痛風性關(guān)節(jié)炎急、慢性炎癥發(fā)病的分子機制研究

吳華香 陳莫

痛風是由尿酸單鈉晶體（monosodium urate crystals，MSU）沉積在關(guān)節(jié)或非關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)引發(fā)的常見疾病，痛風的典型首發(fā)表現(xiàn)是快速發(fā)作的急性單關(guān)節(jié)炎，表現(xiàn)為關(guān)節(jié)劇烈疼痛、皮膚發(fā)紅、皮溫升高、關(guān)節(jié)腫脹和失能，痛風的發(fā)作具有自限性，在發(fā)作緩解后，進入了發(fā)作間歇期直到再次痛風發(fā)作，急性痛風反復發(fā)作可在數(shù)年后發(fā)展為痛風石及慢性痛風性關(guān)節(jié)炎[1-2]。MSU誘導的急性炎癥啟動、放大及消退是急性痛風發(fā)作的核心機制，而MSU 聚集導致的慢性異物性肉芽腫性炎癥則是慢性痛風性關(guān)節(jié)炎的主要病理生理過程[3]。本文重點討論痛風性關(guān)節(jié)炎急、慢性炎癥發(fā)病的分子機制，以助于更好理解痛風性關(guān)節(jié)炎發(fā)病過程，為制定痛風性關(guān)節(jié)炎治療策略奠定基礎(chǔ)。

1 急性炎癥

MSU 激活固有免疫，引發(fā)滑膜劇烈炎癥反應(yīng)是急性痛風發(fā)作的典型特征，這一過程的主要組織學特征為滑膜襯里細胞增生以及中性粒細胞、單核巨噬細胞和淋巴細胞浸潤[4]。

1.1 急性炎癥啟動和放大 痛風急性發(fā)作的核心過程是MSU 激活單核巨噬細胞中的含NACHT-LRRPYD 結(jié)構(gòu)域蛋白3（NOD-，LRR-and pyrin domain-containing 3，NLRP3）炎癥復合體，釋放有生物活性的IL-1β，啟動急性炎癥[5]。NLRP3 炎癥復合體包括NLRP3蛋白、含CARD 的銜接細胞凋亡相關(guān)斑點樣蛋白（adapter protein apoptosis-associated speck-like protein，ASC）和半胱天冬酶原-1（pro-Caspase-1）[5]。NLRP3 炎癥復合體激活需要雙信號啟動，第一個信號包括Toll樣受體、病原體相關(guān)分子模式和損傷相關(guān)分子模式，通過激活NF-κB，上調(diào)pro-IL-1β 和NLRP3 蛋白表達；MSU 作為第二激活信號，募集NLRP3 蛋白、ASC 和pro-Caspase-1 完成NLRP3 炎癥復合體的組裝，pro-Caspase-1 活化形成半胱天冬酶-1（Caspase-1），進而Caspase-1 可將無活性的pro-IL-1β 水解成為成熟IL-1β，巨噬細胞和樹突狀細胞釋放成熟IL-1β，作用于IL-1β受體，募集中性粒細胞至MSU 位點，同時誘導次級炎癥介質(zhì)前列腺素、細胞因子和趨化因子，激活補體，產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)，釋放更多引起疼痛和組織損傷的介質(zhì)[5-6]，這種中性粒細胞介導的正反饋機制在急性痛風炎癥的放大中占核心地位。作為髓系來源的細胞，中性粒細胞、單核巨噬細胞均可表達Src 家族激酶，包括造血細胞激酶（hematopoietic cell kinase，Hck）、貓科肉瘤病毒癌基因同源物（feline Gardner-Rasheed sarcoma viral oncogene homolog，F(xiàn)gr）和v-yes-1 Yamaguchi 肉瘤病毒相關(guān)癌基因同源（v-yes-1 Yamaguchi sarcoma viral related oncogene homolog，Lyn）[7]。最新研究發(fā)現(xiàn)，MSU 誘導的中性粒細胞募集和活化可被Hck、Fgr和Lyn三重基因敲除所阻斷，同時活性氧（reactive oxygen species，ROS）、白細胞浸潤和促炎因子顯著減少，關(guān)節(jié)炎癥和疼痛反應(yīng)明顯減輕，但不影響中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)（neutrophil extracellular traps,NETs）的形成，據(jù)此，研究進一步發(fā)現(xiàn)Src 家族激酶抑制劑達沙替尼能夠有效抑制MSU 誘導的中性粒細胞活化和關(guān)節(jié)炎，達沙替尼作為一種已在臨床上應(yīng)用于血液惡性腫瘤治療的藥物，可能為急性痛風發(fā)作的治療提供一種新的選擇[8]。

MSU 激活常駐巨噬細胞群啟動炎癥，在痛風急性炎癥的早期至關(guān)重要[9]，然而，巨噬細胞如何識別MSU啟動炎癥活化的具體機制尚未完全明確。瞬時受體電位離子通道被認為是感知環(huán)境變化和傳輸包括瘙癢、疼痛、溫度、機械感覺在內(nèi)的廣泛軀體刺激的初級感受器，在神經(jīng)感覺和炎癥信號通路中發(fā)揮重要作用[10]。研究發(fā)現(xiàn)在巨噬細胞中表達的瞬時受體電位通道香草醛4 型（transient receptor potential vanilloid type 4，TRPV4）選擇性地參與包括MSU、二水焦磷酸鈣鹽和SiO2等晶體誘導的炎癥反應(yīng)。在急性痛風發(fā)作患者的外周血單個核細胞和經(jīng)MSU 刺激的小鼠滑膜巨噬細胞中，TRPV4 表達上調(diào)，進一步分析發(fā)現(xiàn)，TRPV4 功能抑制或基因敲除能顯著抑制MSU 誘導的關(guān)節(jié)炎癥和疼痛反應(yīng)，TRPV4 通道對于MSU、二水焦磷酸鈣鹽等晶體介導的NLRP3 炎癥復合體活化和IL-1β 生成必不可少，而對于脂多糖、ATP 等非晶體激活NLRP3 炎癥復合體途徑則無顯著影響；除此之外，已知MSU 誘導的急性炎癥可通過激活外周感覺神經(jīng)元中的瞬時受體電位通道香草醛1 型（transient receptor potential vanilloid type 1，TRPV1）產(chǎn)生疼痛[11]，該研究發(fā)現(xiàn)在MSU 誘導的急性痛風發(fā)作時，TRPV1 痛覺感受器激活，可以通過神經(jīng)免疫相互作用促進巨噬細胞表達激活TRPV4，進一步增強關(guān)節(jié)炎癥，形成正反饋回路，驅(qū)動急性痛風炎癥暴發(fā)[12]。

在痛風患者中，盡管MSU 持續(xù)沉積于關(guān)節(jié)腔內(nèi)，但發(fā)作是間歇性的，這一現(xiàn)象的具體機制尚未明確，提示可能有其他因素與MSU 協(xié)同觸發(fā)炎癥。臨床中已觀察到肥胖、飲酒、接種疫苗作為急性痛風發(fā)作的危險因素[13-15]。如前所述，NLRP3 炎癥復合體激活需要雙信號啟動，這一機制可以避免炎癥對宿主組織造成損害[16]。大量進食、攝入酒精和腸道微生物均可產(chǎn)生的游離脂肪酸[17-18]，接種疫苗時接受的佐劑，包括最常見的鋁佐劑[19]和一些非鋁佐劑如重組糖蛋白E[20]，均已被證實可作為激活NLRP3 炎癥復合體的第一個信號，誘發(fā)痛風發(fā)作。除此之外，脂肪酸作為代謝燃料，氧化生成線粒體來源的ROS（mitochondria-derived ROS, mROS），激活NF-κB 信號通路增加促炎因子IL-1β、TNF-α 表達，促進MSU 誘導的巨噬細胞活化和中性粒細胞募集，參與痛風急性發(fā)作[21]。另一方面，腺苷酸依賴的蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）是一種具有抗炎活性的代謝生物傳感器，可通過抑制這些激活途徑減輕MSU 誘導的炎癥反應(yīng)，同時研究已證實秋水仙堿可通過激活巨噬細胞AMPK 發(fā)揮抗炎作用[22]。

MSU 引起的急性炎癥反應(yīng)受晶體自身特性、晶體表面的蛋白影響。較小的MSU 晶體能夠提高中性粒細胞的吞噬作用，并促進白細胞浸潤，導致更強烈的炎癥反應(yīng)[23]。源于痛風石的MSU 晶體比合成晶體引起的炎癥更劇烈，使用蛋白酶處理痛風石后這一差異能夠被消除[24]。相比未與蛋白質(zhì)結(jié)合的晶體，與免疫球蛋白結(jié)合的MSU 可致人中性粒細胞超氧化物和溶酶體酶釋放增加，增強炎癥反應(yīng)的發(fā)生[25]。軟骨損傷是痛風發(fā)作的獨立危險因素，受傷關(guān)節(jié)中的軟骨基質(zhì)和纖維可增加MSU 結(jié)晶形成，促進能產(chǎn)生較強炎癥反應(yīng)的較小MSU 晶體的形成[26]。另外，最近的研究檢測了軟骨損傷的痛風患者關(guān)節(jié)滑液，發(fā)現(xiàn)軟骨細胞外基質(zhì)的組成成分Ⅱ型膠原蛋白能夠與MSU 晶體形成Ⅱ型膠原蛋白-MSU 復合物，Ⅱ型膠原蛋白能夠調(diào)控MSU 晶體的形態(tài)和排列密度，增加巨噬細胞對MSU 晶體的吞噬作用，增加促炎因子表達，促進中性粒細胞和巨噬細胞募集，從而強化MSU 介導的炎癥反應(yīng)[27]。

1.2 急性炎癥的消退 即使不治療，典型痛風發(fā)作也可在數(shù)日至數(shù)周內(nèi)消退，但在炎癥消退期，仍可在關(guān)節(jié)液中檢測到MSU 晶體，痛風的自發(fā)緩解作用機制尚未完全明確，其中最重要的機制是聚集的中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)（aggregated neutrophil extracellular traps，aggNETs）的形成[28]。NETs 的形成是中性粒細胞將染色質(zhì)以及相關(guān)的細胞毒性酶和蛋白酶釋放到細胞外空間的過程，通過這一過程來捕獲和殺死病原體。在低中性粒細胞密度下，MSU 晶體誘導ROS 依賴的NETs 形成，伴有炎性細胞因子和趨化因子釋放；隨著中性粒細胞大量募集，在高中粒細胞密度和大量IL-1β 作用下，MSU 晶體誘導NETs 聚集形成與痛風石結(jié)構(gòu)類似的aggNETs，隔離未被吞噬的MSU，并通過絲氨酸蛋白酶降解促炎細胞因子和趨化因子，限制和破壞中性粒細胞募集和激活，介導炎癥的消退[28]。然而，aggNETs 介導的痛風炎癥消退機制亦存在有爭議。一方面，已有研究證實MSU 捕獲聚集不受中性粒細胞缺失的影響，這個過程可以被其他細胞取代，除中性粒細胞外，肥大細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞等亦可在MSU 作用下形成細胞胞外誘捕網(wǎng)，介導MSU 聚集[29-30]；另一方面，痛風患者血漿NETs 水平高于對照組，但NETs 水平升高與疾病活動和炎癥標志物并無相關(guān)性[31]。

成熟巨噬細胞根據(jù)體內(nèi)微環(huán)境及信號變化可極化為具有不同功能的表型：經(jīng)典活化型巨噬細胞（M1型）和選擇活化型巨噬細胞（M2 型），參與維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和消退炎癥，在炎癥的調(diào)節(jié)中起重要作用[32]。在痛風炎癥的各個階段可觀察到巨噬細胞極化改變，急性痛風發(fā)作早期以M1 型巨噬細胞為主，M1 型巨噬細胞數(shù)量隨著炎癥的進展而上升，緩解期和慢性期則以M2型巨噬細胞為主，這一過程是否參與痛風的炎癥的自發(fā)緩解仍有待進一步研究[33]。然而，痛風患者關(guān)節(jié)滑液中CD14+巨噬細胞與NETs 數(shù)量呈負相關(guān)，巨噬細胞不僅通過分泌IL-1β 促進NETs 形成，還能夠吞噬降解MSU 晶體誘導的NETs，這一過程并未引起顯著的促炎或抗炎效應(yīng)[34]。目前仍然需要進一步的證據(jù)來探索巨噬細胞極化、NETs 和痛風之間的關(guān)聯(lián)，這對于明確痛風自發(fā)緩解的作用機制具有重要意義。

除此之外，在痛風發(fā)作期間連續(xù)進行滑液分析發(fā)現(xiàn)，在痛風消退期炎癥的負調(diào)控因子增加，如TGF-β、IL-1 受體拮抗劑、IL-10 和可溶性TNF 受體[35]。載脂蛋白尤其是載脂蛋白B 與MSU 結(jié)合，可促進痛風炎癥的消退[36]。

2 慢性炎癥

反復發(fā)作是痛風的顯著特征，痛風長期反復發(fā)作可發(fā)展為慢性痛風，慢性痛風表現(xiàn)為痛風石形成、慢性痛風性關(guān)節(jié)炎和結(jié)構(gòu)性關(guān)節(jié)損傷[2]。

2.1 痛風石形成 痛風石是由MSU 晶體沉積導致的慢性肉芽腫，由單核、多核巨噬細胞和致密結(jié)締組織包裹MSU 晶體形成，可沉積于關(guān)節(jié)、骨、軟骨、肌腱和皮膚，偶爾也見于特殊器官，例如肝臟[37]、視網(wǎng)膜[38]。痛風石由3 個主要區(qū)域組成：首先是緊密堆積的MSU核心區(qū)，第二層是密集的免疫細胞暈環(huán)區(qū)，最外層是纖維血管區(qū)，其中大量的CD68+單核和多核巨噬細胞見于細胞暈環(huán)區(qū)，CD20+B 細胞見于細胞纖維血管區(qū)，肥大細胞和CD8+T 細胞則同時存在于細胞暈環(huán)區(qū)和纖維血管區(qū)。與急性痛風發(fā)作激活固有免疫有所不同，痛風石所致慢性炎癥同時涉及固有免疫和適應(yīng)性免疫；CD68+巨噬細胞數(shù)量與表達IL-1β 和表達轉(zhuǎn)化生長因子β1 的細胞數(shù)量均密切相關(guān)，這種促炎和抑炎因子的共表達可能參與了痛風石所致慢性炎癥-緩解和組織重塑的循環(huán)過程[39]。

2.2 慢性痛風性關(guān)節(jié)炎 慢性痛風性關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)為慢性滑膜炎、骨侵蝕、軟骨損傷和痛風石形成[40-41]。沉積于滑膜的尿酸鹽晶體刺激軟骨細胞，產(chǎn)生炎癥因子、一氧化氮和基質(zhì)金屬蛋白酶，導致軟骨損傷和骨基質(zhì)損傷[42-43]。痛風進展至晚期，在影像學和病理學中可見關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)損傷，伴有骨侵蝕和局灶性軟骨損傷等特征性改變[41，44]。

2.3 骨侵蝕 MSU 晶體的體積與骨侵蝕程度呈強正相關(guān)[41]。正常生理條件下，骨組織的穩(wěn)態(tài)是一個持續(xù)動態(tài)的骨重塑過程，主要通過成骨細胞介導的骨形成和破骨細胞介導的骨吸收達到動態(tài)平衡來實現(xiàn)[45]。有研究使用三維雙能CT 分析了有合并痛風石的患者MSU 在骨關(guān)節(jié)的沉積部位，發(fā)現(xiàn)MSU 沉積于關(guān)節(jié)內(nèi)、骨表面和侵蝕的骨內(nèi)，而在骨皮質(zhì)完整的骨內(nèi)未觀察到MSU 沉積，提示MSU 所致骨侵蝕是“由外向內(nèi)”發(fā)展[46]，這與類風濕關(guān)節(jié)炎所致骨侵蝕不同。痛風石所致骨侵蝕發(fā)生于痛風石與骨交界面，在痛風石與骨的交界處幾乎沒有成骨細胞[47]。一方面，MSU 晶體可直接作用于成骨細胞[47]，或通過刺激巨噬細胞[48]、黏膜相關(guān)不變T 細胞[49]分泌促炎因子IL-1β、IL-6 和TNF-α，或刺激中性粒細胞產(chǎn)生中性粒細胞來源的外泌體[50]等間接作用，降低成骨細胞活力和抑制成骨分化。另一方面，MSU 減少骨細胞和成骨細胞分泌骨保護素（osteoprotegerin，OPG）[51]，同時包繞MSU 的細胞暈環(huán)區(qū)和纖維血管區(qū)中可檢測到表達NF-κB 受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa B ligand，RANKL）的T 細胞[52]，RANKL 可與破骨細胞前體細胞上表達的NF-κB 受體（receptor activator of nuclear factor kappa B，RANK）結(jié)合驅(qū)動破骨細胞分化。OPG 是一種誘餌受體，與RANK 競爭性結(jié)合RANKL，RANKL/OPG 平衡破壞，驅(qū)動破骨細胞活化[45]，成骨細胞抑制而破骨細胞活躍，骨重塑不平衡，導致骨侵蝕和異常的骨形成。此外，MSU 可直接抑制骨細胞活力，并通過作用于巨噬細胞間接促進骨細胞向促炎和促吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變，加重骨重塑紊亂[53]。

3 小結(jié)

痛風是一種常見的風濕性疾病，明確急性和慢性痛風發(fā)病的分子機制能夠為治療提供思路和靶點。本文對痛風性關(guān)節(jié)急、慢性炎癥發(fā)病的分子機制做了詳細描述，但目前仍有許多基礎(chǔ)和臨床相關(guān)問題未解決，有關(guān)痛風自發(fā)緩解的機制依然未有定論，臨床上觀察到MSU 晶體沉積但并未誘發(fā)炎癥的原因依然有待進一步探索。