成纤维样滑膜细胞的生理功能及其在炎性关节病诊疗中的应用进展 *

熊 翱,熊仁平,彭 艳 综述,许建中 审校

(1.郑州大学第一附属医院骨科，郑州 450052；2.中国人民解放军陆军特色医学中心野战外科研究部，重庆 400042)

运动障碍的主要原因是各部位炎性关节病(IJD)，导致关节滑膜的功能改变从而影响患者的运动功能。关节滑膜、分泌滑液及免疫细胞，在生理状态下，营养软骨、清除微小损伤或吞噬细菌和病毒，抑制炎症产生,修复关节组织，维持关节腔稳态；在病理状态下，如IJD，可释放炎症介质，导致或加重骨关节炎症的发生[1-2]。成纤维样滑膜细胞(FLS)在滑膜的生理和病理功能中起着重要作用。FLS参与的润滑和免疫调节及维持关节腔稳态依靠的是FLS能分泌大量的长链多聚透明质酸和多种结缔组织；此外，FLS是软骨组织工程中的优质种子细胞来源，因为其还具有离体分化成软骨细胞的潜能[3]。IJD导致滑膜炎症、增生、纤维化和新血管形成[4]，同时使滑膜产生更多的促炎细胞因子，进一步诱导FLS的促炎状态，导致蛋白酶和促炎细胞因子产生增加[5-6]。采用慢病毒载体介导miR-140行关节腔注射治疗大鼠实验性类风湿性关节炎，可以减轻滑膜炎症，减少新血管形成及关节软骨破坏[6-7]。FLS参与了IJD的免疫应答、 血管新生和关节破坏等病理过程[8]。FLS在IJD病理过程中扮演着重要角色。为了深入研究FLS在IJD中的作用，搞清楚IJD的发病机制。对FLS的研究是国内外热点。本文将对FLS在生理和病理状态下的功能及FLS在IJD诊疗中的应用进展进行综述，以期为IJD的机制研究和治疗措施提供帮助。

1 FLS的生理特点和生理作用

1.1 关节滑膜的解剖学和组织学

在解剖学上关节滑膜组织分为两层：内膜层和下膜层。内膜层与关节内腔相通，厚20～40 μm，其基质膜上松散分布1～3层细胞，嵌入了Ⅰ～Ⅳ型胶原；而下膜层仅由散在分布的血管和细胞的结缔组织网构成，比内膜层更稀疏，主要由Ⅰ型胶原组成。正常的滑膜组织，主要由FLS和巨噬细胞样滑膜细胞(MLS)组成。FLS数量占所有滑膜细胞的2/3，是滑膜组织的主要功能细胞[9]。FLS呈梭形，细胞中央的核显椭圆形，内膜层的FLS数量多于下膜层[10]。波形蛋白是FLS的蛋白标志物[11]。CD68是MLS和FLS的互相鉴别标志物，MLS具有人类白细胞抗原(HLA)-Ⅱ类抗原，具有吞噬能力，CD68呈阳性；FLS缺乏HLA-Ⅱ类抗原，不具有吞噬能力，CD68呈阴性[12]。

1.2 FLS的生理功能

1.2.1FLS对关节具有平衡作用

关节滑膜层具有可变形的牢固的组织结构，借此支撑着关节腔的运动。网状结构的滑膜层紧贴于软骨表面，允许通过血浆小溶质，这对营养没有血管的软骨细胞群至关重要，因为软骨是一种成分简单而结构复杂的组织，损伤后难于修复[13]。成熟的内膜层FLS分泌高浓度的长链-多聚-透明质酸完成关节腔润滑和免疫调节作用[12]。同时内膜层FLS还能产生糖蛋白润滑素，润滑关节腔，阻止关节腔纤维粘连，维持关节的正常活动。

1.2.2FLS对关节滑液量有调节作用

滑液由血浆渗出形成。FLS受到过多滑液的机械压力，透明质酸会被FLS负反馈调节，胶体渗透压降低，进而减少了滑液的产生。影响滑液成分及含量的因素包括关节发生炎症时关节摩擦刺激、血管内皮细胞的开放及细胞间渗透压的协同作用等[14]。

1.2.3FLS对关节正常的炎性反应有控制作用

FLS的DAF(CD55)及其受体CD97能诱导MLS的免疫球蛋白FCRγRⅢ表达[15]，以调节补体通路的应答[15]。补体受体21能够在体外培养的FLS中被诱导，FLS能够通过其与白细胞的相互作用调节白细胞的功能。因此，滑膜内膜层的FLS有可能阻止单个核细胞进入关节腔，继而控制白细胞的比例达到清理关节腔碎片的目的[16]。

1.2.4FLS对关节囊有修护作用

FLS具有分泌多种结缔组织成分的能力[17]。FLS也合成组织蛋白酶、丝氨酸蛋白酶等基质重塑和细胞运动所需要的酶。这些酶一旦异常活化，就打破了对结缔组织的基质溶解、合成和组装之间的平衡。所以，FLS在滑膜重塑中作用重大[16]。

2 FLS在IJD中的特征及其作用

2.1 FLS表达的细胞因子和受体及其作用

白细胞介素(IL)-1β活化FLS，使其产生与炎症相关的基质金属蛋白酶(MMP)-1和MMP-13[18]。另外，IL-1β通过上调FLS中的环加氧酶-2(COX-2)诱导前列腺素E2(PGE2)的产生来影响OA等IJD病理过程[19]。PGE2能增加MMPs和其他分解代谢产物的产生，从而影响关节组织的结构和功能[20]。FGF-2/FGFR信号通路的激活，上调肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-1β，加剧软骨损伤。关节炎症产生的热休克蛋白和坏死细胞可刺激Toll样受体(TLRs)，继而通过经典的核因子-κB(NF-κB)转录因子诱发炎性反应，导致组织破坏。激活后的FLS，释放FGF-2/FGF受体1(FGFR1),二者相互作用，从而激活多种信号通路，调节滑膜炎性反应，影响修复损伤的软骨。TNF-α、IL-1β、IL-17、干扰素(IFN)-γ、IL-6 和转化生长因子-β(TGF-β)等细胞因子，CCR2、CCR5、CXCR4、CX3CR1等趋化因子受体，血管细胞黏附因子-1(VCAM-1)/CD106、细胞间黏附因子-1(ICAM-1)/CD54 等白细胞相互作用的细胞表面受体，都在IJD的发病机制中起着重要作用[21]。

2.2 FLS的增生及其作用

越来越多的研究显示，风湿性关节炎(RA)等IJD的典型病理变化特征是滑膜明显增厚，其FLS的异常增殖和侵袭，是RA等IJD发生、发展的重要机制[22-25]。FLS的增殖特性类似肿瘤细胞，可突破屏障向软骨及骨侵入，直至破坏关节[24]。除此之外，IJD病程到一定阶段，FLS具有过异常表达生长因子的作用[22-25]。这些生长因子使FLS有丝分裂过度，导致FLS增生和肥大。FLS增殖导致滑膜组织过度增生，耗氧增加，乏氧微环境形成，从而使缺氧诱导因子(HIF)活化，导致其介导的相关基因表达，影响滑膜新生血管形成和加重IJD病情向前发展[26]。

2.3 FLS激活产生的炎性反应及其破坏作用

FLS被激活后，IL、IFN、TNF、集落刺激因子、生长因子和趋化因子等细胞因子应运而生。NF-κB通路作为炎症的主要通路，参与了IJD炎性反应的各个阶段[27]。IJD，激活IL-1、TNF-α等炎症因子，产生炎症级联，使细胞降解酶类，同时趋化因子及其受体被诱导产生[28]，从而使软骨关节破坏。软骨细胞HIF-2α在骨性关节炎(OA)等IJD发生过程中的激活，使FSL大量分泌基质金属蛋白酶(MMP)-1、MMP-2、MMP-3等多种降解酶及持续合成COX-2、NO等分解代谢因子，加剧软骨的凋亡和软骨的炎性反应[27]，使关节软骨进一步破坏[29]。

3 FLS作为IJD治疗靶点的应用进展

3.1 针对FLS活化而导致的胞内代谢异常

IJD使FLS活化、增殖和侵袭能力增强，同时糖代谢增强，增加乳酸含量，导致FLS的侵袭、血管异常增生、滑膜血管翳形成[30-31]。IJD的FLS富含血管内皮生长因子(VEGF)、血管细胞黏附因子(VCAM1)和琥珀酸，其有促进血管形成的重要作用。沉默和抑制TLR4可使FLS的IL-6、IL-8、MMP-1、NF-κB、激化蛋白-1(AP-1)、VEGF、MMP-9和增殖细胞核抗原(PCNA)蛋白表达下调，抑制FLS活化、增殖和侵袭，达到治疗IJD的作用，其中TLR4抑制剂TAK-242有潜力作为IJD的治疗药物开发[25,32]。在应用抗原诱导关节炎后的琥珀酸受体(GPR91)敲出小鼠，巨噬细胞活化程度下降，同时IL-1β水平降低[30,33]。下调糖酵解可抑制FLS的促进炎性因子分泌、血管形成及HIF-1α、磷酸化信号转导和转录活化因子3(pSTAT3)、Notch-11C的活化。ZOU等[34]报道，磷酸果糖激酶(PFKFB3)在IJD患者FLS中表达增加；抑制FLS中的PFKFB3活性，减轻关节炎症，FLS摄糖能力下降和乳酸分泌减少。TAKAHASHI等[35]报道，应用小分子RNA抑制剂转染FLS等治疗，可抑制FLS增殖和侵袭。胆碱激酶在IJD滑膜组织和培养的FLS中均有表达[36]，胆碱激酶具有致炎作用，可刺激相应细胞因子的转录和分泌，磷脂酶D抑制剂可有效减少FLS分泌IL-6、IL-8、CCL-20[37]，从而达到治疗IJD的作用。若能有效抑制FLS活化，下调促炎因子的释放，可有效地减弱IJD有害炎性反应的发生，达到治疗IJD的目的。

3.2 针对FLS胞内代谢改变与信号通路转导

IJD释放TNF-α，从而介导FLS活化，进一步分泌IL-1β、IL-6和TNF-α，激活FLS细胞表面或胞内的特异性受体或通道。FLS信号转导通路的活化增强了胞内代谢活动[38]，促进了IJD的病程进展，加重了IJD的病情。SUN等[39]发现SB203580作为p38-MAPK通路抑制剂可使促炎细胞因子的表达受到抑制。ZHOU等[40]向IJD大鼠模型注射miRNA-27慢病毒过表达载体，上调的miRNA-27可靶向抑制NF-κB信号通路，抑制IJD的发生。ZHANG等[41]报道，NF-κB抑制剂(PDTC)，可抑制FLS由miR-125b引起的IL-1β、IL-6和TNF-α的过度表达，提示PDTC对上调的促炎细胞因子有明显的下调作用，显示减少miR-125b的表达，可能有助于RA等IJD的治疗。抑制磷脂酰肌醇激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路可上调FLS的NF-κB和促炎因子的表达，相反激活PI3K/Akt信号通路，对IJD有抑炎作用[42]。SPEIRS 等[43]发现，磷酸腺苷(AMP)活化蛋白激酶(AMPK)，可抑制信号通路Janus激酶(JAK)/信号转导与转录激活子(STAT)和免疫及其炎性过程。FLS胞内代谢改变与信号通路转导对炎症因子的表达具有调节作用，参与炎症生成和炎症消退阶段。 因此，抑制或激活信号通路或许是未来治疗IJD的关键措施，这也许会成为抑制炎性反应和治疗IJD的一种有效途径和靶点。

3.3 针对FLS胞内代谢改变与功能异常

IJD不断分泌促炎因子，慢性炎性反应持续，FLS迁移、侵袭等，能量消耗增加，缺氧严重，这些生物过程必将改变FLS的代谢。例如，在RA患者中，虽然磷脂含量高，但其结构改变，脂肪链较短，对减轻关节活动时的摩擦力无效[44]。而且IJD患者滑液的润滑素的含量和质量下调，润滑能力降低，通过信号通路TLR4/MyD88途径转变为致炎信号[45]。抑制FLS中葡萄糖或胆碱代谢，可以调控部分MMPs的表达[36]。凋亡抵抗是RA等IJD中FLS最显著的特点。在缺乏营养素或乏氧条件下，细胞存活机会是增加自噬。IJD中FLS的beclin-1和LC3 含量增加，自噬基因表达与细胞凋亡呈负相关[46]。研究发现，可以通过增加IJD 的FLS的自噬，从而改善凋亡抵抗[47]。在IJD的致病机制中，表观遗传学改变存在显著的交叉调节，如DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA表达[48]。深入研究FLS表观遗传与代谢之间交叉作用或许可以解释疾病早期和晚期阶段及FLS在IJD中是如何产生疾病促炎因子的，这有利于探讨抑炎机理和治疗IJD的有效途径和靶点。

综上所述，FLS在IJD的发生、发展病理过程中起着重要作用，深入研究FLS在IJD的作用，有利于搞清楚发病机制和寻找治疗靶点，从而控制影响IJD病程进展的有害因素，为临床提供有效治疗IJD的方向和思路。