新细胞因子CYTL1在骨关节炎中的功能和机制进展

迟少毅 于 泽 董乐乐

(内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院,包头 014000)

细胞因子是由机体多种细胞分泌的具有调控细胞生长分化、调节免疫功能和生理反应并参与病理反应的小分子蛋白质，其通过与受体结合发挥作用，是免疫细胞之间的交流语言。目前，很多细胞因子相关产品已经进入临床应用，产生了巨大的社会效益和经济效益。细胞因子主要包括白细胞介素(Interleukin,IL)、集落刺激因子(Colony-stimulating factor,CSF)、干扰素(Interferon,IFN)、肿瘤坏死因子(Tumor-necrosis factor,TNF)和趋化因子(Chemokine)等。其能够作用于包括巨噬细胞、T淋巴细胞、NK细胞等在内的免疫细胞，以及包括上皮细胞、基质细胞等在内的非免疫细胞[1]。细胞因子不仅具有重要的生理功能，而且参与感染、肿瘤、自身免疫病等多种疾病的发生、发展[2]。TNF-α拮抗剂在类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis，RA)的治疗中取得了良好疗效[3]。

1 骨关节炎

相比于RA，骨关节炎(Osteoarthritis，OA)的发病率更高，其是世界范围内最常见的关节病，主要累及膝关节、髋关节、手关节和脊柱，导致渐进性不可逆转的损害，最终出现关节软骨变性并伴随滑膜组织炎症、增生和软骨下骨硬化[4]。骨关节炎是以关节软骨破坏、慢性疼痛为主要特征的滑膜关节退行性病变，其发病机制有待深入研究。目前提出了多种潜在的致病机制，如生物物理和化学因素，机械应力和促炎性细胞因子，分别负责破坏软骨内稳态和分解代谢途径的启动。在易患OA的条件下，如衰老和遗传缺陷，OA软骨破坏是由机械刺激引起的，它激活软骨细胞内的信号转导通路,导致多种效应，包括促炎细胞因子的产生、炎症、基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP)对细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)的降解[5]。

2 细胞因子与骨关节炎

细胞因子在骨关节炎中的发生、发展过程中发挥重要作用。关节软骨细胞、滑膜细胞能够产生多种细胞因子，在骨关节炎患者的关节液中可以检测到TNF-α、IL-1β、IL-6等细胞因子。TNF-α主要是由单核巨噬细胞产生的炎性细胞因子，能促进骨髓释放中性粒细胞，诱导单核细胞和多核粒细胞趋化浸润到炎症局部，释放溶酶体酶，在几乎所有组织的炎症反应中均发挥重要功能[6]。黄媛霞等[7]证明TNF-α在骨关节炎患者血清和关节液中的表达明显上调。此外，TNF-α还可以促进破骨细胞的生成,诱发OA[8]。IL-1β是在骨关节炎研究中最多的细胞因子，正常软骨细胞仅产生极微量的IL-1β，而 OA 患者的滑膜及软骨中却有较高水平的 IL-1β，进一步研究证实，OA软骨组织的中、上层软骨细胞及其基质皆呈IL-1 强阳性反应，体外培养相关细胞发现其产生 IL-1β的水平明显升高。IL-6主要由髓系细胞产生，可以调节多种炎症反应，如自身免疫病、类风湿关节炎、肥胖等，STAT3在其调节炎症反应中扮演重要的角色[9，10]。IL-6可有效地激活STAT3，IL-6主要发挥促炎作用[11]。MMP-1由软骨细胞表达，是软骨重塑和修复的关键基因。在骨关节炎中，IL-1β通常通过诱导MMP-1、MMP-9和MMP-13 发挥功能。在关节炎滑膜成纤维细胞中，IL-1β能够触发MMP-1 的表达[12]。MMPs促进胶原网架塌陷，进而破坏胶原网架，导致蛋白多糖丢失，退变加重，从而诱发骨关节炎。Hamamura等[13]研究证明，MMP13在OA患者软骨组织中高表达，且与OA程度呈正相关。

CYTL1 是近年发现的新细胞因子，其在软骨细胞特异性高表达，参与软骨的形成、发育和关节炎的发生、发展[14]。软骨的发育是从间充质细胞分化成软骨细胞而开始的[15]。分化软骨细胞合成软骨特异性细胞外基质的成分，如Ⅱ型胶原和硫酸化蛋白多糖，形成软骨组织。发达的软骨可以保持成永久的软骨组织，比如关节软骨，或成为长骨发育过程中的软骨内骨化模板。软骨和骨在发育过程中的顺序是通过各种调节因子作用于软骨和软骨膜进行精确调节。虽然一些调节因素已经确定，但是精细调控软骨和骨发育机制尚未阐明。软骨细胞是软骨组织中特有的细胞类型，在永久的软骨组织中，软骨细胞维持其稳定。骨关节炎患者的软骨内环境比较紊乱，最终导致软骨破坏[16]。

3 CYTL1的基本结构及功能特点

CYTL1，也被称为C17或C4ORF4，首先在骨髓和脐带血来源的CD34+细胞中发现。人CYTL1定位于4p16～p15，编码136个氨基酸，含有4个α螺旋和六个保守的半胱氨酸残基，可能通过二硫键形成球状结构，其分泌与翻译后修饰有关。2008年，北京大学免疫学系利用免疫组学技术开展了人类潜在新细胞因子编码基因的生物信息学遴选、功能筛选和系统性功能研究，以期发现新的细胞因子，CYTL1是通过上述策略筛选得到的新细胞因子之一。Kim等[17]证明CYTL1是经典分泌蛋白，N端22个氨基酸为信号肽。CYTL1本身分泌能力较差，为了提高其分泌能力，Wang等[18]将其原有信号肽更换为小鼠Igκ信号肽，在HEK293T细胞瞬时表达体系中，其表达量提高5倍；为进一步提高其蛋白表达能力，利用pMH3质粒与CHO细胞系建立了CYTL1稳定表达系统，其表达量较瞬时表达系统提高了3倍。利用此表达系统，可以获得高质量重组CYTL1蛋白，为后续研究奠定了基础。

通过计算机分析预测CCR2可能是CYTL1的潜在受体，基于上述报道，Wang等[19]利用过表达CCR2的HEK293细胞，通过趋化实验、受体内化实验、结合实验等验证CCR2是CYTL1的受体。CYTL1通过CCR2/ERK通路趋化人外周血单核细胞。CYTL1重组蛋白对野生型小鼠的骨髓来源巨噬细胞具有趋化作用，但对CCR2敲除小鼠的骨髓来源巨噬细胞没有趋化作用。小鼠CYTL1重组蛋白与人CYTL1蛋白功能相似，仅能趋化野生型小鼠的骨髓来源巨噬细胞，对CCR2敲除小鼠的骨髓来源巨噬细胞没有作用。上述结果充分证明CYTL1具有保守的趋化功能，CCR2是介导其对单核/巨噬细胞趋化作用的必需受体。

4 CYTL1与骨关节炎

CYTL1在小鼠内耳、人体关节软骨等软骨组织中高表达[20]。在小鼠体内，CYTL1通过刺激Sox9转录活性和诱导胰岛素样生长因子(IGF)1的表达，发挥其软骨形成作用。在胚胎发育过程中，Sox9是软骨细胞谱系分化的重要转录因子[21]，而胰岛素样生长因子1具有诱导软骨形成的能力。CYTL1在间充质细胞中表达很低，而在软骨形成过程中急剧增加，并且在体内和体外成熟过程中均有所下降，而通过慢病毒介导的CYTL1过度表达可诱导间充质细胞的软骨分化。因此，CYTL1具有软骨细胞特异性，作为一种新的自分泌因子调节软骨的发生，可能并不影响软骨细胞的肥大成熟。Raghu等[22]研究表明，在骨关节炎体内单核细胞通过CCL2/CCR2而不是CCL5/CCR5发生炎症反应和组织损伤。因此选择性靶向作用于CCL2/CCR2系统代表着一种很有希望的治疗OA的方法。Chao等[23]研究表明，在胶原蛋白抗体诱导的小鼠类风湿关节炎模型中，CYTL1能显著抑制急性关节炎发生率，降低临床疾病评分和不同组织学参数，下调多种关键炎症细胞因子的表达，包括IL-1β和IL-6。Jeon等[14]研究结果表明，在骨关节炎模型中，CYTL1敲除小鼠的软骨破坏更加严重，说明CYTL1在此炎症模型中发挥抑炎作用。此外，CYTL1阻止关键炎性基因的表达，以及与骨和软骨破坏相关基因的表达。Sieker等[24]通过对猪早期创伤后骨关节炎模型关节软骨转录谱分析，82个基因在手术治疗前后有差异表达，其中MMP1、COCH、POSTN、CYTL1和PTGFR的表达变化最为显著。

众所周知，趋化因子的基本功能是趋化细胞，调节细胞迁移；另外其在炎症反应中，也扮演着重要的角色。CCL2是CCR2的经典趋化因子配体，CCL2/CCR2在炎症反应中发挥重要作用[25]；CYTL1虽然是CCR2的非经典趋化因子配体，但上述研究证明CYTL1是一个具有抑炎功能的细胞因子，其具体作用机制有待深入研究。

5 结语

综上所述，CYTL1在软骨的形成和发展中起到一定的作用，证明它与维持关节软骨内环境平衡有关。在人类和小鼠的关节软骨退化过程中，CYTL1的表达显著下降。CYTL1表达下降先于关节软骨的破坏，因此，CYTL1功能的丧失会加速OA的进程。目前，基因治疗OA主要是将编码相关细胞因子或者受体抑制剂的目的基因导入软骨细胞内，能作用于靶细胞使其表达软骨生长调控因子，长期稳定表达促进ECM合成的细胞因子，达到稳定软骨细胞表型和活性的目的[26]。大量临床前研究证明基因治疗在各种动物模型中的有效性和安全性，并且有初步证据表明其对治疗OA的有效性和安全性[27]。CYTL1在骨关节炎中具有保护作用，因此，重组CYTL1蛋白或其基因治疗载体在OA治疗中具有潜在的应用前景，深入研究CYTL1在骨关节炎发生、发展中的作用具有重要的理论意义和潜在的应用价值。