遲少毅 于 澤 董樂樂

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院,包頭 014000)

細(xì)胞因子是由機(jī)體多種細(xì)胞分泌的具有調(diào)控細(xì)胞生長分化、調(diào)節(jié)免疫功能和生理反應(yīng)并參與病理反應(yīng)的小分子蛋白質(zhì)，其通過與受體結(jié)合發(fā)揮作用，是免疫細(xì)胞之間的交流語言。目前，很多細(xì)胞因子相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入臨床應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。細(xì)胞因子主要包括白細(xì)胞介素(Interleukin,IL)、集落刺激因子(Colony-stimulating factor,CSF)、干擾素(Interferon,IFN)、腫瘤壞死因子(Tumor-necrosis factor,TNF)和趨化因子(Chemokine)等。其能夠作用于包括巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞等在內(nèi)的免疫細(xì)胞，以及包括上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞等在內(nèi)的非免疫細(xì)胞[1]。細(xì)胞因子不僅具有重要的生理功能，而且參與感染、腫瘤、自身免疫病等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展[2]。TNF-α拮抗劑在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid arthritis，RA)的治療中取得了良好療效[3]。

1 骨關(guān)節(jié)炎

相比于RA，骨關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis，OA)的發(fā)病率更高，其是世界范圍內(nèi)最常見的關(guān)節(jié)病，主要累及膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、手關(guān)節(jié)和脊柱，導(dǎo)致漸進(jìn)性不可逆轉(zhuǎn)的損害，最終出現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨變性并伴隨滑膜組織炎癥、增生和軟骨下骨硬化[4]。骨關(guān)節(jié)炎是以關(guān)節(jié)軟骨破壞、慢性疼痛為主要特征的滑膜關(guān)節(jié)退行性病變，其發(fā)病機(jī)制有待深入研究。目前提出了多種潛在的致病機(jī)制，如生物物理和化學(xué)因素，機(jī)械應(yīng)力和促炎性細(xì)胞因子，分別負(fù)責(zé)破壞軟骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)和分解代謝途徑的啟動(dòng)。在易患OA的條件下，如衰老和遺傳缺陷，OA軟骨破壞是由機(jī)械刺激引起的，它激活軟骨細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,導(dǎo)致多種效應(yīng)，包括促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生、炎癥、基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP)對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix,ECM)的降解[5]。

2 細(xì)胞因子與骨關(guān)節(jié)炎

細(xì)胞因子在骨關(guān)節(jié)炎中的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞能夠產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，在骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)液中可以檢測到TNF-α、IL-1β、IL-6等細(xì)胞因子。TNF-α主要是由單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子，能促進(jìn)骨髓釋放中性粒細(xì)胞，誘導(dǎo)單核細(xì)胞和多核粒細(xì)胞趨化浸潤到炎癥局部，釋放溶酶體酶，在幾乎所有組織的炎癥反應(yīng)中均發(fā)揮重要功能[6]。黃媛霞等[7]證明TNF-α在骨關(guān)節(jié)炎患者血清和關(guān)節(jié)液中的表達(dá)明顯上調(diào)。此外，TNF-α還可以促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成,誘發(fā)OA[8]。IL-1β是在骨關(guān)節(jié)炎研究中最多的細(xì)胞因子，正常軟骨細(xì)胞僅產(chǎn)生極微量的IL-1β，而 OA 患者的滑膜及軟骨中卻有較高水平的 IL-1β，進(jìn)一步研究證實(shí)，OA軟骨組織的中、上層軟骨細(xì)胞及其基質(zhì)皆呈IL-1 強(qiáng)陽性反應(yīng)，體外培養(yǎng)相關(guān)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生 IL-1β的水平明顯升高。IL-6主要由髓系細(xì)胞產(chǎn)生，可以調(diào)節(jié)多種炎癥反應(yīng)，如自身免疫病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、肥胖等，STAT3在其調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中扮演重要的角色[9，10]。IL-6可有效地激活STAT3，IL-6主要發(fā)揮促炎作用[11]。MMP-1由軟骨細(xì)胞表達(dá)，是軟骨重塑和修復(fù)的關(guān)鍵基因。在骨關(guān)節(jié)炎中，IL-1β通常通過誘導(dǎo)MMP-1、MMP-9和MMP-13 發(fā)揮功能。在關(guān)節(jié)炎滑膜成纖維細(xì)胞中，IL-1β能夠觸發(fā)MMP-1 的表達(dá)[12]。MMPs促進(jìn)膠原網(wǎng)架塌陷，進(jìn)而破壞膠原網(wǎng)架，導(dǎo)致蛋白多糖丟失，退變加重，從而誘發(fā)骨關(guān)節(jié)炎。Hamamura等[13]研究證明，MMP13在OA患者軟骨組織中高表達(dá)，且與OA程度呈正相關(guān)。

CYTL1 是近年發(fā)現(xiàn)的新細(xì)胞因子，其在軟骨細(xì)胞特異性高表達(dá)，參與軟骨的形成、發(fā)育和關(guān)節(jié)炎的發(fā)生、發(fā)展[14]。軟骨的發(fā)育是從間充質(zhì)細(xì)胞分化成軟骨細(xì)胞而開始的[15]。分化軟骨細(xì)胞合成軟骨特異性細(xì)胞外基質(zhì)的成分，如Ⅱ型膠原和硫酸化蛋白多糖，形成軟骨組織。發(fā)達(dá)的軟骨可以保持成永久的軟骨組織，比如關(guān)節(jié)軟骨，或成為長骨發(fā)育過程中的軟骨內(nèi)骨化模板。軟骨和骨在發(fā)育過程中的順序是通過各種調(diào)節(jié)因子作用于軟骨和軟骨膜進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。雖然一些調(diào)節(jié)因素已經(jīng)確定，但是精細(xì)調(diào)控軟骨和骨發(fā)育機(jī)制尚未闡明。軟骨細(xì)胞是軟骨組織中特有的細(xì)胞類型，在永久的軟骨組織中，軟骨細(xì)胞維持其穩(wěn)定。骨關(guān)節(jié)炎患者的軟骨內(nèi)環(huán)境比較紊亂，最終導(dǎo)致軟骨破壞[16]。

3 CYTL1的基本結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)

CYTL1，也被稱為C17或C4ORF4，首先在骨髓和臍帶血來源的CD34+細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。人CYTL1定位于4p16～p15，編碼136個(gè)氨基酸，含有4個(gè)α螺旋和六個(gè)保守的半胱氨酸殘基，可能通過二硫鍵形成球狀結(jié)構(gòu)，其分泌與翻譯后修飾有關(guān)。2008年，北京大學(xué)免疫學(xué)系利用免疫組學(xué)技術(shù)開展了人類潛在新細(xì)胞因子編碼基因的生物信息學(xué)遴選、功能篩選和系統(tǒng)性功能研究，以期發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞因子，CYTL1是通過上述策略篩選得到的新細(xì)胞因子之一。Kim等[17]證明CYTL1是經(jīng)典分泌蛋白，N端22個(gè)氨基酸為信號(hào)肽。CYTL1本身分泌能力較差，為了提高其分泌能力，Wang等[18]將其原有信號(hào)肽更換為小鼠Igκ信號(hào)肽，在HEK293T細(xì)胞瞬時(shí)表達(dá)體系中，其表達(dá)量提高5倍；為進(jìn)一步提高其蛋白表達(dá)能力，利用pMH3質(zhì)粒與CHO細(xì)胞系建立了CYTL1穩(wěn)定表達(dá)系統(tǒng)，其表達(dá)量較瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)提高了3倍。利用此表達(dá)系統(tǒng)，可以獲得高質(zhì)量重組CYTL1蛋白，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。

通過計(jì)算機(jī)分析預(yù)測CCR2可能是CYTL1的潛在受體，基于上述報(bào)道，Wang等[19]利用過表達(dá)CCR2的HEK293細(xì)胞，通過趨化實(shí)驗(yàn)、受體內(nèi)化實(shí)驗(yàn)、結(jié)合實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證CCR2是CYTL1的受體。CYTL1通過CCR2/ERK通路趨化人外周血單核細(xì)胞。CYTL1重組蛋白對(duì)野生型小鼠的骨髓來源巨噬細(xì)胞具有趨化作用，但對(duì)CCR2敲除小鼠的骨髓來源巨噬細(xì)胞沒有趨化作用。小鼠CYTL1重組蛋白與人CYTL1蛋白功能相似，僅能趨化野生型小鼠的骨髓來源巨噬細(xì)胞，對(duì)CCR2敲除小鼠的骨髓來源巨噬細(xì)胞沒有作用。上述結(jié)果充分證明CYTL1具有保守的趨化功能，CCR2是介導(dǎo)其對(duì)單核/巨噬細(xì)胞趨化作用的必需受體。

4 CYTL1與骨關(guān)節(jié)炎

CYTL1在小鼠內(nèi)耳、人體關(guān)節(jié)軟骨等軟骨組織中高表達(dá)[20]。在小鼠體內(nèi)，CYTL1通過刺激Sox9轉(zhuǎn)錄活性和誘導(dǎo)胰島素樣生長因子(IGF)1的表達(dá)，發(fā)揮其軟骨形成作用。在胚胎發(fā)育過程中，Sox9是軟骨細(xì)胞譜系分化的重要轉(zhuǎn)錄因子[21]，而胰島素樣生長因子1具有誘導(dǎo)軟骨形成的能力。CYTL1在間充質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)很低，而在軟骨形成過程中急劇增加，并且在體內(nèi)和體外成熟過程中均有所下降，而通過慢病毒介導(dǎo)的CYTL1過度表達(dá)可誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞的軟骨分化。因此，CYTL1具有軟骨細(xì)胞特異性，作為一種新的自分泌因子調(diào)節(jié)軟骨的發(fā)生，可能并不影響軟骨細(xì)胞的肥大成熟。Raghu等[22]研究表明，在骨關(guān)節(jié)炎體內(nèi)單核細(xì)胞通過CCL2/CCR2而不是CCL5/CCR5發(fā)生炎癥反應(yīng)和組織損傷。因此選擇性靶向作用于CCL2/CCR2系統(tǒng)代表著一種很有希望的治療OA的方法。Chao等[23]研究表明，在膠原蛋白抗體誘導(dǎo)的小鼠類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎模型中，CYTL1能顯著抑制急性關(guān)節(jié)炎發(fā)生率，降低臨床疾病評(píng)分和不同組織學(xué)參數(shù)，下調(diào)多種關(guān)鍵炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，包括IL-1β和IL-6。Jeon等[14]研究結(jié)果表明，在骨關(guān)節(jié)炎模型中，CYTL1敲除小鼠的軟骨破壞更加嚴(yán)重，說明CYTL1在此炎癥模型中發(fā)揮抑炎作用。此外，CYTL1阻止關(guān)鍵炎性基因的表達(dá)，以及與骨和軟骨破壞相關(guān)基因的表達(dá)。Sieker等[24]通過對(duì)豬早期創(chuàng)傷后骨關(guān)節(jié)炎模型關(guān)節(jié)軟骨轉(zhuǎn)錄譜分析，82個(gè)基因在手術(shù)治療前后有差異表達(dá)，其中MMP1、COCH、POSTN、CYTL1和PTGFR的表達(dá)變化最為顯著。

眾所周知，趨化因子的基本功能是趨化細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移；另外其在炎癥反應(yīng)中，也扮演著重要的角色。CCL2是CCR2的經(jīng)典趨化因子配體，CCL2/CCR2在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[25]；CYTL1雖然是CCR2的非經(jīng)典趨化因子配體，但上述研究證明CYTL1是一個(gè)具有抑炎功能的細(xì)胞因子，其具體作用機(jī)制有待深入研究。

5 結(jié)語

綜上所述，CYTL1在軟骨的形成和發(fā)展中起到一定的作用，證明它與維持關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)環(huán)境平衡有關(guān)。在人類和小鼠的關(guān)節(jié)軟骨退化過程中，CYTL1的表達(dá)顯著下降。CYTL1表達(dá)下降先于關(guān)節(jié)軟骨的破壞，因此，CYTL1功能的喪失會(huì)加速OA的進(jìn)程。目前，基因治療OA主要是將編碼相關(guān)細(xì)胞因子或者受體抑制劑的目的基因?qū)胲浌羌?xì)胞內(nèi)，能作用于靶細(xì)胞使其表達(dá)軟骨生長調(diào)控因子，長期穩(wěn)定表達(dá)促進(jìn)ECM合成的細(xì)胞因子，達(dá)到穩(wěn)定軟骨細(xì)胞表型和活性的目的[26]。大量臨床前研究證明基因治療在各種動(dòng)物模型中的有效性和安全性，并且有初步證據(jù)表明其對(duì)治療OA的有效性和安全性[27]。CYTL1在骨關(guān)節(jié)炎中具有保護(hù)作用，因此，重組CYTL1蛋白或其基因治療載體在OA治療中具有潛在的應(yīng)用前景，深入研究CYTL1在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生、發(fā)展中的作用具有重要的理論意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。