬能力下降，線(xiàn)粒體中活性氧（ROS）累積則可激活NLRP3 炎癥小體。與之相反，經(jīng)正常軟骨外泌體處理后，巨噬細(xì)胞的線(xiàn)粒體功能障礙可以逆轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡?、促修?fù)的M2 型[26]。

3 滑膜細(xì)胞衰老

年齡是OA 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。隨著年齡增加，關(guān)節(jié)滑膜組織中表達(dá)衰老標(biāo)志物p16INK4A 的細(xì)胞逐漸蓄積，而OA 患者滑膜中p16INK4A 陽(yáng)性細(xì)胞比例更高[27]。衰老細(xì)胞以增殖減少、抵抗凋亡為特征，除本身功能下調(diào)外，其還可通過(guò)衰老相關(guān)分泌表型（SASP）影響組織微環(huán)境，從而加劇疾病進(jìn)展[28]。

與OA 患者滑膜類(lèi)似，在內(nèi)側(cè)半月板失穩(wěn)術(shù)（DMM）造模兩周后，小鼠滑膜區(qū)域即有衰老細(xì)胞蓄積，滑膜成纖維細(xì)胞衰老早于軟骨退變，其機(jī)制在于異常m6A 修飾導(dǎo)致的滑膜成纖維細(xì)胞自噬水平下降[29]。另一種OA 動(dòng)物模型在行前交叉韌帶橫斷術(shù)（ACLT）后也可見(jiàn)滑膜中衰老細(xì)胞增多，IL-17 表達(dá)增高，向關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射IL-17 中和抗體則可下調(diào)衰老標(biāo)記物p21 表達(dá)，并可減輕關(guān)節(jié)軟骨退變[30-31]。

體外實(shí)驗(yàn)中，誘導(dǎo)后的衰老滑膜成纖維細(xì)胞較非衰老細(xì)胞IL-6 和IL-8 等炎癥因子分泌水平更高，經(jīng)TNF-α 刺激后其SASP 表達(dá)也更高，提示衰老細(xì)胞的促炎潛能更高[27,32]。此外，滑膜中衰老細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間存在雙向調(diào)控關(guān)系，例如衰老細(xì)胞可誘導(dǎo)幼稚T 細(xì)胞向輔助性T 細(xì)胞（Th）17細(xì)胞分化，而Th17 也可加劇成纖維細(xì)胞向衰老表型分化[31]。

清除衰老細(xì)胞已成為OA 治療新方向。向關(guān)節(jié)腔注射衰老細(xì)胞清除藥物UBX0101 可有效降低衰老基因Cdkn2a和Cdkn1a及炎癥基因MMP13和IL-1B表達(dá)，減輕小鼠疼痛癥狀，改善軟骨合成代謝[30]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，向小鼠關(guān)節(jié)腔注射以滑膜成纖維細(xì)胞特異親和適配體修飾的、載有達(dá)沙替尼和槲皮素等衰老清除藥物的脂質(zhì)體，可有效清除衰老的滑膜成纖維細(xì)胞，從而減緩關(guān)節(jié)軟骨退變[33]。

4 滑膜機(jī)械應(yīng)力異常

適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力有助于維持關(guān)節(jié)健康，但過(guò)高的機(jī)械應(yīng)力卻會(huì)通過(guò)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡和細(xì)胞外基質(zhì)降解，加速OA 進(jìn)展[34]。機(jī)械應(yīng)力異常也可破壞滑膜穩(wěn)態(tài)。有體外研究用不同頻率的拉伸應(yīng)力模擬不同活動(dòng)時(shí)滑膜組織所處的力學(xué)環(huán)境，發(fā)現(xiàn)高頻拉伸可以使OA 患者滑膜的中性粒細(xì)胞脫顆粒，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等促炎信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活，并伴有乳酸釋放和ROS 形成增加[35]，提示高頻拉伸可改變滑膜代謝并引發(fā)氧化應(yīng)激，從而引起滑膜損傷。

除拉伸刺激外，異常機(jī)械應(yīng)力也可誘導(dǎo)滑膜組織細(xì)胞的炎癥表型[36]。學(xué)者們將未分化的M0型單核細(xì)胞與預(yù)先誘導(dǎo)M1 型或M2 型極化的巨噬細(xì)胞分別封包在瓊脂糖凝膠中，并分別施加剪切力和壓力負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理后上述3 種細(xì)胞分泌的IL-6、IL-8、TNF-α 和巨噬細(xì)胞炎性蛋白（MIP）1α 等炎癥因子均顯著上調(diào)[37]。另一項(xiàng)研究分別對(duì)OA和健康關(guān)節(jié)滑膜成纖維細(xì)胞施加48 h機(jī)械負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)兩者TNF-α 及PGE2 分泌均增多，且健康關(guān)節(jié)滑膜成纖維細(xì)胞在處理后細(xì)胞外基質(zhì)組分Ⅰ型膠原和纖連蛋白1 合成減少，提示異常機(jī)械應(yīng)力對(duì)成纖維細(xì)胞的影響可能存在于OA 起始和進(jìn)展等多個(gè)階段[38]。

5 全身代謝因素

5.1 肥胖

臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究均證實(shí)，除年齡、性別、創(chuàng)傷外，肥胖也是OA 的危險(xiǎn)因素。肥胖患者的高體質(zhì)量可直接增加軟骨的機(jī)械壓力，通過(guò)加劇軟骨衰老、激活局部固有免疫反應(yīng)等加重OA[34,37]。肥胖人群手部等非負(fù)重部位的OA 發(fā)生率也更高，且疼痛癥狀更嚴(yán)重，提示肥胖與OA 關(guān)聯(lián)的因素可能不僅有機(jī)械壓力，還包括肥胖所致的脂代謝異常、全身慢性炎癥、脂肪因子紊亂等[39-40]。肥胖患者血清及關(guān)節(jié)液中的IL-1β、IL-6 和TNF-α水平均高于非肥胖患者，上述炎癥因子除直接誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)降解酶外，還可通過(guò)調(diào)控脂肪細(xì)胞釋放的脂聯(lián)素和瘦素等間接加劇炎癥反應(yīng)[15]。另一項(xiàng)研究顯示，肥胖患者髕下脂肪墊中NF-κB 通路明顯激活，關(guān)節(jié)滑液中瘦素等脂肪源性促炎細(xì)胞因子水平更高，與體質(zhì)指數(shù)（BMI）呈正相關(guān)[41]。

一項(xiàng)研究對(duì)肥胖與非肥胖OA 患者滑膜進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)肥胖OA 患者滑膜纖維化更嚴(yán)重，CD45+CD14+巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)增加，固有免疫相關(guān)的模式識(shí)別受體TLR4 表達(dá)增加[42]。OA 動(dòng)物模型也可見(jiàn)類(lèi)似現(xiàn)象，高碳水、高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠在軟骨退變前即有更嚴(yán)重的滑膜炎癥，滑膜中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)更多，且以M1 型為主[43]。體外實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)，肥胖大鼠關(guān)節(jié)滑液可以促進(jìn)骨髓來(lái)源的單核巨噬細(xì)胞極化為M1 型[44]。肥胖的關(guān)節(jié)炎患者在減重后未見(jiàn)滑膜炎癥影像學(xué)表現(xiàn)好轉(zhuǎn)以及疼痛癥狀改善，提示肥胖所致的關(guān)節(jié)滑膜病變?yōu)椴豢赡鎿p傷或表觀(guān)遺傳改變[45-46]。

5.2 糖尿病

排除BMI 和年齡干擾后，Ⅱ型糖尿病（T2DM）是OA 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[47]。T2DM 患者的OA 發(fā)生率（52%）接近非T2DM 患者（27%）的兩倍[48]。與不伴有T2DM 的OA 患者相比，伴有T2DM 的OA 患者滑膜炎癥反應(yīng)更重，其浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞數(shù)量和TNF-α 水平均更高，且晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGE）蓄積增加，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激水平也更高[2,49-50]。體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高血糖不但可以激活大鼠滑膜成纖維細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）-1α/GLUT1通路，引起胞內(nèi)AGE 蓄積，而且可以導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥反應(yīng)加劇，因此可以促進(jìn)與之共培養(yǎng)的軟骨退變，揭示高血糖通過(guò)加重滑膜炎癥加劇OA 的潛在機(jī)制[49]。高糖處理后，升高的胞內(nèi)ROS及AGE 均可通過(guò)磷脂酰肌醇3 -激酶（PI3K）/蛋白激酶 B（Akt）和NF-κB 途徑上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），促進(jìn)滑膜血管生成[50-51]。此外，高糖培養(yǎng)后滑膜成纖維細(xì)胞初級(jí)纖毛數(shù)量減少，長(zhǎng)度縮短，可能是滑膜成纖維細(xì)胞機(jī)械敏感性下降的原因[52]。

OA 發(fā)生時(shí)滑膜還存在胰島素通路的異常。胰島素可以抑制正常滑膜成纖維細(xì)胞的炎癥[53]，OA患者滑膜胰島素信號(hào)紊亂，呈現(xiàn)類(lèi)似“胰島素抵抗”的效應(yīng)，因而胰島素的抗炎、抗分解代謝效應(yīng)被削弱[54]。糖尿病可進(jìn)一步加劇胰島素信號(hào)紊亂，伴有T2DM 的OA 患者滑膜成纖維細(xì)胞經(jīng)胰島素處理后，胰島素受體磷酸化及Akt 磷酸化均受到抑制，而經(jīng)高糖環(huán)境培養(yǎng)后，滑膜外植體的GLUT1 表達(dá)上調(diào)，糖攝取增加，提示高糖環(huán)境可影響滑膜組織的糖代謝穩(wěn)態(tài)[2]。

6 結(jié)語(yǔ)

滑膜炎癥是OA 的常見(jiàn)病理特征，與患者的關(guān)節(jié)腫脹、疼痛、僵硬等癥狀密切相關(guān)。滑膜炎癥的發(fā)病機(jī)制可能與OA 發(fā)生時(shí)關(guān)節(jié)腔的炎癥微環(huán)境相關(guān)，如軟骨退變時(shí)釋放的磨損顆粒、小細(xì)胞外囊泡等均可誘導(dǎo)滑膜炎癥。異常的機(jī)械應(yīng)力和滑膜細(xì)胞衰老也參與這一過(guò)程。此外，肥胖、糖尿病等全身代謝因素也通過(guò)塑造全身炎癥環(huán)境、改變滑膜細(xì)胞代謝加劇滑膜炎癥。但OA 中滑膜炎癥與軟骨退變的因果關(guān)系迄今尚無(wú)定論，而針對(duì)滑膜炎癥的治療方法尚不明確，因此深入探究滑膜炎癥發(fā)病機(jī)制可為OA 治療提供新的策略。