膝關(guān)節(jié)液炎性因子IL-1β、TNF-α表達(dá)水平與膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎K-L分級(jí)的關(guān)系

趙丹 王拴柱 李銳 王恒哲 裴曉東△

1)內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院研究生院 包頭 014040;2)內(nèi)蒙古包頭市第四醫(yī)院關(guān)節(jié)外科 包頭 014030

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)為常見的膝關(guān)節(jié)慢性勞損性疾病,是一種長期、慢性、漸進(jìn)的病理過程[1]。KOA的發(fā)病率約為8.1%,主要集中在中老年人群,40歲以上人群KOA的患病率約為17.0%,女性患者發(fā)病率高于男性,特別是女性絕經(jīng)期后KOA的發(fā)病率明顯增高[2-4]。隨著我國進(jìn)入老齡化社會(huì),KOA的發(fā)病率逐年升高,目前已經(jīng)成為威脅老年人群身心健康的常見疾病和關(guān)節(jié)外科的研究熱點(diǎn)問題之一。X線片是觀察骨關(guān)節(jié)形態(tài)學(xué)的主要檢查手段之一,KOA病變的嚴(yán)重程度可依據(jù)影像學(xué)檢查結(jié)果及臨床表現(xiàn)等進(jìn)行分級(jí)[5]。炎性細(xì)胞因子,特別是白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α),主要由滑膜組織分泌,參與多種自身免疫性炎癥反應(yīng)和細(xì)胞活動(dòng)。兩者協(xié)同可引起膝關(guān)節(jié)軟骨的損傷,在軟骨退變和降解過程中起著重要作用;同時(shí)還可通過刺激疼痛通路生成介質(zhì)前列腺素等,激活部分痛覺感受器后形成信號(hào),從而引起疼痛感覺。對KOA的發(fā)生、發(fā)展至關(guān)重要[6]。本研究擬分析IL-1β和TNF-α在KOA患者膝關(guān)節(jié)液中的表達(dá),并探討兩種細(xì)胞因子表達(dá)水平與K-L分級(jí)的相關(guān)性,為臨床評估KOA的診斷與治療提供參考。

1 資料與方法

1.1一般資料回顧性分析2021-10—2022-06我院門診及住院治療的250例KOA患者的臨床資料。病程3～24 a,均符合2018年頒布的《骨關(guān)節(jié)炎診治指南》中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[7],患者的認(rèn)知及溝通功能正常。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)伴有嚴(yán)重內(nèi)科疾病者。(2)合并類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)創(chuàng)傷、膝關(guān)節(jié)感染,或累及骨與關(guān)節(jié)腫瘤的患者。(3)入院前2周內(nèi)發(fā)生局部感染者,或4周內(nèi)有關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射藥物(玻璃酸鈉、幾丁糖、糖皮質(zhì)激素等)和服用激素史者。根據(jù)Kellgren-Lawrence分級(jí)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)。其中Ⅰ級(jí)組40例,Ⅱ級(jí)組55例,Ⅲ級(jí)組90例,Ⅳ級(jí)組65例。年齡(68.3±6.5)歲(范圍:51～85歲)。4組患者的年齡、性別、穿刺部位等一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表1。本研究符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)要求,研究對象簽署知情同意書。

表1 4組KOA患者的一般資料比較

1.2研究方法

1.2.1 KOA臨床分級(jí) 詳細(xì)詢問患者病情及既往史,明確用藥及治療情況;行全面規(guī)范的體格檢查,攝患肢負(fù)重位膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片。根據(jù)K-L分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合影像學(xué)表現(xiàn),分為5個(gè)等級(jí)[8]。0級(jí):膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線表現(xiàn)基本正常。Ⅰ級(jí):膝關(guān)節(jié)邊緣出現(xiàn)骨性凸起,無關(guān)節(jié)間隙狹窄。Ⅱ級(jí):膝關(guān)節(jié)邊緣出現(xiàn)明顯骨性凸起,關(guān)節(jié)間隙輕微狹窄。Ⅲ級(jí):中度骨贅形成,伴明顯關(guān)節(jié)間隙狹窄,形成軟骨下骨硬化,可發(fā)生關(guān)節(jié)骨性畸形。Ⅳ級(jí):骨贅大量形成,重度關(guān)節(jié)間隙狹窄,軟骨下骨硬化,關(guān)節(jié)重度骨性畸形。

1.2.2 主要試劑和儀器 96孔IL-1β ELISA試劑盒(南京森貝伽生物科技有限公司),96孔TNF-α ELISA試劑盒(南京森貝伽生物科技有限公司),-80℃超低溫保存箱(青島海爾股份有限公司DW-86L626),低速臺(tái)式離心機(jī)(上海尚儀 SN-LSC-1),電熱恒溫水浴箱(成都賽可隆有限公司 HH-501),全自動(dòng)酶聯(lián)免疫檢測儀(山東恒美有限公司 HM-SY96S),移液槍,移液槍槍頭,無菌離心管(5 mL、1.5 mL)。

1.2.3 標(biāo)本采集方法 門診患者坐于門診處置室操作臺(tái)上,患膝關(guān)節(jié)屈曲約30°。常規(guī)消毒、鋪巾。取5 mL無菌注射器于髕骨下方髕韌帶旁經(jīng)皮行膝關(guān)節(jié)穿刺抽取關(guān)節(jié)液1～5 mL。住院患者完善術(shù)前準(zhǔn)備,腰硬聯(lián)合麻醉并收肌管神經(jīng)阻滯。患者取平臥位。碘酒消毒患肢3遍、待碘酒干燥后,用75%酒精脫碘,常規(guī)鋪無菌巾單?；贾?qū)血,放置氣壓止血帶。取5 mL無菌注射器于髕骨下方髕韌帶旁經(jīng)皮行膝關(guān)節(jié)穿刺抽取關(guān)節(jié)液1～5 mL。將膝關(guān)節(jié)液置入離心管內(nèi),并在管上標(biāo)明患者姓名、分組及編號(hào)。在低速離心機(jī)內(nèi)放入編好號(hào)的膝關(guān)節(jié)液,設(shè)定轉(zhuǎn)速為3 000r/min,離心20 min,分離并抽取上清液。將上清液分別置入2支1.5 mL無菌離心管內(nèi),再次于離心管上標(biāo)明患者姓名、分組、編號(hào)及部位,并放置于-80℃低溫冰箱內(nèi)待測。操作過程嚴(yán)格遵循無菌原則。

1.2.4 檢測方法 采用酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)法檢測細(xì)胞因子IL-1β和TNF-α水平。操作步驟均嚴(yán)格按照ELISA試劑盒說明書進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1不同K-L分級(jí)患者膝關(guān)節(jié)液中細(xì)胞因子IL-1β和TNF-α表達(dá)水平各級(jí)患者膝關(guān)節(jié)液內(nèi)的IL-1β、TNF-α含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。隨著病情的不斷進(jìn)展,KOA患者膝關(guān)節(jié)液內(nèi)IL-1β及TNF-α水平逐漸增高。見表2、圖1～2。

圖1 不同K-L分級(jí)患者膝關(guān)節(jié)液中IL-1β表達(dá)水平比較(ng /L)

圖2 不同K-L分級(jí)患者膝關(guān)節(jié)液中TNF-α表達(dá)水平比較(ng /L)

表2 不同K-L分級(jí)患者膝關(guān)節(jié)液中IL-1β和TNF-α表達(dá)水平比較

2.2膝關(guān)節(jié)液中IL-1β和TNF-α表達(dá)水平與K-L分級(jí)的相關(guān)性KOA患者膝關(guān)節(jié)液IL-1β、TNF-α水平與K-L分級(jí)水平均呈正相關(guān);膝關(guān)節(jié)液中IL-1β、TNF-α水平隨K-L分級(jí)越高而逐漸增高。K-L分級(jí)與IL-1β、TNF-α比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(r=0.904、0.914,P<0.05)。見圖3～4。

圖3 膝關(guān)節(jié)液中IL-1β水平與K-L分級(jí)相關(guān)性

圖4 膝關(guān)節(jié)液中TNF-α水平與K-L分級(jí)相關(guān)性

3 討論

骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是一種慢性關(guān)節(jié)疾病,主要特征為關(guān)節(jié)軟骨退行性改變和繼發(fā)性骨質(zhì)增生,發(fā)病率為5.4%～13.7%;以緩慢進(jìn)行性關(guān)節(jié)疼痛、腫脹、活動(dòng)障礙和畸形,并伴有關(guān)節(jié)絞索、卡壓,以及關(guān)節(jié)積液為主要臨床特征;同時(shí)伴有骨質(zhì)增生、滑膜炎等[9-10]。OA好發(fā)于膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié),以及遠(yuǎn)側(cè)指間關(guān)節(jié)等,起病隱匿,進(jìn)展緩慢,其中以KOA最為常見。

K-L分級(jí)是KOA目前應(yīng)用最廣泛的X線分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),也是一種直觀、簡單、有效的分級(jí)方法。K-L分級(jí)以關(guān)節(jié)間隙狹窄程度及有無骨質(zhì)增生,對膝關(guān)節(jié)的病損狀態(tài)進(jìn)行評價(jià),是膝關(guān)節(jié)綜合功能的評分,可以直觀反映KOA的嚴(yán)重程度,并與膝關(guān)節(jié)的疼痛程度具有一致性[11]。本研究中KOA患者的X線顯示為非對稱性關(guān)節(jié)間隙狹窄、軟骨下骨暴露、出現(xiàn)囊性變及硬化、脛骨平臺(tái)邊緣及其間嵴出現(xiàn)大量骨質(zhì)增生、髕上囊等部位內(nèi)出現(xiàn)游離體;KOA后期關(guān)節(jié)間隙甚至消失,出現(xiàn)膝內(nèi)翻或外翻畸形[12-14]。K-L分級(jí)通過膝關(guān)節(jié)正側(cè)位負(fù)重位X線片檢查結(jié)果,觀察膝關(guān)節(jié)間隙狹窄、骨質(zhì)增生,以及軟骨下骨硬化程度等,并依據(jù)K-L分級(jí)高低反映KOA退變的嚴(yán)重程度。

IL-1β和TNF-α是影響KOA發(fā)生、發(fā)展的主要炎性因子。有關(guān)KOA研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞因子具有調(diào)控軟骨細(xì)胞基質(zhì)的合成及分解代謝平衡作用。目前已發(fā)現(xiàn)有許多炎性細(xì)胞因子與KOA的發(fā)病密切相關(guān),包括炎癥介質(zhì)通過被激活、誘導(dǎo),憑借其相互間的共同作用,在KOA發(fā)病中起著關(guān)鍵作用。有關(guān)研究及實(shí)驗(yàn)表明,IL-1β可作為軟骨代謝和軟骨下骨代謝共同的細(xì)胞因子炎癥介質(zhì),誘發(fā)炎癥反應(yīng)和軟骨細(xì)胞分解,對KOA的發(fā)生、發(fā)展起重要作用[15]。IL-1β作為一種炎性遞質(zhì),可以直接刺激軟骨細(xì)胞對軟骨基質(zhì)產(chǎn)生破壞作用,抑制軟骨膠原及蛋白聚糖合成,并加快兩者降解,導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨及邊緣骨質(zhì)進(jìn)一步破壞。TNF-α對軟骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞均有影響,對骨破壞和軟骨基質(zhì)細(xì)胞降解有重要作用,能促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶的釋放,出現(xiàn)不可逆的細(xì)胞外基質(zhì)損傷[16-17]。TNF-α還可抑制Ⅱ型膠原合成,刺激細(xì)胞外基質(zhì)降解,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖與遷移和破骨細(xì)胞分化,刺激成骨細(xì)胞、T細(xì)胞和成纖維細(xì)胞,從而惡性循環(huán)增強(qiáng)破骨細(xì)胞的增殖,并抑制成骨細(xì)胞的增殖,造成關(guān)節(jié)軟骨破壞[18-19]。IL-1β還可促進(jìn)TNF-α等其他細(xì)胞因子合成,增強(qiáng)TNF-α活性,產(chǎn)生協(xié)同作用,引發(fā)更多炎性因子生成,誘導(dǎo)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞組織的溶解及凋亡,進(jìn)一步加重?fù)p傷和病情[20]。炎性因子IL-1β和TNF-α之間相互關(guān)聯(lián),既對機(jī)體的炎癥反應(yīng)有調(diào)節(jié)功能,同時(shí)又對KOA的病理發(fā)生、發(fā)展起到促進(jìn)作用,并在膝關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)、軟組織等的病變中發(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。

本研究應(yīng)用ELISA法檢測KOA患者膝關(guān)節(jié)液內(nèi)IL-1β、TNF-α水平量,并排除了患者的一般資料(如性別、年齡、部位等)對本實(shí)驗(yàn)造成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨膝關(guān)節(jié)影像學(xué)表現(xiàn)的加重,患肢膝關(guān)節(jié)液內(nèi)IL-1β和TNF-α的產(chǎn)生和聚集較前顯著增加,證實(shí)KOA的輕重程度與IL-1β和TNF-α表達(dá)水平密切相關(guān),并在KOA發(fā)病機(jī)制中起重要作用。炎性因子IL-1β及TNF-α可導(dǎo)致KOA患者膝關(guān)節(jié)軟骨及邊緣骨質(zhì)破壞,造成軟骨下骨硬化。KOA在影像學(xué)表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)間隙狹窄,關(guān)節(jié)邊緣及髁間嵴骨贅形成,因此認(rèn)為K-L分級(jí)與膝關(guān)節(jié)液內(nèi)IL-1β、TNF-α表達(dá)水平存在相關(guān)性。

Attur M等[21]對111例有癥狀的KOA患者的研究中發(fā)現(xiàn),血清中IL-1與KOA影像學(xué)表現(xiàn)的嚴(yán)重程度密切相關(guān),血液中高水平IL-1可促使KOA進(jìn)一步發(fā)展,表明了IL-1可作為預(yù)測KOA病情發(fā)展的標(biāo)志性炎性因子。?zler K[22]比較了2組各42例Ⅲ、Ⅳ級(jí)KOA患者血清和膝關(guān)節(jié)液中TNF-α的水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn),血清和膝關(guān)節(jié)液中TNF-α在Ⅲ、Ⅳ級(jí)KOA患者的表達(dá)水平與KOA臨床分級(jí)相關(guān),膝關(guān)節(jié)滑膜炎癥越嚴(yán)重,膝關(guān)節(jié)液中TNF-α的水平越高。本研究比較了無癥狀或臨床癥狀較輕的輕中度KOA患者膝關(guān)節(jié)液內(nèi)炎性因子水平,分析了在整個(gè)KOA病情進(jìn)展過程中,炎性因子水平隨影像學(xué)表現(xiàn)變化的情況,為KOA的早期診斷和干預(yù)提供了依據(jù)[23-24]。KOA炎癥反應(yīng)的發(fā)生需要多種促炎性細(xì)胞因子的參與,膝關(guān)節(jié)液內(nèi)IL-1β和TNF-α表達(dá)水平可提示膝關(guān)節(jié)的炎性狀態(tài),同時(shí)也可以反映影像學(xué)表現(xiàn)和病情進(jìn)展的急緩嚴(yán)重程度。因此,IL-1β和TNF-α在膝關(guān)節(jié)液中表達(dá)水平的高低可作為臨床觀察KOA疾病病情發(fā)展的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)。

綜上所述,影響KOA發(fā)病機(jī)制的細(xì)胞因子及信號(hào)通路多且復(fù)雜,本研究受膝關(guān)節(jié)液取樣方式、標(biāo)本選擇等因素影響,以及各期樣本量的限制,而且僅針對其中兩種較為主要的細(xì)胞因子進(jìn)行研究,存在一定局限性和選擇偏倚,故結(jié)論還需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步開展多中心研究予以證實(shí)。