软骨细胞在类风湿性关节炎中的研究进展

范凯健，许 颖，王婷玉*

软骨细胞在类风湿性关节炎中的研究进展

范凯健1,2，许 颖1，王婷玉1*

类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)是一种慢性进行性的自身免疫系统疾病，其病理特征主要是滑膜长期的慢性炎症，进而造成对软骨及骨关节的破坏。类风湿性关节炎的发病机制涉及免疫系统中的多种细胞因子、酶等。本文对软骨细胞在抑制RA的软骨破坏方面可能存在的机制作一综述。

类风湿性关节炎；软骨细胞；作用机制

0 引言

类风湿性关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)的发病机制目前尚不明确，基本认为与自身免疫系统有关。近年来，针对RA的研究主要集中在滑膜细胞和其他细胞因子，对软骨细胞在RA中的机制研究较少。软骨细胞的存活状态和细胞外基质的代谢状态直接影响关节软骨的功能。正常情况下，软骨细胞的增殖是有限的，并且关节空间或软骨下骨的其他细胞类型的渗透也受到限制。在没有血管供应的情况下，软骨细胞必须依靠关节面或软骨下骨对营养物和代谢物进行交换扩散。因此，软骨细胞对营养物质的缺乏、低氧环境的改变、酸碱程度的变化都很敏感。软骨细胞在应激状态下亚细胞水平的代谢状态是一个非常值得的研究方向。

1 基质金属蛋白酶

关节软骨的软骨细胞嵌于无血管组织的基质里，其主要成分包括Ⅱ型胶原和蛋白多糖。关节软骨被蛋白水解酶降解是RA的主要特点，其中基质金属蛋白酶(MMPs)和蛋白聚糖酶(ADAMTS)起着重要的作用。蛋白聚糖酶是最近克隆出的酶类，是带有血小板凝血酶敏感蛋白样模体的解整连素和金属蛋白酶家族成员。蛋白多糖的分解是一个蛋白水解过程，其主要的分裂位点在核心蛋白的球心区(IGD)。其中蛋白多糖水解后留在软骨中的G1和G2片段仍然可以被MMPs再次水解，而不能被蛋白聚糖酶水解。而且，被MMPs水解的IGD不再被蛋白聚糖酶水解，而蛋白聚糖酶水解的IGD仍然可被MMPs再次水解。由此可见，MMPs在降解过程中更为重要。软骨基质的破坏还表现为胶原的裂解，MMPs能降解胶原，而蛋白聚糖酶无此作用。MMPs是一组在结构上具有极大同源性、能降解细胞外基质蛋白的内啡肽的总称，目前已发现20多种，其中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-13参与了软骨变性的主要过程。MMPs对关节软骨的破坏主要包括两方面：首先为直接降解软骨，其次为在形成血管翳方面有重要作用。MMPs降解软骨首先是破坏蛋白多糖的结构，使胶原暴露并与其接触，同时正反馈性增强MMPs的活性，引起蛋白多糖的进一步破坏，MMPs破坏已经破损的胶原，使其裂解。通过这一过程，胶原链的结构遭到破坏，导致不可逆的软骨变性。金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)是MMP的特异性抑制剂，在细胞外基质(ECM)代谢中，是与MMP对应的负调节剂。在正常情况下，TIMP和MMP处于一种稳定的平衡状态。其中，软骨细胞和其他细胞的增殖也是有限的。研究表明，在RA关节组织液中会产生大量的促炎因子来参与关节软骨的破坏[1-3]，如IL-1和TNF-α。而软骨细胞则通过增加产生蛋白酶、前列腺素和一氧化氮来应对这些促炎因子[4-5]。此外，软骨细胞也会表达多种促炎因子，而这些促炎因子可能也会参与软骨的分解代谢[6]。其中IL-1R/toll样受体(TLR)受体家族，在先天免疫和炎症方面具有关键的作用，最近发现在RA中也起着一定的作用。人体软骨细胞可以表达TLR1、TLR2、TLR4，而IL-1、TNF-α等可以通过激活TLR2来增加MMPs的产生，从而引起软骨的破坏[7-10]。在RA中，软骨的破坏主要集中在与增殖滑膜血管翳连接处[11-12]。增殖的滑膜细胞可以通过细胞接触直接侵蚀软骨，也可以在炎性因子等的作用下，活化的滑膜细胞及软骨细胞本身分泌产生如MMPs等的降解酶来使软骨变性。

在RA中，MMPs是在软骨骨侵蚀中发挥重要作用的因子。研究发现，MMP-13抑制剂能显著改善RA中对软骨和关节破坏的影响[13]。为了分析这种新型MMP-13抑制剂的抗破坏作用，研究者对3种动物模型使用预防方法。在实验中，研究人员观察到新型MMP-13抑制剂在破坏性模型中有效，但在炎症模型中无效。临床研究还显示，炎症和软骨损伤之间没有密切的相关性。因此，需要开发其他的抗破坏药物，如选择性MMP-13抑制剂。但现在只有少数以前开发的MMP抑制剂达到临床测试阶段，而且都不是MMP-13 特异性的。目前只有来自Alantos Pharmaceuticals(Heidelberg，Germany)的非螯合MMP-13抑制剂达到临床前测试阶段。

2 OPG/RANK/RANKL系统

骨保护素(OPG)主要由成骨细胞表达，具有抑制骨吸收的功能。研究发现，OPG可以降低ADAMTS-4、ADAMTS-5的细胞数量[14]。ADAMTS-4、ADAMTS-5是蛋白多糖降解的关键因子[15]。其中ADAMTS-5发挥主要作用，小鼠ADAMTS-5基因被敲除后，软骨细胞的破坏作用明显减轻[16]。研究发现，OPG不仅能减少ADAMTS-5的表达和分泌，还能增加TIMP-4的表达。而且Tat等[17]也发现，OPG能增加其他2种分解代谢因子MMP-13和PAR-2基因表达水平，说明OPG对软骨细胞具有直接的影响。软骨细胞的生物活性和行为有大量信号转导途径的参与，如PI3K/AKT信号通路、Wnt/β-catenin[18]通路。ERK1/2和P38MAPK被证实确实参与了软骨细胞的增殖和分化[19-20]。最新研究把这两个通路作为OPG的信号通路进行分析，发现OPG是通过MEK/ERK信号通路促进软骨细胞增殖，而不是P38MAPK通路。近年来，在骨破坏环境中，OPG/RANK/RANKL也受到一定的关注。RANK(NF-κB受体激活剂)是由RA滑膜细胞和T细胞产生的[21]，成骨细胞表达的RANKL和RANK结合，可以导致软骨细胞的破坏。OPG属肿瘤坏死因子受体(TNFR)家族成员，可结合RANKL而抑制软骨的破坏，但具体机制还不清楚。有研究发现，野生型小鼠模型经关节腔注射OPG后，关节软骨得到明显保护，软骨Mankin评分和含Ⅰ型血小板结合蛋白基序的蛋白多糖酶阳性细胞数明显下降，但用OPG直接刺激软骨外植体后，蛋白多糖分泌未出现明显变化。因此认为，应用OPG可以抑制软骨破坏，但对软骨组织无直接作用[22]。RANKL也属于TNFR超家族成员，参与骨代谢、免疫活化的发生发展。研究表明，RANKL虽然对软骨无直接刺激作用，但组织中分泌明显增多，而软骨下骨和软骨是紧密结合的整体，因此，推测细胞分泌的RANKL是通过渗透到软骨下骨起作用的[23]。最近研究显示，来自雷公藤的(5R)-5-羟基雷公藤内酯(LLDT-8)在RA的大鼠模型中通过OPG/RANK/RANKL信号传导防止胶原诱导的关节炎[24]。结果显示，在CIA大鼠模型中，LLDT-8能增加OPG基因的表达，降低RANKL基因的表达，增加OPG与RANKL的比例，并抑制RANKL诱导的NF-κB表达。在该研究中，可同时观察到OPG/RANKL的比率显著增加与炎症反应被抑制，表明LLDT-8的抗炎作用可能与OPG/RANKL途径有关，但LLDT-8对RA的具体机制仍有待继续深入研究。

3 酸敏感离子通道(ASICs)

在RA中，影响软骨破坏的因素很多，如有害的机械压力、高氧的环境、组织液的酸化。关节在活动时会产生大量乳酸，会导致异常的细胞外低pH环境(pH值6.9)，而在RA患者的关节滑液中pH值可降低至5.4。研究发现，酸性环境确实会对软骨的代谢和破坏起到重要的作用。软骨细胞上存在着很多离子通道，如Ca2+和H+通道，其对于维持细胞内环境稳定和细胞内外物质的交换起着非常重要的作用。研究发现，软骨细胞外pH值降低时，TIMP的产量下降比MMPs更迅速，MMPs升高，软骨破坏更为严重。组织酸化是RA中非常普遍的现象，是细胞微环境的重要特征之一。机体可以通过ASICs来实现细胞外pH调节。ASICs是一类广泛存在于细胞膜上的阳离子配体门控的蛋白复合体，在人体的许多生理机能方面起着重要的作用。ASICs对细胞外酸化环境非常敏感，受H+门控，激活后可导致胞外Na+和Ca2+内流，激发各种病理反应。Ca2+过度内流引起的超载会充当细胞死亡的调节剂，促进细胞在各种生理病理条件下凋亡[25]。在酸化条件下，Ca2+内流，通过ASIC2a表达上调影响酸化环境，阻止胞外Ca2+内流，避免Ca2+超载，从而防止软骨破坏。同时，在酸化刺激下，Ca2+参与软骨细胞自噬，但具体的作用机制有待进一步研究[26]。ASICs除了对软骨细胞有影响外，对组织内胶原的表达也有影响。研究发现，ASICs过表达的组织软骨内Ⅱ型胶原蛋白表达降低，表明ASICs过表达对软骨细胞存在破坏作用。因此，ASICs对软骨细胞的代谢存在重大影响，我们可以通过研究如何调控ASICs的表达来保护软骨细胞。近年来，随着ASICs研究的不断深入，越来越多的ASICs抑制剂被发现和研制出来[27]。有报道，阿米洛利抑制酸敏感离子通道，通过线粒体介导的途径保护关节软骨免于酸诱导的凋亡[28]。细胞死亡的典型特征是线粒体膜电位和能量产生的减少。ASIC1a在大鼠关节软骨细胞中大量表达，且来自大鼠膝关节的关节软骨细胞处于低pH状态。细胞内Ca2+显著升高会触发不同的降解过程，例如ROS(活性氧簇)的形成和线粒体膜电位的破裂。Ca2+的过度积累导致线粒体通透性转换孔的开放，使线粒体去极化并导致线粒体肿胀和凋亡。阿米洛利通过阻断Ca2+内流来抑制软骨细胞的凋亡作用是对线粒体的保护。

4 结语

RA的发病机制复杂，不是单一机制所能解释的，它是多种免疫细胞及免疫分子相互影响的结果。目前RA的治疗药物有NSAIDs、SAARDs、糖皮质激素、生物制剂和中药制剂。但RA患者长期用药出现不良反应的几率明显上升，如大多数SAARDs会导致肝脏损伤。RA的骨侵蚀多出现在起病后2年，因此，RA发病开始2年内是阻止关节发生不可逆损害的关键时期。但很多患者在发现时骨侵蚀已经开始，错过了治疗的关键时期，因此，研究如何抑制软骨破坏对改善患者生活质量非常重要。

软骨细胞是软骨中唯一存在的细胞，近年来许多研究者对其进行了深入研究。除了上述比较典型的研究外，还有其他研究方向也值得去探讨。研究发现，血清素5-HT3受体拮抗剂在体外对人原代软骨细胞具有明显的抗炎作用[29]。Adán等[30]还发现，催乳素(PRL)能降低软骨细胞的凋亡、促炎细胞因子的表达、血管翳的形成，对RA有明显的治疗潜力。此外，研究还发现，某些中药单体对RA有很好的治疗作用。Luczkiewicz等[31]发现，芒果苷能减少基质蛋白酶的水平，防止软骨细胞的破坏。Liu等[32]发展，白菊(PAR)能抑制促炎细胞因子的产生，对软骨细胞的代谢损伤具有保护作用。随着生物技术的发展，研究人员还发现间充质干细胞(MSC)可以增加软骨细胞的增殖率，能用于软骨的修复[33]。

综上所述，软骨细胞在抑制RA的软骨破坏方面有着非常重要的作用，深入研究软骨细胞有助于研究人员发现RA的具体发病机制。

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Research progress of chondrocytes in rheumatoid arthritis

FAN Kai-jian1,2,XU Ying1,WANG Ting-yu1*

(1.Department of Pharmacy,Shanghai Ninth People′s Hospital,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200011,China;2.Shanghai Baoshan District Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine,Shanghai 201901,China)

Rheumatoid arthritis (RA) is one of chronic progressive autoimmune diseases,whose pathological feature is long-term chronic inflammation of synovial membrane,causing the damage of the cartilage and bone joint. The pathogenesis of rheumatoid arthritis involves a variety of cytokines of immune system,enzymes and so on. This paper reviews the possible mechanisms of chondrocytes in the prevention of RA-related cartilage destruction.

Rheumatoid arthritis;Chondrocytes;Mechanism

2016-10-30

1.上海交通大学医学院附属医院第九人民医院药剂科，上海 200011；2.上海市宝山区中西医结合医院药剂科，上海 201901

国家自然科学基金(81301531、81572104)

10.14053/j.cnki.ppcr.201707031

*通信作者