肥大細(xì)胞在肥胖患者膝骨關(guān)節(jié)炎中的作用研究進(jìn)展

劉高卿 金 柱 劉曉萌 汪利合

1.河南中醫(yī)藥大學(xué)骨傷學(xué)院，河南鄭州 450000；2.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，河南鄭州 450000；3.河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨傷科，河南鄭州 450000

膝骨關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）是以關(guān)節(jié)軟骨磨損、軟骨下骨硬化及關(guān)節(jié)周圍軟組織炎癥為特征的慢性退行性疾病[1]。肥大細(xì)胞（mast cells，MCs）作為重要的免疫細(xì)胞，在組織微環(huán)境影響下完成其特異性的分化和成熟，目前在變態(tài)反應(yīng)、固有免疫和獲得性免疫方面被廣泛研究。但事實(shí)上MCs 還能參與周圍組織多項(xiàng)病理生理過(guò)程。肥胖是KOA 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一，隨著社會(huì)進(jìn)步及生活條件改善，肥胖人群不斷增加，使KOA 的患病人群及患病風(fēng)險(xiǎn)提高。研究顯示，肥胖患者KOA 發(fā)病率為12%～43%，且肥胖患者各個(gè)年齡層發(fā)病率都高于正常體重人群[2]。近年來(lái)，肥胖脂肪組織中MCs 的生理與病理作用引起了學(xué)界的廣泛關(guān)注。MCs 作為脂肪組織內(nèi)部高度異質(zhì)性細(xì)胞，在脂肪組織中大量存在，并參與脂肪的形成、代謝、生物學(xué)功能等。在病理學(xué)方面，有研究表明，肥胖導(dǎo)致的代謝因子改變會(huì)影響與骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）病理學(xué)相關(guān)的炎癥因子的產(chǎn)生[3]。關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞也表達(dá)和響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的細(xì)胞因子。因此，肥胖、MCs 和KOA 三者之間可能具有特定的影響和聯(lián)系。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，探討MCs 在肥胖患者KOA 中的作用，以期為肥胖患者KOA 的預(yù)防和臨床治療提供一種新的思路。

1 MCs 活化

MCs 來(lái)源于CD13+、CD34+、CD117+骨髓多能造血祖細(xì)胞，具有廣泛的組織分布，可在組織中存活長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。成熟的MCs 表達(dá)多種受體，如模式識(shí)別受體，包括Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）和NOD 樣受體等；細(xì)胞因子受體，包括白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1、IL-33、γ 干擾素等；Fc 受體，包括FcεRⅠ和FcγRⅠ等，還表達(dá)趨化因子受體、神經(jīng)肽受體等，這些受體在激活時(shí)會(huì)觸發(fā)各種信號(hào)通路[4]。受體與相應(yīng)的配體結(jié)合可影響MCs 的發(fā)育、增殖與存活，誘導(dǎo)細(xì)胞活化。MCs 激活的主要途徑是免疫球蛋白E（immunoglobulin E，IgE）依賴性和非依賴性。雖然，IgE 依賴性信號(hào)傳導(dǎo)是MCs 激活的主要途徑，但也發(fā)現(xiàn)IgE非依賴性通路在各種炎癥性疾病的病理生理學(xué)中起著關(guān)鍵作用[5]。MCs 可通過(guò)以下機(jī)制影響OA：①釋放細(xì)胞因子和趨化因子吸引其他免疫細(xì)胞；②釋放可溶性介質(zhì)和酶引起OA 疼痛。而這些機(jī)制離不開(kāi)MCs 的活化。MCs 活化誘導(dǎo)預(yù)成型介質(zhì)從其顆粒中釋放或從頭合成并釋放介質(zhì)。預(yù)先合成介質(zhì)包括組胺、類胰蛋白酶等；從頭合成并釋放介質(zhì)包括脂質(zhì)介質(zhì)[前列腺素D2、細(xì)胞因子（IL-33、IL-6）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等]、趨化因子如單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）等[4]。在沒(méi)有過(guò)敏反應(yīng)典型的脫顆粒時(shí)，MCs可以通過(guò)選擇性釋放這些高活性的生物因子，在炎癥、組織損傷、炎性疼痛等病理生理學(xué)反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮不同作用。正是通過(guò)這種差異性或選擇性的釋放，才能使MCs 參與多種細(xì)胞生理過(guò)程。

2 MCs 在肥胖組織中的作用及其相關(guān)介質(zhì)對(duì)KOA的影響

2.1 肥胖誘發(fā)KOA 的炎性因素

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，肥胖可使膝關(guān)節(jié)承受的機(jī)械應(yīng)力和摩擦增大，進(jìn)而增加KOA 的患病風(fēng)險(xiǎn)及病情進(jìn)展。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)也表明肥胖所致的一些代謝性炎癥因子在誘發(fā)KOA 炎癥機(jī)制中有著重要貢獻(xiàn)。首先，在肥胖狀態(tài)下，由于脂肪組織肥大增生、纖維化、死亡及脂肪因子分泌異常，導(dǎo)致組織內(nèi)的微環(huán)境顯著改變，脂肪細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)，形成脂肪組織炎癥[6]。Kawai 等[7]指出肥大增生的脂肪細(xì)胞可以表達(dá)和分泌更多的炎癥細(xì)胞因子如IL-6、TNF-α 等；楊放等[8]通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)法檢測(cè)早期與晚期KOA 患者髕下脂肪組織，證明晚期患者IL-6、IL-8 及TNF-α 水平均高于早期患者。這些研究共同說(shuō)明了脂肪組織在炎癥狀態(tài)下，可促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子分泌，加重KOA。其次，脂肪組織也合成和釋放脂肪細(xì)胞因子如瘦素、脂聯(lián)素、炎癥趨化因子等改變組織代謝[9]。Duan 等[10]通過(guò)研究22 例KOA 肥胖患者和10 例體重健康的KOA患者，發(fā)現(xiàn)瘦素的表達(dá)和體重指數(shù)呈正相關(guān)。血清瘦素水平與KOA 呈正相關(guān)，并可在軟骨細(xì)胞中通過(guò)誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）1 和MMP13 表達(dá)并伴隨激活STAT、MAPK、PKB 和NF-κB 信號(hào)通路發(fā)揮其分解代謝功能。此外，有文獻(xiàn)指出肥胖相關(guān)的血脂異常如甘油三酯升高、高密度脂蛋白膽固醇降低、游離脂肪酸升高等也可通過(guò)促進(jìn)滑膜炎癥等有害過(guò)程來(lái)介導(dǎo)OA 病理[11]。綜上，脂肪組織炎癥、脂肪組織自身合成與釋放相關(guān)因子、肥胖相關(guān)代謝異常在肥胖誘發(fā)KOA 的炎性因素中發(fā)揮重要作用。

2.2 MCs 在肥胖組織中的作用

MCs 的數(shù)量及活化和脂肪組織相互影響，他們共同產(chǎn)生大量的活性物質(zhì)，且在KOA 發(fā)病過(guò)程中可進(jìn)一步促使炎癥的發(fā)生與發(fā)展。Gurung 等[12]研究顯示，在代謝綜合征患者皮下脂肪組織中，單位面積內(nèi)的MCs 數(shù)目是正常人群的4.5 倍，并且隨著MCs 數(shù)目的增加，MCs 活化程度也顯著升高。Takata 等[13]指出MCs數(shù)量的增加可能導(dǎo)致肥胖KOA 患者的滑膜堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子表達(dá)升高，而其與KOA 的嚴(yán)重程度有關(guān)。此外，當(dāng)脂肪過(guò)度堆積破壞脂肪組織正常的內(nèi)分泌模式，導(dǎo)致脂肪因子分泌失衡后，脂肪組織中活化并脫顆粒的MCs 可釋放如IL-1β、IL-6、MCP-1 等大量促炎癥細(xì)胞因子和趨化因子到細(xì)胞外空間募集巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞[14-15]。這些研究都說(shuō)明了MCs 的數(shù)量在肥胖脂肪組織中增加，活化后可以促進(jìn)脂肪組織炎癥。另外，脂肪組織纖維化微環(huán)境本身也會(huì)改變浸潤(rùn)其中的MCs 的分泌模式，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇?，分泌出更多的IL-6、IL-1β、TNF-α 等促炎癥細(xì)胞因子。

2.3 MCs 相關(guān)介質(zhì)對(duì)肥胖患者KOA 的影響

上述相關(guān)炎癥細(xì)胞因子在KOA 的病程進(jìn)展中發(fā)揮著重要的作用。Huang 等[16]指出，IL-1β 可以誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷和軟骨細(xì)胞衰老。徐偉等[17]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，IL-1β 可以導(dǎo)致軟骨表層細(xì)胞中活性氧增加，采用抗氧化劑處理可以明顯減少活性氧，緩解IL-1β 導(dǎo)致的軟骨表層細(xì)胞衰老。IL-6 是多功能炎癥細(xì)胞因子，除本身的促炎作用外，還可能作為MCs 的關(guān)鍵介質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝，進(jìn)而影響到肥胖患者KOA。Woodell-May 等[18]在文獻(xiàn)中指出，IL-6可能刺激MMPs 等膠原酶的表達(dá)，降解軟骨基質(zhì)。TNF-α 可以通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-6、MCP-1 等從而加重炎癥；可以上調(diào)MMPs 的表達(dá)，還可以通過(guò)影響體內(nèi)糖代謝、脂代謝及脂肪細(xì)胞分化轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，參與機(jī)體的脂肪代謝和機(jī)體能量平衡，對(duì)肥胖起負(fù)性調(diào)節(jié)的作用。MCP-1 是單核細(xì)胞募集進(jìn)入KOA 炎癥部位的主要調(diào)節(jié)因子，可以吸引或增強(qiáng)其他炎癥因子或細(xì)胞的表達(dá)。在MCs 預(yù)先形成的介質(zhì)中，類胰蛋白酶具有高度特異性，是診斷MCs 相關(guān)疾病及介導(dǎo)反應(yīng)的生物標(biāo)志物[4]。在脂肪組織纖維化過(guò)程中，活化后的MCs 一方面可通過(guò)分泌類胰蛋白酶進(jìn)而激活MMPs，增加細(xì)胞外基質(zhì)的周轉(zhuǎn)率，促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡和軟骨破壞；另一方面，脂肪組織的纖維化又會(huì)強(qiáng)化MCs 釋放促炎因子，進(jìn)一步加重KOA 癥狀[19]。類胰蛋白酶是公認(rèn)的蛋白酶激活受體2（protease-activated receptor-2，PAR-2）激活劑，而PAR-2 激活在關(guān)節(jié)炎癥中發(fā)揮著重要作用。Lü 等[20]提出PAR-2 通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥因子、代謝因子等的產(chǎn)生和釋放，可參與OA 關(guān)節(jié)軟骨、軟骨下骨、滑膜的病理生理進(jìn)展，以及疼痛的發(fā)生和傳遞。此外，類胰蛋白酶通過(guò)切割一些關(guān)鍵蛋白質(zhì)，激活其他具有更廣泛特異性的蛋白酶及刺激細(xì)胞反應(yīng)，進(jìn)而在各種慢性炎癥和組織重塑的過(guò)程中起到驅(qū)動(dòng)作用。

3 MCs 與肥胖患者KOA 相關(guān)信號(hào)通路探討

3.1 TLR 相關(guān)信號(hào)通路

TLR 是成熟MCs 表達(dá)的表面受體，目前研究較多的是TLR2 及TLR4。TLR4 可被廣泛發(fā)現(xiàn)且作為重要的信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，對(duì)相關(guān)的病原進(jìn)行識(shí)別、結(jié)合、轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而釋放炎癥介質(zhì)。TLR4/My D88/NF-κB 信號(hào)通路作為KOA 防治機(jī)制的通路，近年來(lái)逐漸被研究[21]。TLR4 通過(guò)其下游的MyD88 依賴性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，調(diào)控下行的各種炎癥因子（如IL-6），當(dāng)炎癥因子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，TLR4 介導(dǎo)MyD88 下行表達(dá)，進(jìn)而磷酸化NF-κB，進(jìn)一步激活炎癥因子（如IL-1β、IL-6、TNF-α和MMPs）的釋放，參與炎癥反應(yīng)。Kalaitzoglou 等[22]研究表明，TLR4 通過(guò)識(shí)別損傷相關(guān)的分子模式介導(dǎo)肥胖誘導(dǎo)的代謝炎癥和軟骨分解代謝，并且隨著OA 關(guān)節(jié)的老化而增加。韋嵩等[23]通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)證明了TLR4 介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)通路，抑制下游MyD88、NF-κB，阻斷炎癥細(xì)胞因子的分泌，減少軟骨破壞。以上研究共同表明，肥胖患者KOA 的軟骨損害與TLR4相關(guān)信號(hào)通路的異常激活有關(guān)。當(dāng)配體與TLR2 受體結(jié)合后，經(jīng)MyD88 依賴的信號(hào)通路進(jìn)行傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致MAPK、NF-κB 及AP-1 活化，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，合成并釋放多種細(xì)胞因子。Shoukat 等[24]通過(guò)Sanger 測(cè)序檢測(cè)得出TLR-2 基因變異與肥胖發(fā)生顯著相關(guān)并構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。這也為未來(lái)的基因組研究和靶向治療提供方向。Xu 等[25]通過(guò)動(dòng)物造模及體外試驗(yàn)研究證明，通過(guò)抑制TLR2-4/MyD88/NF-κB 信號(hào)通路可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的炎癥損傷，緩解細(xì)胞凋亡。

3.2 神經(jīng)生長(zhǎng)因子（nerve growth factor，NGF）相關(guān)信號(hào)通路

NGF 是正常傷害感受器發(fā)育的重要生長(zhǎng)因子，在炎癥條件下，NGF 表達(dá)上調(diào)。MCs 響應(yīng)NGF 水平升高而產(chǎn)生，導(dǎo)致OA 關(guān)節(jié)中傷害性信號(hào)傳導(dǎo)增加。TrkA受體可由MCs 表達(dá)，他們被NGF 激活導(dǎo)致炎癥介質(zhì)的上調(diào)和釋放，從而使關(guān)節(jié)傷害感受器敏感。有文獻(xiàn)指出，KOA 患者關(guān)節(jié)液和血液中NGF 與TrKA 的表達(dá)隨疾病進(jìn)展而增加，提示NGF/TrKA 通路與KOA疼痛相關(guān)的病理變化有關(guān)[26]。NGF/TrKA 通路可促進(jìn)神經(jīng)末梢釋放致痛因子。Sousa-Valente 等[27]通過(guò)使用TrkA KI 小鼠模型體外研究結(jié)果表明，在OA 關(guān)節(jié)中，細(xì)胞外NGF 通過(guò)MCs 中的TrkA 受體激活起作用，并導(dǎo)致環(huán)氧化酶-2 的顯著上調(diào)和PGD 的產(chǎn)生。PGD 是MCs 釋放的主要前列腺素，可使感覺(jué)神經(jīng)元敏感，促進(jìn)從OA 關(guān)節(jié)到脊髓背角的有害信號(hào)傳導(dǎo)。此外，在軟骨方面，NGF/TrKA 通路可影響骨軟骨交界處的感覺(jué)神經(jīng)密度，通過(guò)抑制TrKA 可以減少骨軟骨交界處的感覺(jué)神經(jīng)密度[28]。NGF 還可通過(guò)增加硫酸黏多糖和MMPs 的釋放，增加軟骨內(nèi)基質(zhì)的降解，參與軟骨退變。這些機(jī)制可能會(huì)與力學(xué)因素及MCs 在脂肪組織生理病理的共同作用下對(duì)KOA 產(chǎn)生影響。

3.3 Mrgpr B2/X2 相關(guān)信號(hào)通路

Mas 相關(guān)的Mrgprs 是主要在感覺(jué)神經(jīng)元上表達(dá)的GPCR 家族。Mrgprs 大量表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)的背根神經(jīng)節(jié)上。Mrgpr B2/X2 在MCs 中高表達(dá)，與P 物質(zhì)等配體結(jié)合后，受體與Gαq 相互作用活化磷脂酶C，產(chǎn)生甘油二酯，激活下游蛋白激酶，經(jīng)Ras/Raf/MEK/MAPK 信號(hào)通路影響基因轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致MCs 迅速發(fā)生脫顆粒，釋放組胺等介質(zhì)，并合成釋放前列腺素D2及細(xì)胞因子TNF-α 等[29]。Mrgpr X2 受體還可與Gαi作用，通過(guò)Mrgpr X2/Gαi 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)瞬變感受器TRPV4 通道開(kāi)放，陽(yáng)離子內(nèi)流，從而使MCs 連續(xù)脫顆粒。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，Mrgpr B2 介導(dǎo)炎癥機(jī)制和熱痛覺(jué)過(guò)敏，并作為必需受體在損傷部位募集先天免疫細(xì)胞，進(jìn)而影響炎癥浸潤(rùn)、增加外周傳入敏感性。Green 等[30]通過(guò)對(duì)小鼠術(shù)后痛模型和CFA 誘導(dǎo)的炎性痛模型的研究后提出假設(shè)：組織損傷后釋放的P 物質(zhì)通過(guò)Mrgpr B2/X2 激活MCs，引起細(xì)胞因子和趨化因子的釋放及免疫細(xì)胞的募集，進(jìn)而參與炎癥和疼痛。在病理反應(yīng)領(lǐng)域，這種受體也參與慢性炎癥。綜上，肥胖作為一種慢性炎癥狀態(tài)，肥胖患者KOA 在組織損傷后產(chǎn)生的炎癥和疼痛可能與Mrgpr X2 相關(guān)。

4 小結(jié)與展望

MCs 在脂肪組織中參與重要的生理和病理過(guò)程，并與肥胖共同對(duì)KOA 的進(jìn)程產(chǎn)生影響。目前，KOA的發(fā)病機(jī)制還未完全闡明，而成像技術(shù)的進(jìn)步、鑒定新型生物標(biāo)志物的不斷成熟及關(guān)節(jié)組織內(nèi)細(xì)胞通路知識(shí)的增加等將會(huì)促進(jìn)開(kāi)發(fā)更好的治療KOA 策略。隨著肥胖患者KOA 發(fā)病率不斷提高，對(duì)肥胖、MCs 與KOA 三者之間研究的不斷深入，以及對(duì)MCs 相關(guān)介質(zhì)差異釋放的日益重視，可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)單個(gè)介質(zhì)的特定調(diào)節(jié)進(jìn)行更集中的研究，這些因素將加速“智能”藥物的開(kāi)發(fā)。未來(lái)對(duì)肥胖患者KOA 研究需要進(jìn)一步揭示MCs 在肥胖與KOA 生理病理學(xué)之間的作用，更深入地關(guān)注他們?cè)贙OA 進(jìn)程中所發(fā)揮的作用，以提出更有效的、無(wú)副作用的治療方案和干預(yù)措施。