骨关节炎细胞炎性因子及软骨代谢标志物的研究现状▲

张 沕 黄 远 李光第 刘日光

(贵州医科大学，贵阳市 550001，电子邮箱：438797850@qq.com)

【提要】 骨关节炎是一种高发病率的疾病，随着老年人口寿命的增加，骨关节炎的患病率更高。虽然骨关节炎的宏观特征、组织学特征和生物化学特征已被广泛研究，但软骨退变的病理生理过程及软骨细胞代谢分子变化仍未完全明确。本文就骨关节炎相关的细胞炎性因子及软骨代谢标志物的研究进展做一综述，旨在为骨关节炎中软骨细胞退变机制研究提供参考。

骨性关节炎是以关节软骨破坏为主要特征的退行性关节病，其中软骨细胞的破坏与凋亡起着关键的作用[1]。关节软骨是一种有弹性的负重组织，可减轻关节面摩擦，吸收机械性震荡，具有耐磨损和润滑的特征。关节软骨在人类生命周期中保持完整性的机制尚未完全清楚，目前的研究证实有多种途径可以影响其稳定性。骨关节炎的发生发展涉及多种细胞分子途径及软骨代谢标志物的变化，一些因素在早期促进和加速软骨的退变与破坏进程中起着重要的作用，它们与滑膜、关节软骨、软骨下骨的功能改变密切相关，也参与了骨关节炎的病理变化过程，包括白细胞介素(interleukin,IL)、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等炎性标志物[2-6]和尿Ⅱ型前胶原C-末端前肽(procollagen type Ⅱ C-terminal propeptide，PⅡCP)、人Ⅱ型胶原羧基交联肽(C-terminal crosslinking telopeptide of type Ⅱ collagen,CTX-Ⅱ)、软骨寡聚基质蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)、人硫酸角质素、人类软骨糖蛋白-39等软骨代谢标志物[7-11]。因此，研究相关的炎性标志物和软骨代谢标志物可为骨性关节炎的早期诊断及预后起到积极的指导作用，也可为骨关节炎患者的治疗提供更多的潜在靶点以及靶向治疗的准确性。

1 炎性细胞因子

炎性细胞因子在骨关节炎的发病机制中起关键作用，是参与骨关节炎发病最重要的因素，其通过促进分解代谢和破坏性过程扰乱关节组织的代谢平衡，并且通过细胞内信号转导途径促进或加速其他炎性化合物和酶的产生。

1.1 IL

1.1.1 IL-1β：IL-1β可刺激关节分泌多种炎性因子[12]，其在骨关节炎的发展进程中既能作为独立因素发挥作用，又能与关节软骨及其他关节组织有关介质相结合而诱导炎症反应和软骨凋亡。研究表明，Wnt拮抗剂Dickkopf-1(DKK1)和Wnt结合蛋白卷曲相关蛋白(Frizzled-related protein,FRP)是软骨退变的拮抗因子，它们在正常的软骨中含量较高，而在骨关节炎软骨中的含量呈不同程度减少。正常软骨在IL-1β刺激后，DKK1和FRP mRNA的表达量减少，从而加速软骨的退变。β-连环蛋白在Wnt信号通路中起细胞内信号转导的作用,其在骨关节炎中呈高表达，IL-1β可以通过减少人类软骨细胞中Wnt抑制剂的表达来诱导β-连环蛋白的积累，并且通过抑制DKK1的表达起到增加Wnt/β-连环蛋白信号传导的作用，从而加速软骨的退变[13-14]。有学者发现，IL-1β还参与软骨细胞中MMP的调控，其中主要调控MMP-1、3、13，它们的活性增加或过度表达均对软骨成分具有破坏性作用[15]。从上述研究结果可以得出，关节软骨的退变可能与IL-1β刺激下产生的因子及部分信号通路活跃相关，故直接或者间接阻断IL-1β刺激下部分因子的产生及通道的激活，可能有助于骨关节炎的治疗。

1.1.2 IL-6：IL-6是一种重要的炎症介质。研究发现，与正常滑膜成纤维细胞相比，骨关节炎的滑膜成纤维细胞中IL-6启动子区可发生DNA低甲基化和组蛋白高乙酰化，通过增强IL-6启动子区DNA甲基化与降低组蛋白乙酰化，可使IL-6在骨关节炎的表达明显受到抑制[16]。研究表明，肥胖骨关节炎患者中，软骨细胞来源的IL-6可诱导滑膜成纤维细胞分泌IL-6，而在炎症反应中肥胖相关的脂肪因子可以增强软骨细胞-滑膜细胞交叉介导的IL-6分泌，导致骨关节炎患者产生更多的IL-6[17]。因此，在临床上检测患者的血清或关节内IL-6的含量有助于病情的判断。

1.1.3 IL-8：IL-8是在病理状态下存在的炎性趋化因子，参与破骨细胞生成和骨吸收过程，同时IL-8也可增加转移性骨质溶解[18]。由人骨关节炎软骨细胞产生的IL-8是骨关节炎病理生理机制的重要介质，可促进多种致病过程的发生与进展，如诱导MMP-13释放、促进中性粒细胞聚集和活化、导致白细胞归巢到滑膜等。相关研究显示，与正常软骨细胞相比，骨关节炎软骨细胞中IL-8的水平显著增加，可诱导软骨细胞肥大和分化[19]。由此可见，IL-8在骨关节炎炎症中起到重要的“助力”作用，骨关节炎的疾病进展与关节症状可能可以通过调节和控制IL-8的表达而得到改善。

1.1.4 IL-18：IL-18具有类似于IL-1的结构，因此被认为是IL-1超家族的成员。 IL-18具有多种生物活性，可诱导诱导型一氧化氮合酶、环氧化酶-2和IL-6等基因的表达，导致软骨细胞的变性以及炎症反应，同时可诱导滑膜细胞的炎症反应[20]。

1.2 TNF-α TNF-α是参与全身炎症反应的细胞信号传导蛋白，被认为是参与骨关节炎发病过程中病理生理过程的关键炎性细胞因子。TNF-α可以诱导软骨细胞中MMP、含凝血酶敏感蛋白基序的解聚蛋白样金属蛋白酶(已被证实可破坏软骨细胞外基质，进一步加速骨关节炎的进展[21])的表达增多，也可诱导IL-1β、IL-6表达上调[22]。最新研究发现，消除TNF-α可以减少其他关联炎性因子的产生和软骨基质的降解，从而达到减缓骨关节炎病程恶化进程的效果[22]。

1.3 MCP-1 MCP-1是参与骨关节炎的趋化因子之一，由成纤维细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞、单核细胞、T细胞等分泌，又名趋化因子配体2(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)，其受体为人CC趋化因子受体2(C-C motif chemokine receptor 2,CCR2)。MCP-1被认为在炎症过程中起着关键作用，其可将单核细胞、记忆T细胞和树突细胞聚集在组织损伤或产生感染的炎症部位[23-24]。 Raghu等[25]通过动物、人体样本体外实验均发现在骨关节炎的关节滑液中CCR2的水平升高，而CCR2引起的巨噬细胞的侵入与骨关节炎软骨的侵蚀有关；动物实验发现阻断CCL2/CCR2信号传导通路后，小鼠骨关节炎软骨中的巨噬细胞积聚、滑膜炎和软骨损伤均明显减轻。Miotla Zarebska等[26]发现拮抗CCL2/CCR2轴或许可以减轻骨关节炎的疼痛，但对改善疾病病情无效。由此可见，MCP-1的选择性靶向作用在一定程度上为骨关节炎的治疗提供新的方法。

1.4 MMP-3与MMP-13 MMP-3是具有细胞外活性的锌依赖性内肽酶，其在骨关节炎的发病中也发挥着重要作用[27]。在骨关节炎滑膜细胞中，MMP-3的表达水平较高[28]；而中晚期骨关节炎患者的MMP-3表达水平明显高于早期骨关节炎患者和健康对照者[29]，且随着时间的推移，MMP-3的表达水平与软骨体积的减少有关[30]。MMP-13是基质金属蛋白酶家属成员之一，在正常成人组织中几乎检测不到，但在骨关节炎患者的关节和关节软骨中过表达，其在骨关节炎关节中作为细胞外基质降解酶而发挥作用，其是软骨降解网络的中心节点[31]。研究表明，MMP-13参与了骨关节炎的发生[32]，其可直接降解软骨基质[33]，从而加速关节软骨的退变，进而加重骨关节炎。由此可见MMP-3、MMP-13与骨关节炎的关系非常密切，其或可作为骨关节炎早期预诊、治疗以及预后的一项监测指标。

2 软骨代谢标志物

软骨代谢标志物是反应软骨结构改变的重要指标，其在一定程度上可评估骨关节炎患者重要关节退变的情况。

2.1 CTX-Ⅱ 关节软骨基质主要由Ⅱ型胶原蛋白构成，CTX-Ⅱ为Ⅱ型胶原蛋白的分解产物之一，可在尿液、血清和关节滑液中检测到[34]，其对软骨细胞损伤的检测有一定意义，与骨关节炎的病情发展有关[35]：骨关节炎软骨细胞降解后，CTX-Ⅱ可释放到血清和尿液中，导致CTX-Ⅱ浓度升高。

2.2 PⅡCP PⅡCP是在Ⅱ型胶原合成过程中产生的C-末端肽，故PⅡCP可作为软骨中Ⅱ型胶原蛋白合成状况的指标。Sugiyama等[8]发现关节液中PⅡCP水平的增加预示疾病早期关节间隙存在逐渐缩小(骨关节炎的典型征兆之一)的可能。Kinoshita等[36]也发现较低的血清PⅡCP水平(表明软骨合成的减少)与较小的关节间隙宽度相关。因此，滑液中PⅡCP的量化可以为早期膝关节骨关节炎患者的预后提供一定参考意义。

2.3 COMP COMP是血小板反应蛋白家族的一种分泌型五聚体非胶原糖蛋白，可以与Ⅰ、Ⅱ和Ⅸ型胶原蛋白结合，以同型五聚体结构参与软骨细胞外基质的合成和稳定，可稳定胶原蛋白，增加软骨基质形成和减少软骨细胞死亡[37]。COMP是关节软骨的重要降解产物，滑液和血清中的COMP水平可能与软骨损伤有关。Verma等[38]研究显示，在骨关节炎早期，常规X线并不能看到膝关节软骨的损伤，但血清中COMP的水平已升高。由此可见，在临床上影像学证据显现前，体液中COMP的水平已有明显改变，因此其或许可作为骨关节炎疾病预诊、监测的特征性标志物。

2.4 硫酸角质素 硫酸角质素是一种糖胺聚糖，特异性分布在软骨、角膜和脑中，软骨深层硫酸角质素含量较表层更多。Fawthrop等[39]认为关节滑液中硫酸角质素的水平在评估骨关节炎预后方面无意义，但Tang等[40]证实了血清中硫酸角质素水平与骨关节炎的进展有关，在骨关节炎的早期可见硫酸角质素有短暂升高。关于硫酸角质素与骨关节炎病情的文献较少，且二者的关系尚未有明确定论，仍需进一步研究。

2.5 甲壳质酶-39 甲壳质酶-39是软骨细胞和滑膜细胞的主要分泌产物，在正常软骨中表达较低，但在炎症和退行性关节疾病中表达增加，其可能在骨关节炎关节的软骨重塑/退化和滑膜炎中起重要作用[41]。有研究结果显示，血清中甲壳质酶-39的浓度与骨关节炎关节中滑膜炎、软骨损伤及骨赘形成相关，提示其与骨关节炎的进展关系密切[42]。因此，检测血清中甲壳质酶-39的水平可以用来评估关节退变及破坏的程度，为骨关节炎的早期诊断、靶向治疗或预后提供新的依据。

3 小 结

综上所述，细胞因子和软骨代谢标志物在骨关节炎患者中均有不同程度的变化，其可为骨关节炎的早期诊断提供一定的参考，也为骨关节炎患者的治疗提供多种新的方案。在未来的研究中，我们应致力于寻找一种有效且安全的方法来调节细胞因子及其信号通路，通过体外和体内实验进一步评估治疗骨关节炎的有效潜在靶点，从而提高治疗效果，减少患者的疼痛，达到减缓或停止骨关节炎进展的目的。