关节清理术对膝骨关节炎患者白细胞介素-18、基质金属蛋白酶-13表达的影响

李钦宗，魏万利，郑昆仑，谷福顺

关节清理术对膝骨关节炎患者白细胞介素-18、基质金属蛋白酶-13表达的影响

李钦宗，魏万利，郑昆仑，谷福顺

目的：研究关节镜清理术对膝骨关节炎患者白细胞介素-18(IL-18)、基质金属蛋白酶-13(MMP-13)表达的影响。方法：选取40位患者行关节镜下关节清理手术，术前术后取患者关节液行IL-18、MMP-13检查。结果：膝关节骨性关节炎经关节镜清理术后，MMP-13、IL-18表达水平[(197.92±20.44)，(253.43±19.07)]pg/mL，与治疗前[(227.92±34.56)，(288.43±30.07)]pg/mL，相比较均有显著下降，统计学有显著性差异(P＜0.05)。结论：经关节镜清理术后IL-18、MMP13的表达明显下降，关节清理术可能引起膝关节内炎性介质表达的改变。

关节镜手术；膝骨关节炎；IL-18；MMP13

白细胞介素-18(IL-18)、基质金属蛋白酶-13 (MMP-13)是骨关节炎发展中的一个主要原因[1-2]，抑制其在关节细胞内的表达成为治疗膝关节骨性关节炎的一种可能，目前未见有报道对在骨性关节炎中抑制IL-18，MMP-13的表达有效方法。关节镜清理术对膝骨性关节炎的治疗效果得到广泛认可[3]，但其对膝骨性关节炎的治疗机理目前尚无定论。本研究采用关节镜下关节清理术治疗膝关节骨性关节炎，观察关节清理术对膝骨关节炎患者术后关节液中IL-18、MMP-13表达的影响，为关节镜在治疗膝关节骨性关节炎及抑制膝关节骨性关节炎的发生之机理提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料 收取2013年5月—2015年12月由天津中医药大学第二附属医院骨科收治的40例膝关节骨性关节炎患者关节液标本，男18例，女22例；年龄46～72岁，平均60岁。所有患者诊断均采用1995年美国风湿病学院推荐的膝关节骨关节炎的诊断标准及Kellgren和Lawrecne的放射学诊断标准，并排除不符合膝骨关节炎诊断标准者；年龄在40岁以下或75岁以上患者；妊娠或哺乳期妇女；合并有心血管、脑血管、肝、肾和造血系统等严重原发性疾病,精神病患者；膝关节感染、皮肤病等不适合穿剌患者及不同意参加本研究者。所有患者在留取关节液样本前1个月内未应用任何药物，1年内无关节穿刺治疗及关节内用药史。将全部入选患者按就诊顺序编号，随机分配，依次装入随机信件分配治疗，并作登记。观察入选患者的一般资料，行膝关节X线片检查，了解膝关节炎严重度指数。

1.2 研究方法

1.2.1 关节液的采集、保存 所有纳入者术前及术后1个月均采集关节液。具体方法：患者仰卧位,患侧膝关节伸直位，取髌骨上缘与股四头肌外侧缘交界处作为穿剌点，用碘伏棉签消毒穿刺部位，用5 mL注射器穿刺，进入关节腔内感觉有落空感，抽取关节液0.5 mL，注入含肝素试管内。术后2 h内，以3000 r/ min离心20 min，取上清液分装于Eppendorf管中，作好标记快速冷冻，在-80℃超低温保存待测。

1.2.2 关节液的理化性质检测 检测关节液的PH值、比重、白细胞、蛋白定量、透明质酸等。

1.2.3 IL-18、MMP-13的检测 IL-18、MMP-13的检测采用酶联免疫吸附测定法，方法步骤严格按照产品说明书操作进行，所得到浓度以pg/mL表示。

1.2.4 手术操作步骤 患者采用仰卧位，常规患肢大腿中上段置气压止血带，连续硬膜外麻醉，术前行关节穿刺，取1～2 mL关节液留样，常规前内、前外，用Skyker的30°广角关节镜、动力系统首先对关节进行全面的常规检查，从髌上囊、内侧间室、外侧间室到髁间窝，若关节内滑膜增生明显，严重影响视野，先用剖削刀和射频汽化清理增生肥厚的滑膜组织，镜下检查关节软骨，滑膜组织，半月板和交叉韧带。关节软骨损伤采用修整，钻孔，增生的滑膜组织给予切除，也可用等离子刀汽化消融；半月板损伤根据情况给予部分切除，大部分切除，全切除或行半月板缝合。

1.3 统计学方法 用统计软件SPSS 19.0处理数据，计量资料采用独立样本t检验，两组间比较采用t检验,多组间比较采用方差分析；计数资料组间比较釆用非参数检验；检验水准a=0.05，P＜0.05有统计学意义。

2 结果

2.1 关节液理化性质 术前、术后所取关节液理化性质结果见表1，术前、术后白细胞计数对比统计学有显著性差异（P＜0.05），Ph值、比重及蛋白定量无统计学意义（P＞0.05）。

表1 术前、术后所取关节液理化性质对比

2.2 关节液中IL-18、MMP-13的水平变化 治疗前关节液中IL-18水平为（227.92±34.56）pg/mL，治疗后IL-18水平为（197.92±20.44）pg/mL，统计学有显著性差异（P＜0.001）；MMP-13水平，治疗前为（288.43±30.07）pg/mL，治疗后为（253.43±19.07）pg/ mL，统计学有显著性差异（P＜0.01），见图1。

3 讨论

膝关节骨性关节炎是一种慢性退行性骨关节病变，随着人口老龄化程度的加剧，其发病有上升趋势。65岁以上人群膝骨关节炎发病率高达50%以上，在美国，其发病仅次于心血管疾病，给社会及家庭带来沉重负担。研究[4-6]显示，细胞因子、酶类与膝骨关节炎的发病关系密切，在膝骨关节炎进展过程中起重要作用。ILs为研究较多的细胞因子，在多种炎症反应中起作用；MMPs为近期研究热点之一。IL-18具有促软骨细胞分解代谢的作用。

图1 关节镜清理术治疗前后关节液中IL-18、MMP-13水平对比

IL-18作为精细调节因子，可促软骨细胞分解代谢，增强关节炎症、促进关节软骨退变，进而导致膝骨关节炎的发病。有研究[7]发现IL-18可通过激活蛋白-1促进膝骨关节炎滑膜增生，且IL-18、MMPs表达水平与膝骨关节炎严重程度相关，随着膝骨关节炎程度和分度的增加，滑膜IL-18、MMPs的表达呈增强趋势。提示IL-18不仅在膝骨关节炎发病中起重要作用，其表达与膝骨关节炎的严重程度及病情进展亦呈现出正相关的趋势。

MMPs一种重要酶类，可有效降解软骨中细胞外基质；MMP-13为MMPs一员，可对各种胶原进行有效降解，可分解胶原三螺旋结构。研究[8-9]发现，膝骨关节炎患者关节液中基质MMPs表达明显较正常人群不同，膝骨关节炎患者滑膜中存在MMPs过量表达现象，MMPs可能在膝骨关节炎发病及滑膜增生过程中起重要作用。通过免疫组化方法检测滑膜组织中MMP-13的表达，通过ELISA方法检测关节液中该酶类的含量，检测显示，膝骨关节炎患者关节液中MMP-13表达强度明显高于非膝骨关节炎者，提示MMP-13参与了膝骨关节炎的发病。同时，实验表明MMP-13是软骨逐渐退化主要因素[10-11]，MMP-13增加可能是导致软骨退化的原因之一[12]。MMP-13过度表达，使转基因小鼠通过col2降解和聚集蛋白聚糖的损失，破坏关节软骨[13]。因此，探索MMP-13抑制，是治疗骨性关节炎的潜在治疗选择。

由于膝关节镜技术具有创伤小，费用少的优点，对中、重度骨性关节炎，可有效缓解症状、改善功能，延缓病程发展，提高中老年患者的生活质量，因此，关节镜清理术对膝骨性关节炎的治疗效果得到广泛认可，基于以上考虑，本课题采用关节镜手术治疗膝关节骨性关节炎，结果显示：术后与术前相比，患者IL-18、MMP-13表达明显降低，统计学有显著性差异（P＜0.05），表明关节镜清理术对降低骨关节炎患者炎性介质的表达有一定作用，说明关节镜清理术可能会减缓膝关节骨性关节炎的发展进程，临床上可以作为治疗膝关节骨性关节炎的一种方法。

另外，由于受到课题本身的影响，本课题样本量不足，可能会影响统计结果的精确性，另外，对于膝关节镜清理术对IL-18、MMP-13表达影响的机理尚不明确，需要在后续的研究中尽一步探讨。

[1]Ye XJ,Tang Z,Kang AH,et al.The roles of interleukin-18 In coll⁃agan-induced arthritis in the BB rat[J].Clin Exp Immunol,2004, 136(3):440-447.

[2]Dai SM,Shan ZZ,Nishioka K,et al.Implication of interleukin-18 in production of matrix metallo proteinases in articular chondrocy⁃tesin arthritis:direca effecton chondrocytes may not be pivotal[J]. Ann Rheum Dis,2005,64(5):735-742.

[3]刘平，张莹，姜洋，等.膝关节骨性关节炎关节镜下不同程度清理术的疗效比较[J].中国老年学杂志，2012，32(23)：2047-2048.

[4]Malko AV,Villagomez M,Aubin JE,et al.Both chondro-in⁃duction and proliferation account for growth of cartilage nod⁃ulesin mouse limb bud cultures[J].Stem Cell Rev,2013,9(2): 121-131.

[5]Catanzaro R,Marotta F,Jain S,et al.Beneficial effect of a sturgeon-based bioactive compound on gene expression of tumor necrosis factor-alpha, matrix metalloproteinases and type-10 collagen in human chondrocytes[J].JBiolRegulHo⁃meost Agents,2012,26(3):337-345.

[6]Chen CG,Thuillier D,Chin EN,et al.Chondrocyte-intrinsic Smad3 represses Runx2-inducible matrix metalloproteinase 13 ex⁃pression to maintain articular cartilage and prevent osteoarthri⁃tis[J].Arthritis Rheum,2012,64(10):3278-3289.

[7]Joosten L,Radstake T,Lubberts E,et al.Association finter-leu⁃kin-18 expression with enhanced level both interleukin-1[beta] and tumor necrosis factor[alpha]in knee synovial tissue of patients with rheumatoid arthritis[J].Arthritis Rheum,2003,48(2):339-347. [8]Shiomi T,V Lemaltre,J.D Armien to&Y Okada.Matrix metal poro⁃tein,a disintergrin and metallo Protein,and a disintegrin and met⁃al porotein wih thtronrbospondin motifs in non-nepolastie diseases [J].Pathol Int,2010,60（12）:477-496.

[9]Martel Pelletier J,Mc Collum R,Fujimoto N,et al.Excess of met⁃al-loproteases over tissue inhibitor of metalloprotease may contrib⁃ute to cartilage degradation in osteoarthritis and rheumatoid arthri⁃tis[J].Lab Invest,1994,70（8）:807-815.

[10]Knapinska A,Fields GB.Chemical biology for understanding ma⁃trix metallo protein as function[J].Chembiochem，2012，13(14): 2002-2020.

[11]Wang X,Li KF,Adams E,et al.Matrix metallo protein inhibitors: a review on bioanalytical methods,pharmacokinetics and metabo⁃lism[J].Curr Drug Metab,2011,12(4):395-410.

[12]Roach,HI,Yamada N,Cheung KS,et al.Association between the abnormal expression of martix-degradingen-Zymes by human os⁃teoarthritic chondrocytes and de-methy-lation of specific CPG sites in the promoterregions[J].Arthritis Rheum,2005,52(10): 3110-3124.

[13]Neuhold,LA,Killar L,Zhao W,et al.Postnatal expression inhya⁃line cartilage ofconstitutively active human colla-genase-3 (MMP-13)induces osteoarthritis in mice[J].J Clin Invest,2001,107 (1):35-44.

（收稿：2016-12-22 修回：2017-06-18）

（责任编辑 李秀兰）

R684.3

：A

：1007-6948(2017)04-0415-04

10.3969/j.issn.1007-6948.2017.04.022

天津市卫计委中医中西医结合科研课题（2015127）

天津中医药大学第二附属医院骨科（天津 300150）

谷福顺，E-mail:gufushun@126.com