滑 膜 在 炎 性 关 节 病 中 的 作 用▲

韩广弢 李皓桓 张宇标 蔡伟松

(武汉大学人民医院骨科，武汉市 430060，电子邮箱：13698002149@163.com)

【提要】 炎性关节病(IJD)在临床上表现为人体关节和周围组织的炎性反应，对患者的生活质量造成不良影响。除了作为IJD中关节软骨破坏的驱动因素，滑膜炎被学者们认定是骨关节炎中关节软骨变性的重要原因。本文就滑膜的生物学特性、滑膜细胞与IJD的发病关系、内皮细胞与IJD的发病关系进行综述。

研究表明，滑膜在炎性关节病(inflammatory joint disease，IJD)中起着重要作用，它既可以抑制炎症的产生，又可以在一定程度上导致骨关节炎、类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)、银屑病关节炎等的发生[1]。本文将对滑膜中的不同成分在IJD中的作用进行综述，以期为IJD的治疗提供理论基础。

1 滑膜的生物学特性

关节滑膜具有分泌滑液、营养关节软骨、清除微小损伤或由细菌、病毒感染形成的碎片的作用，同时参与关节组织修复并维持关节腔稳态。正常滑膜主要由成纤维样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocytes，FLS)和巨噬细胞样滑膜细胞(macrophage-like synoviocytes，MLS)构成。FLS可分泌大量的长链多聚透明质酸，参与润滑和免疫调节，也可分泌多种结缔组织组分，维持关节腔稳态[2]；此外他还具有离体分化成软骨细胞的潜能，是软骨组织工程中的优质种子细胞来源[3]。而MLS的正常生理功能是吞噬细菌和凋亡细胞产生的碎片，维持滑液中促炎与抗炎因子间的动态平衡[4]。

2 滑膜细胞在IJD中的作用

滑膜对关节稳态至关重要。FLS是产生滑液的主要细胞，其可以为关节软骨提供营养。MLS有助于清除轻微关节损伤引起的细菌感染和碎片，甚至一小部分FLS可作为成体干细胞发挥作用，可能有助于关节组织的更新和修复。创伤、细菌和病毒感染、关节磨损以及自身循环抗体等因素均可诱发滑膜炎。滑膜炎多可自行缓解，但驻留滑膜细胞的存在可使滑膜炎症持续终生。滑膜及血管增生可导致大量T细胞、B细胞、浆细胞及巨噬细胞浸润并共同作用形成血管翳，进一步破坏邻近的关节软骨基质及软骨下骨[4]。

2.1 FLS在IJD中的作用 RA患者中的FLS由关节保护作用转变为关节破坏作用。Toll样受体(toll-like receptor，TLR)表达增加使FLS表型改变[6]。TLR可通过外源性损伤、与炎症宿主衍生副产物或细菌和病毒感染的外源产物结合而激活，继而通过经典的核因子-κB(nuclear factor-kappaB，NF-κB)转导因子诱发炎症反应，导致组织损伤。

FLS还具有类似肿瘤细胞增殖的特性，可突破生理屏障侵入软骨及骨，导致关节破坏[7]。编码细胞外基质黏附分子的整联蛋白家族成员的基因过表达对调节FLS侵袭具有重要作用[7]。FLS入侵体参与FLS与软骨的附着，其内富含基质金属蛋白酶，可特异性地使细胞外基质变性[9]。FLS入侵体的形成也与转化生长因子β依赖性通路有关[10]。在RA患者中，FLS诱导软骨细胞分泌大量转化生长因子，导致FLS中SNAI1基因过表达，SNAI1则激活CDH11从而使用胞外基质变性。相对正常人而言，骨关节炎患者上皮-间质转化基因的表达水平更低[11]。

通过干扰受体蛋白酪氨酸磷酸酶(receptor protein tyrosine phosphatase，RPTP)与细胞外蛋白多糖的结合，可调控FLS的侵袭性和软骨黏附特性[12]。Doody等[11]分别编码受体型蛋白质-酪氨酸磷酸酶RPTPα和δ，发现这些受体在滑膜衬里中的FLS均有表达。RPTPα的细胞外结构域与富含硫酸乙酰肝素的蛋白多糖结合可使磷酸酶失活，RPTP活化，从而促进FLS与软骨结合，缓解关节炎小鼠的软骨退变。因此，采用诱导RPTP活化的治疗策略可作为预防IJD软骨退变的新方向。

炎症是FLS的表观基因组具有侵袭性的必要条件[11-12]，DNA甲基化模式的改变或组蛋白修饰的改变均发生在基因组CpG岛中的胞嘧啶残基处，且两者的改变均产生修饰印迹。位于启动子区域的CpG岛的高甲基化与基因失活相关，而CpG岛低甲基化则激活DNA转录。相对于骨关节炎患者，RA患者FLS的DNA呈低甲基化状态，这种低甲基化与RA疾病进展中所涉及的STAT3、WISP3、CHI3L1、MAP3K5和CASP1等基因过表达相关[13]，也与控制细胞迁移、黏着斑和细胞外基质相互作用的途径活化增加密切相关[14]。趋化因子CXCL12和TBX5转录因子的启动子在RA患者的FLS中呈低甲基化[15-16]。赖氨酸残基的乙酰化和甲基化可以显著改变染色质的高阶结构，有可能通过转录激活因子和抑制因子影响基因调控元件，从而调控基因表达[17]。促炎细胞因子肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα，TNF-α)由血管翳中的多数细胞产生，它在FLS变异中具有关键作用。核小体经TNF-α处理10 min后重新定位在与NF-κB转录因子结合的增强子上；在30 min后会发生内皮细胞表观基因组数百个位点的染色质高级结构的改变[18]。在患者的滑膜细胞中也可发生类似情况。目前，TNF-α对滑膜细胞表观基因组的影响尚不清楚，但推测长期受TNF-α影响会改变FLS染色质的表观基因组表达，即使在与炎症环境分离后，FLS细胞仍保持侵袭性。事实上，从RA患者关节腔内分离的FLS经过TNF-α干预3 d即可改变干扰素γ靶基因CXCL10启动子的局部组蛋白乙酰化模式和染色质结构；在使用抗TNF-α抗体英夫利昔单抗完全阻断TNF-α后，RA表型仍然存在[19]。研究表明，RA患者的FLS组蛋白修饰酶表达水平比骨关节炎患者更高[20]。组蛋白甲基化转移酶在RA患者的FLS中表达上调[21]。RA患者FLS的组蛋白去乙酰化酶1表达水平也高于骨关节炎患者[22]，抑制其表达可以避免胶原诱导的关节炎小鼠模型出现关节软骨损伤[23]。此外，抑制溴结构域蛋白也被证明有利于抑制RA患者FLS产生细胞因子和胶原诱导的关节炎小鼠的软骨退化[24]。由于FLS在IJD的发病中具有重要作用，故针对FLS的治疗可以在一定程度上抑制IJD的产生。

2.2 MLS在IJD中的作用 慢性炎症状态下滑膜MLS的数量显著增加[20]。MLS可通过逃避凋亡以促成细胞数量的增加，而血液循环中的MLS则通过增加滤过进入滑膜。MLS与FLS共同产生多种促炎因子以及软骨与骨的降解产物，参与IJD的发病。

TLR、NF-κB、丝裂原活化激酶和Janus激酶/信号转导和转录激活子通路等多个途径在MLS中处于活跃状态。这些途径调控细胞因子、趋化因子和细胞外基质降解酶的生成[25]。MLS活性可随微环境变化而发生大幅度改变，这种改变涉及M1、M2两种主要途径[26]。在TNF-α、干扰素α和粒细胞-集落细胞刺激因子存在时，MLS激活经典M1途径，可生成高水平的促炎因子和低水平的抗炎因子。然而，通过激活白细胞介素4、白细胞介素13和巨噬细胞集落刺激因子可发生M2途径的极化，并产生高水平的抗炎分子和低水平的促炎因子。RA中的MLS产生高水平的促炎分子，呈现M1表型[27-28]。由于MLS的极化状态是可逆的，因此可将其从M1极化转变成M2极化来预防疾病的发生。事实上，滑液中一些分子可以促进M2的转化，如脂氧素A4和膜联蛋白A1可在炎性滑膜中参与MLS M1型向M2型转化[29-30]。实验表明，FLS分泌的转化因子可抑制MLS对干扰素信号的反应[31]。由于研究证明采用静脉注射脐带间充质细胞和其他疾病调节药物治疗RA患者比只接受疾病调节药物有更好的临床效果[32]，所以我们推测MLS的M1向M2极化可能涉及间充质细胞，间充质细胞具有强大的抗炎特性，能够促进MLS的极化。

3 内皮细胞在IJD中的作用

内皮细胞可通过促进滑液和血液循环间的可溶性因子的交换而维持关节稳定。内皮功能受损会导致血管舒张功能受损和促凝血微环境的形成[33]。急性炎症时内皮细胞活化，进而增加血流量，血浆蛋白渗漏和炎症部位白细胞募集。如果炎症仍未缓解，内皮细胞通过促使炎细胞浸润滑膜组织和腔隙，导致软骨损伤，形成滑膜新生血管，使病情恶化[34-36]。RA初期，FLS所产生的趋化因子、细胞因子和生长因子还可刺激邻近的内皮细胞表达多种白细胞黏附分子[37]。这些细胞因子和生长因子通过与特定的白细胞受体相互作用，促使血液中白细胞的滚动、牢固黏附和迁移并通过血液循环进入滑膜腔，进而分泌生长因子、细胞因子和金属蛋白酶，进一步加剧软骨损伤和降解。

由于代谢需求增加，白细胞在关节内造成低氧环境，诱导各种细胞表达血管内皮生长因子[38]。在血管内皮生长因子和其他促血管生成生长因子诱导下，特别是碱性成纤维细胞生长因子和血小板衍生生长因子作用下，滑膜新生血管形成增加[37]，由此产生的组织过度血管化会进一步促进白细胞浸润，形成瀑布式反应，导致金属蛋白酶过度产生和造成严重的软骨损伤。除了影响滑膜正常功能之外，新生血管也在骨软骨交界处形成，促进氧气和营养的输送，导致关节软骨发生病理性软骨骨化。

4 结论与展望

软骨破坏的重要介质是滑膜驻留细胞，目前虽已发现众多调控驻留细胞破坏软骨的分子途径，但仍未能在临床上开展有效治疗，其中一个主要障碍是尚不能特异性地靶向作用于滑膜细胞，而对个体的生理活动不产生影响。靶向表观遗传修饰的抑制剂具有重新编程侵袭性FLS的能力，并使其回归正常的生理状态。通过巨噬细胞M2极化、细胞外基质的相互作用和表观遗传改变等机制，靶向作用于上皮-间质转化中涉及的炎性因子和抑制FLS中的入侵体形成，进行IJD的治疗有望获得成功。