廖瑛，張興，周君，曾亞華，成果，王甜甜，鄧程遠(yuǎn)，黎洲

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院 1.康復(fù)科，2.骨科，湖南 衡陽 421001）

骨性關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis, OA）是一種由不同病因引起的綜合征最終聚集在同一致病途徑上，產(chǎn)生軟骨、軟骨下骨和滑膜的特征性變化[1]，其已成為世界范圍內(nèi)日益嚴(yán)重的健康問題。OA好發(fā)于膝、髖及手等關(guān)節(jié)，其中以膝關(guān)節(jié)受累最為常見。關(guān)節(jié)腔注射透明質(zhì)酸（hyaluronic acid, HA）在緩解膝關(guān)節(jié) OA 疼痛、改善關(guān)節(jié)功能方面應(yīng)用廣泛。軟骨保護(hù)是HA治療膝關(guān)節(jié)OA的最常見機(jī)制，本文將闡述HA治療膝關(guān)節(jié)OA的相關(guān)細(xì)胞因子及生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展，為膝關(guān)節(jié)OA的治療和預(yù)防提供新思路。

1 HA治療膝關(guān)節(jié)OA的相關(guān)細(xì)胞因子變化

1.1 白細(xì)胞介素

白細(xì)胞介素（Interleukin, IL）是一種低分子多肽，作為一種重要的先天免疫調(diào)節(jié)劑，參與免疫、炎癥、造血、致癌及生育等多種生物學(xué)活動。在人體中軟骨細(xì)胞、滑膜及成骨細(xì)胞上都存在各類IL受體，與其他組織一樣存在免疫應(yīng)答反應(yīng)。隨著對IL研究和OA發(fā)病機(jī)制認(rèn)識的不斷深入，筆者發(fā)現(xiàn)OA發(fā)病跟IL家族相關(guān)因子的表達(dá)關(guān)系密切，可作為OA的療效判斷及預(yù)后評價指標(biāo)之一。

1.1.1 白細(xì)胞介素 1（Interleukin-1,IL-1） IL-1 是與天然免疫和炎癥密切相關(guān)的大細(xì)胞因子家族。隨著國內(nèi)外OA的深入研究，IL-1發(fā)病機(jī)制和病理變化過程逐漸被人們所認(rèn)識。近年來，已有證據(jù)表明白細(xì)胞介素1β（Interleukin-1β, IL-1β）在膝關(guān)節(jié)OA關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)退行性病變和軟骨破壞中起重要作用，是膝OA臨床療效的判斷標(biāo)準(zhǔn)之一[2]。張蕾等[3]研究結(jié)果顯示，經(jīng)過關(guān)節(jié)腔注射HA治療后，膝關(guān)節(jié)OA患者IL-1β含量降低且關(guān)節(jié)活動功能得到改善，進(jìn)一步提示IL-1β水平變化可作為HA治療膝關(guān)節(jié)OA療效判斷的輔助指標(biāo)之一。YANG等[4]探討HA對膝關(guān)節(jié)OA患者滑液IL-1β的影響并分析其臨床機(jī)制時，將40例膝關(guān)節(jié)OA患者隨機(jī)分為HA治療組和生理鹽水注射組，予以1次/周，共5周的關(guān)節(jié)腔等量注射治療；另外，還選取20例健康志愿者作為正常對照組，不做任何處理。分別收集3組治療前、治療后5周的膝關(guān)節(jié)滑液，檢測3組膝關(guān)節(jié)滑液中IL-1β含量，結(jié)果表明：膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)滑液中IL-1β含量高于正常人，HA組可降低滑膜關(guān)節(jié)IL-1β含量，同時HA治療組治療后膝關(guān)節(jié)OA嚴(yán)重程度指數(shù)評分降低。研究提示IL-1β含量變化可能是HA治療膝關(guān)節(jié)OA的療效判斷及預(yù)后評價的重要指標(biāo)之一[4]。

1.1.2 白細(xì)胞介素 6（Interleukin-6, IL-6） IL-6 被認(rèn)為可促進(jìn)2型輔助性T細(xì)胞免疫反應(yīng)，在多細(xì)胞生物體細(xì)胞間的通訊中起重要作用。其參與調(diào)節(jié)復(fù)雜的細(xì)胞過程，如增殖、分化，并在炎癥和免疫反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。GREGORY等[5]在對膝關(guān)節(jié)OA患者不同發(fā)展時期血清中IL-6水平的測定時發(fā)現(xiàn)，IL-6與膝關(guān)節(jié)OA嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，結(jié)果提示膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)生或加重極有可能與IL-6水平變化有不可分割的關(guān)聯(lián)。臨床研究表明，關(guān)節(jié)腔注射HA可改善膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔內(nèi)環(huán)境，減少炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，減輕膝關(guān)節(jié)OA患者炎癥癥狀，延緩病程進(jìn)行性加重，其機(jī)制可能與IL-6含量降低有著密切關(guān)系[6]。韋卓等[7]探討對關(guān)節(jié)腔注射HA治療兔膝關(guān)節(jié)OA軟骨退行性病變模型時，發(fā)現(xiàn)HA可能通過抑制炎癥因子NO-iNOS而發(fā)揮抵抗炎癥反應(yīng)，保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨作用，其作用機(jī)制與抑制IL-6等促炎因子的高表達(dá)有著密切關(guān)系。

1.1.3 白細(xì)胞介素 17（Interleukin-17,IL-17） IL-17是一類炎癥細(xì)胞因子成員，主要是由CD4+、CD45RO+記憶T細(xì)胞分泌的一種促炎細(xì)胞因子。有國外學(xué)者在探討某些炎癥介質(zhì)和軟骨降解分子作為大鼠OA模型關(guān)節(jié)損傷的可能標(biāo)志物時，發(fā)現(xiàn)IL-17在大鼠膝關(guān)節(jié)OA模型中明顯升高，提示IL-17是OA關(guān)節(jié)中主要的促炎細(xì)胞因子，其表達(dá)水平與滑膜炎癥、軟骨退變的表現(xiàn)呈正相關(guān)[8]。白玉明等[9]通過對56例膝關(guān)節(jié)OA患者每周行關(guān)節(jié)腔注射HA后，分別在第1次前和每間隔4周注射前及治療后留取靜脈血及患側(cè)膝關(guān)節(jié)滑液，檢測其留取液的IL-17含量，發(fā)現(xiàn)治療后8周IL-17的濃度較治療前降低，同時緩解膝關(guān)節(jié)疼痛癥狀。結(jié)果表明，膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔注射HA后可緩解膝關(guān)節(jié)疼痛癥狀，其機(jī)制可能與改善機(jī)體內(nèi)環(huán)境病理過程發(fā)生或發(fā)展有關(guān)，尤其與體內(nèi)IL-17含量變化有一定關(guān)聯(lián)，IL-17可作為一種膝關(guān)節(jié)OA療效評估的細(xì)胞炎癥因子。

1.2 腫瘤壞死因子

腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）是OA發(fā)病過程中的重要介導(dǎo)因子，也是炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因子，對滑膜炎的發(fā)生和軟骨基質(zhì)的破壞起重要作用。OA患者血清和關(guān)節(jié)液中的TNF-α含量隨病情惡化而升高，提示TNF-α水平對反映OA的嚴(yán)重程度有一定意義[10]。許鵬等[11]發(fā)現(xiàn)輕、中度膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔注射HA治療時，關(guān)節(jié)功能、炎癥癥狀好轉(zhuǎn)，其機(jī)制可能是使TNF-α等炎癥介質(zhì)含量降低而實(shí)現(xiàn)的。張麗娜等[12]動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在兔膝關(guān)節(jié)OA模型中，膝關(guān)節(jié)腔注射HA能降低關(guān)節(jié)滑液中TNF-α含量，減輕滑膜炎癥介質(zhì)對軟骨組織的損傷，加速軟骨細(xì)胞的新陳代謝，對軟骨的重建及修復(fù)有促進(jìn)作用。

1.3 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases,MMPs）是主要的蛋白酶家族，負(fù)責(zé)切割細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix, ECM）蛋白質(zhì)組和與 ECM 無關(guān)的蛋白質(zhì)，產(chǎn)生生物活性分子。人體關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)的破壞是由多種MMPs引起的。QIU等[13]研究證實(shí)，MMPs在膝關(guān)節(jié)OA軟骨和滑膜中明顯增加，尤其在軟骨破壞中的作用越來越明顯，同時發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)性兔膝關(guān)節(jié)OA關(guān)節(jié)腔注射HA可抑制早期滑膜基質(zhì)金屬蛋白酶3（matrix metalloproteinase-3, MMP-3）的表達(dá)，其可能是關(guān)節(jié)腔注射HA對創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)OA早期治療作用的機(jī)制之一。HAN等[14]在采用兔膝關(guān)節(jié)OA模型實(shí)驗(yàn)研究時，發(fā)現(xiàn)兔膝關(guān)節(jié)OA早期MMP-3在軟骨和滑膜mRNA中過度表達(dá)，可能是致使軟骨降解因素之一。與此同時，關(guān)節(jié)腔注射HA可以抑制兔膝關(guān)節(jié)OA模型產(chǎn)生MMP-3，總蛋白多糖合成水平升高，抑制軟骨分解，加速軟骨合成代謝，這對阻止早期膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)生、發(fā)展具有重要意義[14]。另一方面，基質(zhì)金屬蛋白酶 9（matrix metalloproteinase-9, MMP-9）是一種降解膠原蛋白和彈性蛋白的IV型膠原酶，SHIMIZU等[15]研究發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔注射HA可降低MMP-9的濃度，增加關(guān)節(jié)軟骨中HA含量，降低蛋白酶含量，從而抑制關(guān)節(jié)軟骨的分解代謝，延緩膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)展。麻圣達(dá)等[16]將68例膝關(guān)節(jié)OA患者隨機(jī)分為HA組和對照組，治療后HA組關(guān)節(jié)液中MMP-3、MMP-9含量較對照組下降，且關(guān)節(jié)功能療效評估優(yōu)于對照組，結(jié)果提示，關(guān)節(jié)腔注射HA能有效防止膝關(guān)節(jié)OA軟骨組織分解代謝，阻礙關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行性退變，其與減少關(guān)節(jié)液中MMP-3、MMP-9含量有著緊密的聯(lián)系。李彥林等[17]研究發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射HA可能通過干擾關(guān)節(jié)液中基質(zhì)細(xì)胞衍生因子 1（stromal cell derived factor-1, SDF-1）與軟骨細(xì)胞表面的CXCR4受體結(jié)合，阻斷細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)酶（Erk）及相關(guān)激酶（p38MAP kinase）的信號通路，從而抑制軟骨細(xì)胞釋放MMP-3、MMP-9及MMP-13，阻止軟骨基質(zhì)降解酶與軟骨的接觸，防止軟骨基質(zhì)進(jìn)一步破壞。

1.4 骨橋骨蛋白

骨橋骨蛋白（Osteopontin, OPN）是一種磷酸化糖蛋白，在骨組織中廣泛存在，可由軟骨細(xì)胞和滑膜細(xì)胞等多種細(xì)胞分泌。研究發(fā)現(xiàn)，OA患者軟骨細(xì)胞中OPN mRNA的表達(dá)量較正常軟骨增加[18]。此外，OPN在滑液、血漿和關(guān)節(jié)軟骨中的表達(dá)與進(jìn)展性關(guān)節(jié)損傷有關(guān)，可作為判斷OA病情和病情進(jìn)展的一個生物因子[19]。張德清等[20]發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)OA病情越重，關(guān)節(jié)液中OPN含量越高，當(dāng)膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔注射HA后，膝關(guān)節(jié)OA關(guān)節(jié)液中OPN含量降低，且OPN含量越低，關(guān)節(jié)功能及疼痛改善越明顯，說明關(guān)節(jié)液中OPN含量變化可及時反映膝關(guān)節(jié)OA患者病情的發(fā)展和療效?？讜焄21]研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射HA治療膝關(guān)節(jié)OA是安全有效的，其作用機(jī)制與降低膝關(guān)節(jié)液中OPN含量有密切關(guān)系。

2 相關(guān)生物標(biāo)志物的變化

2.1 生物標(biāo)志物

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，不斷發(fā)現(xiàn)新的關(guān)節(jié)軟骨破壞標(biāo)志物，OA的生物標(biāo)志物被限定為來源于關(guān)節(jié)組織的大分子物質(zhì)，即可讓OA患者關(guān)節(jié)液或血液等體液中特異性生物標(biāo)志物和蛋白酶等作為診斷OA的輔助指標(biāo)。其不僅對OA的診斷有指導(dǎo)意義，而且是骨關(guān)節(jié)炎類藥物的臨床療效和安全評估指標(biāo)之一。

2.2 Ⅱ型膠原C-端肽

Ⅱ型膠原蛋白由三段螺旋鏈狀交替構(gòu)成。當(dāng)OA患者發(fā)生病變時，在各類蛋白酶的降解下，Ⅱ型膠原最先裂解生成Ⅱ型膠原C-端肽（C-terminal telopeptides of type II collagen, CTX- Ⅱ ），CTX- Ⅱ 在MMPs等的降解下，三螺旋結(jié)構(gòu)分裂，以小肽成分存在于體液中，可同時在血液、滑液和尿液中測到生物標(biāo)志物。CHRISTGAU等[22]首先描述一種將尿CTX-Ⅱ作為軟骨退化指標(biāo)的免疫測定法，這項(xiàng)研究表明OA患者尿CTX-Ⅱ增加，因此CTX-Ⅱ可被認(rèn)為是監(jiān)測膝關(guān)節(jié)OA發(fā)生或進(jìn)展的生物標(biāo)志物。CONROZIER等[23]對51例單側(cè)癥狀性膝關(guān)節(jié)OA患者每周注射HA，連續(xù)注射3個月后，檢測到膝關(guān)節(jié)OA患者尿CTX-Ⅱ水平與基線相比下降，Ⅱ型膠原降解速度減慢，從而起到對軟骨的保護(hù)作用。

2.3 軟骨寡聚基質(zhì)蛋白

軟骨寡聚基質(zhì)蛋白（cartilage oligomeric matrix protein, COMP）是軟骨的原始分子標(biāo)志物，是一種非膠原糖蛋白。其能激活補(bǔ)體系統(tǒng)，與其他蛋白質(zhì)相互作用，維持軟骨完整性，調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞功能和細(xì)胞死亡。ANDERSSON等[24]稱COMP是監(jiān)測軟骨損傷和預(yù)后情況的重要因子，也是確定是療效的可靠因素。有研究者發(fā)現(xiàn)，COMP濃度的增加反映OA持續(xù)發(fā)展的過程，是一個比放射性變化更加敏感的測量工具[25]。GIARRATANA等[26]對72例膝關(guān)節(jié)OA患者每周關(guān)節(jié)腔注射HA時發(fā)現(xiàn)，在最初注射前第1、6和26周COMP的濃度與膝關(guān)節(jié)OA癥狀呈負(fù)相關(guān)，結(jié)果表明COMP含量的變化是評價關(guān)節(jié)腔注射HA治療膝關(guān)節(jié)OA的重要指標(biāo)之一。

2.4 硫酸軟骨素

硫酸軟骨素（chondroitin sulfate, CS）是一種天然的糖胺聚糖，廣泛存在于軟骨和細(xì)胞外基質(zhì)中，其中4- 硫酸軟骨素（chondroitin 4-sulfate, C4S）和 6- 硫酸軟骨素（chondroitin 6-sulfate, C6S）是關(guān)節(jié)軟骨中CS的主要組成成分。關(guān)節(jié)軟骨變性和破壞會引起CS釋放進(jìn)入滑液，繼發(fā)性導(dǎo)致滑液的黏度降低，使軟骨進(jìn)一步破壞。杜國輝等[27]對兔膝關(guān)節(jié)OA模型關(guān)節(jié)腔注射HA后，發(fā)現(xiàn)可減少兔關(guān)節(jié)滑液中C4S、C6S含量，從而調(diào)節(jié)軟骨蛋白聚糖的降解及合成，對維持關(guān)節(jié)軟骨正常的新陳代謝起重要作用。KUSAYAMA等[28]對73例膝關(guān)節(jié)OA患者進(jìn)行5周（1次/周）內(nèi)關(guān)節(jié)腔注射HA治療，并對55例（55膝）進(jìn)行分析；分別于第1和5次注射前測定C4S、C6S含量，結(jié)果顯示注射后C4S、C6S濃度降低。研究表明，關(guān)節(jié)腔注射HA可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)內(nèi)CS的水平，其中C4S、C6S含量降低可能對關(guān)節(jié)軟骨和滑膜有保護(hù)作用[28]。

2.5 HA

HA是一種由D-葡萄糖醛酸與N-乙酰-氨基葡萄糖反復(fù)交替組成的大型糖胺多糖，存在于滑膜液和許多其他細(xì)胞外基質(zhì)中，是軟骨基質(zhì)成分之一，在關(guān)節(jié)軟骨的柔韌性和彈性，以及維持滑膜液的粘彈性和潤滑性方面著重要作用。其也可以在關(guān)節(jié)軟骨表面形成一層保護(hù)膜，防止軟骨降解或變性。JIAO等[29]在對膝關(guān)節(jié)鏡或全膝關(guān)節(jié)置換患者進(jìn)行軟骨損傷評分時，發(fā)現(xiàn)血清中HA可用于預(yù)測膝關(guān)節(jié)早期軟骨損傷。而在臨床上，當(dāng)將高分子HA注入關(guān)節(jié)腔后，可以在痛覺感受器表面形成覆蓋，即能刺激滑膜內(nèi)HA的合成，又能介導(dǎo)軟骨細(xì)胞的增殖功能。WIIG等[30]通過兔膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶離斷復(fù)制膝關(guān)節(jié)OA后，行關(guān)節(jié)腔注射HA，發(fā)現(xiàn)軟骨面組織修復(fù)，膠原合成增加，炎癥發(fā)生減少，受軟骨病變抑制。GUIDOLIN等[31]研究認(rèn)為，在關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射HA可重建表面軟骨細(xì)胞，改善軟骨細(xì)胞密度和代謝，從而達(dá)到治療膝關(guān)節(jié)OA的目的。綜上所述，筆者發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)腔注射HA可以使其在膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔內(nèi)保持穩(wěn)定，其不僅可以防止軟骨的損傷和變性，而且可促進(jìn)軟骨組織修復(fù)，減輕炎癥反應(yīng)，從而阻止膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)病進(jìn)程。

2.6 Ⅱ型膠原-1

Ⅱ 型 膠 原 -1（type II collagen-1, Coll2-1） 是Ⅱ型膠原在膠原酶和明膠酶B共同解聚后形成的松弛螺旋暴露新表位的代謝物，屬于二型膠原的衍生物。DEBERG等[32]在測定OA患者的血清或滑液中Coll2-1濃度時，發(fā)現(xiàn)其濃度高于年齡匹配的正常人，進(jìn)一步闡述其在診斷、預(yù)后、疾病負(fù)擔(dān)及監(jiān)測療效方面有潛在的應(yīng)用價值。HENROTIN等[33]通過膝關(guān)節(jié)OA患者關(guān)節(jié)腔注射HA治療后軟骨標(biāo)記物的敏感性分析顯示，HA治療組患者血清Coll2-1水平降幅高于對照組，研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射HA可以顯著降低軟骨分解代謝產(chǎn)物—Coll2-1，表明其對軟骨退化有一定好處，并且在臨床試驗(yàn)中可用于評估膝關(guān)節(jié)OA單個關(guān)節(jié)內(nèi)治療。特別在重癥膝關(guān)節(jié)OA患者中，關(guān)節(jié)腔注射HA可使血Coll2-1、硝基化Coll2-1水平明顯下降，從而抑制Ⅱ型膠原降解，改善關(guān)節(jié)炎癥表現(xiàn)，這反映血清中Coll2-1水平似乎是治療反應(yīng)的預(yù)測因子[34]。

3 展望

雖然迄今膝關(guān)節(jié)OA發(fā)病原因仍不明確，但已有大量證據(jù)顯示膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)生與體重、性別、年齡、外傷及遺傳等密切相關(guān)；而就膝關(guān)節(jié)OA患者個體而言，其發(fā)生可能跟關(guān)節(jié)局部生物力學(xué)異常改變有關(guān)，如關(guān)節(jié)創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)紊亂、半月板損傷、韌帶損傷及肌肉無力等因素有關(guān)。同時，膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)展也伴隨著滑膜炎癥的產(chǎn)生、軟骨損傷和骨贅的形成等病理過程呈進(jìn)行性的病變。

HA是一種天然存在關(guān)節(jié)中，具有流體動力學(xué)特征的糖胺多糖類物質(zhì)。而關(guān)節(jié)腔注射HA治療膝關(guān)節(jié)OA的有效性及安全性已得到普遍認(rèn)同，其可刺激內(nèi)生性HA進(jìn)一步分泌，也可覆蓋和保護(hù)關(guān)節(jié)內(nèi)組織，鈍化疼痛感受器，抑制炎癥因子釋放及蛋白多糖物質(zhì)從軟骨基質(zhì)中游離，間接或直接抑制軟骨變性。在膝關(guān)節(jié)OA的病理過程中，筆者不僅可以發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞因子及生物標(biāo)志物與膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)生、發(fā)展存在密切聯(lián)系，而且當(dāng)關(guān)節(jié)腔注射HA時，其含量變化似乎是治療反應(yīng)的一個預(yù)測因素。本文說明生物標(biāo)志物及相關(guān)細(xì)胞因子不但在診斷膝關(guān)節(jié)OA方面有重要意義，同時也對關(guān)節(jié)腔注射HA的預(yù)后和療效評估有重要指導(dǎo)意義。膝關(guān)節(jié)OA作為一種晚期致殘率較高的疾病，其治療應(yīng)該是個體化、綜合性的多種學(xué)科結(jié)合方式。就當(dāng)前而言，HA關(guān)節(jié)腔注射治療膝關(guān)節(jié)OA仍是非手術(shù)治療的重要組成部分，這對于進(jìn)一步研究HA治療膝關(guān)節(jié)OA的療效提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

綜上所述，筆者發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)展可能不僅與關(guān)節(jié)過度負(fù)重導(dǎo)致生物力學(xué)改變有關(guān)，而且與多種細(xì)胞因子和生物標(biāo)志物協(xié)同參與相互作用的病理過程也有著重要的關(guān)系。