王越，王新軍，袁銀鵬，王宇澤山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，太原 030000

骨關(guān)節(jié)炎(OA)是以關(guān)節(jié)進(jìn)行性退變?yōu)樘卣?，以關(guān)節(jié)疼痛為主要臨床表現(xiàn)的退行性疾病[1]。2020年起OA將成為全球第四大致殘疾病，給家庭及社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[2]。但OA的發(fā)病原因及其發(fā)展機(jī)制目前尚未完全明確。多個(gè)信號(hào)通路在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用，涉及軟骨細(xì)胞的凋亡及細(xì)胞外基質(zhì)的改變等。深入研究信號(hào)通路對(duì)闡釋OA的發(fā)生發(fā)展機(jī)制有重要意義，同時(shí)也為OA的早期診斷及治療提供理論基礎(chǔ)。本文就目前研究較多的幾條信號(hào)通路與OA發(fā)生發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期為OA的研究及治療提供新方向。

1 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路

1.1 p38MAPK信號(hào)通路 在關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的損傷中p38 MAPK信號(hào)通路有非常重要的作用。該通路在誘導(dǎo)細(xì)胞衰老中起直接作用，與軟骨細(xì)胞分化、肥大化、鈣化、調(diào)亡、MMP合成及促炎因子的產(chǎn)生等關(guān)系密切。機(jī)械應(yīng)力、細(xì)胞因子及炎性介質(zhì)均可激活p38MAPK信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)炎性介質(zhì)如環(huán)氧合酶2(COX-2)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)及多種MMP等的表達(dá)，促進(jìn)OA的發(fā)生發(fā)展[3]。p38MAPK有四種亞型：p38α、p38β、p38δ、p38γ，在正常軟骨細(xì)胞中的表達(dá)情況為p38γ>p38α≥p38β>p38δ。而OA軟骨細(xì)胞中p38亞型比例發(fā)生改變，磷酸化p38α表達(dá)遠(yuǎn)高于磷酸化p38γ的表達(dá)。這種改變影響了激活子蛋白1、MAPK2等的活性，導(dǎo)致MMP-13的表達(dá)增加，促進(jìn)了骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展。Huang等[4]發(fā)現(xiàn)，p38MAPK信號(hào)通路被特異性抑制劑PAR2抑制后，軟骨細(xì)胞活性提高。同時(shí)炎癥因子iNOS、COX-2、MMP-1、MMP-13、血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶5等的表達(dá)均被抑制，使得細(xì)胞外周圍基質(zhì)的降解減少。

研究發(fā)現(xiàn)，p38 MAPK信號(hào)通路對(duì)軟骨分化有良性作用。Ma等[5]發(fā)現(xiàn)，p38 MAPK信號(hào)通路在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)向成骨、成軟骨分化過程中起重要作用。p38MAPK是轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)誘導(dǎo)BMSC向軟骨分化中的調(diào)節(jié)因子，可明顯促進(jìn)Ⅱ型膠原、Aggrecan及SRY相關(guān)的高遷移率族盒基因9(SOX-9)等的表達(dá)，從而在TGF-β1誘導(dǎo)的軟骨分化中起促進(jìn)作用。這為p38 MAPK信號(hào)通路的研究提供了新方向。

1.2 JNK信號(hào)通路 JNK信號(hào)通路是MAPK信號(hào)通路的重要亞型，在細(xì)胞發(fā)育、凋亡和應(yīng)激等過程中起重要作用[6]。JNK蛋白激酶的亞型有JNK1、JNK2、JNK3。前兩者在全身各組織廣泛表達(dá)，而后者僅發(fā)現(xiàn)于腦、心臟和睪丸組織。腫瘤壞死因子α(TNF-α)等因子可激活JNK信號(hào)通路，從而促進(jìn)軟骨細(xì)胞發(fā)生凋亡或死亡[7]。Zhou等[8]發(fā)現(xiàn)，JNK磷酸化被金皂甙(Kin)特異性抑制后，JNK信號(hào)通路被抑制，炎性因子的表達(dá)量減少，同時(shí)Kin能減輕炎性M1型巨噬細(xì)胞的浸潤和關(guān)節(jié)軟骨的退變，拮抗OA的發(fā)生發(fā)展。

1.3 ERK信號(hào)通路 細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)是信號(hào)從細(xì)胞表面到細(xì)胞核傳遞過程中的關(guān)鍵因子，有多個(gè)亞型，如ERK1～5及ERK7/8，目前研究多集中于ERK1、ERK2。與p38MAPK信號(hào)通路及JNK信號(hào)通路相比較，ERK信號(hào)通路對(duì)于細(xì)胞外基質(zhì)的影響較小，其功能主要調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化和分裂。ERK信號(hào)通路與OA發(fā)生發(fā)展過程中軟骨鈣化和骨贅的形成有關(guān)[9]。研究發(fā)現(xiàn)，ERK通路可被小檗堿特異性阻斷，繼而影響調(diào)節(jié)活性脂質(zhì)的表達(dá)，抑制細(xì)胞增殖和炎癥反應(yīng)，從而在調(diào)脂、抗關(guān)節(jié)炎和抑制滑膜增生過程中起重要作用[10]。

2 Notch信號(hào)通路

Notch信號(hào)通路進(jìn)化上高度保守，廣泛存在于脊椎及非脊椎動(dòng)物，可使相鄰細(xì)胞相互作用，進(jìn)而調(diào)整細(xì)胞、組織及器官的分化和發(fā)育。Notch信號(hào)通路組成包括Notch受體、Notch配體、CSL DNA結(jié)合蛋白、其他效應(yīng)物及調(diào)節(jié)分子等。在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)Notch受體4種亞型Notch-l、Notch-2、Notch-3及Notch-4，其中Notch-1和Notch-2受體在關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中高表達(dá)，位于關(guān)節(jié)軟骨的細(xì)胞表面，但在變性軟骨中易位到細(xì)胞核中。Notch配體在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)5種亞型Jagged-1、Jagged-2、DLL-1、DLL-3、DLL-4，其中Jagged-1在OA模型的軟骨細(xì)胞中大量表達(dá)。Notch信號(hào)通路下游的信號(hào)傳導(dǎo)分子有Hes-1、Hes-5、Hes-7、Hey-1、Hey-2、HeyL等，有直接轉(zhuǎn)錄靶目標(biāo)并介導(dǎo)Notch信號(hào)傳導(dǎo)的作用，其中只有Hes-1在關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中高表達(dá)。Hes-1過表達(dá)可以誘導(dǎo)許多炎癥相關(guān)分子表達(dá)，如白細(xì)胞介素6(IL-6)、IL-1受體樣1等的表達(dá)，促進(jìn)OA的發(fā)展。

Notch信號(hào)通路被激活后，可調(diào)控細(xì)胞增殖、分化與凋亡的進(jìn)程，在維持軟骨細(xì)胞表型及其周圍基質(zhì)的平衡中起重要作用。Notch信號(hào)通路通過抑制干細(xì)胞或祖細(xì)胞分化來調(diào)節(jié)器官發(fā)生，包括軟骨的平衡。同時(shí)，Notch-1在表層的軟骨細(xì)胞中高表達(dá)，Notch信號(hào)的抑制會(huì)增強(qiáng)軟骨細(xì)胞的集落形成能力[11]。Xiao等[12]發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)的激活通過抑制關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)其肥大化，參與了早期OA的發(fā)生和發(fā)展。這個(gè)過程中Notch信號(hào)通路通過關(guān)鍵因子Runx-2調(diào)節(jié)MMP-13的表達(dá)，并且該通路還參與了OA早期細(xì)胞外基質(zhì)的降解。另外，分泌酶抑制劑(DAPT)是Notch信號(hào)通路的一種小分子抑制劑，將其加入軟骨細(xì)胞中進(jìn)行孵育，可增加關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中Col-Ⅱ的表達(dá)，同時(shí)顯著抑制IL-1β誘導(dǎo)的MMP-13的表達(dá)。Biao等[13]發(fā)現(xiàn)，Notch-Hes-1信號(hào)與人解整合素樣金屬蛋白酶8(ADAM-8)形成促進(jìn)OA進(jìn)展的正反饋回路，在OA發(fā)生發(fā)展中起到重要作用。Notch信號(hào)通路的下游成分Hes-1與ADAM-8啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合后，促進(jìn)ADAM-8表達(dá)，繼而使TNF-α、IL-6、Ⅱ型膠原和Aggrecan的表達(dá)增加，發(fā)生細(xì)胞增殖和凋亡，促進(jìn)OA的進(jìn)展。吳紹軍等[14]采用Jagged-1蛋白(Notch信號(hào)通路激活劑)和DAPT蛋白(Notch信號(hào)通路抑制劑)對(duì)Notch信號(hào)通路進(jìn)行雙向調(diào)控，發(fā)現(xiàn)Notch信號(hào)通路激活后，會(huì)發(fā)生Bax蛋白表達(dá)上調(diào)和Bcl-2蛋白表達(dá)下調(diào)，繼而促進(jìn)軟骨細(xì)胞的凋亡。

3 Wnt信號(hào)通路

Wnt信號(hào)由于其在胚胎發(fā)育、分化、細(xì)胞增殖、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞極性和成體組織穩(wěn)態(tài)中的中心作用被廣泛重視。Wnt信號(hào)通路在進(jìn)化上高度保守，目前已有4條Wnt途徑被證實(shí)，經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路、平面細(xì)胞極性通路、Wnt/Ca2+通路以及調(diào)節(jié)紡錘體方向、非對(duì)稱細(xì)胞分裂的胞內(nèi)通路[15]。其中以Wnt經(jīng)典信號(hào)通路研究較多，其組成包括Wnt蛋白(即Wnt配體)、Wnt受體、Dishevelled蛋白、β-連環(huán)蛋白、糖原合成酶激酶-3β、Axin/Conductin及APC蛋白等。

經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路主要參與軟骨基質(zhì)分解代謝的調(diào)節(jié)、關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞去分化過程和軟骨細(xì)胞的凋亡過程，在OA的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[16]。經(jīng)典Wnt信號(hào)通路在OA的發(fā)生發(fā)展過程中起到正負(fù)雙重調(diào)節(jié)的作用，適度的活性對(duì)正常軟骨細(xì)胞增殖和維持其典型特征至關(guān)重要，而過度激活會(huì)增加軟骨細(xì)胞肥大化和基MMP的表達(dá)。所以經(jīng)典Wnt信號(hào)通路活性的微妙平衡對(duì)維持軟骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)有重要意義。另外經(jīng)典Wnt信號(hào)通路的過度激活，會(huì)導(dǎo)致滑膜的增生以及軟骨下骨的異常重塑和骨贅的形成[17]。Béla等[18]發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞中的Wnt信號(hào)通路激活會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的重塑信號(hào)，一些激動(dòng)劑如Wisp-1，參與了軟骨細(xì)胞的凋亡和骨贅生物的形成；而某些因子如Wnt-16，卻具有保護(hù)作用。OA成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞中Wnt-5a mRNA和蛋白表達(dá)升高。某些Wnt抑制劑如硬骨素，可抑制關(guān)節(jié)軟骨損傷；再如另一種抑制劑DKK-1，不僅可以阻止Wnt信號(hào)傳導(dǎo)，還可以降低血管內(nèi)皮生長因(VEGF)的表達(dá)和骨贅的形成。Cai等[19]發(fā)現(xiàn)，在炎癥因子刺激下，經(jīng)典Wnt信號(hào)途徑過度激活，使得循環(huán)中的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)擴(kuò)增，導(dǎo)致OA滑膜下層血清鐵蛋白積聚，促進(jìn)OA的發(fā)生發(fā)展。Mao等[20]發(fā)現(xiàn)，OA的滑膜組織和滑膜細(xì)胞中存在高表達(dá)的HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOTAIR)，抑制ncRNA-HOTAIR后Wnt信號(hào)通路可被抑制，使得炎癥因子表達(dá)降低、滑膜炎癥減輕、滑膜細(xì)胞增殖減少，從而減輕軟骨細(xì)胞凋亡，延緩OA的進(jìn)展。Wang等[21]發(fā)現(xiàn)低Wnt信號(hào)激活促進(jìn)軟骨細(xì)胞分化，而高Wnt信號(hào)則減弱軟骨細(xì)胞分化，這個(gè)過程與Exostosin-1(Ext1)有關(guān)，Ext1和Wnt信號(hào)之間存在一個(gè)調(diào)節(jié)環(huán)，兩者之間呈正相關(guān)，Ext1可以增強(qiáng)軟骨分化過程中典型Wnt信號(hào)的傳導(dǎo)活性。

4 TGF-β信號(hào)通路

TGF-β具有多種生物學(xué)功能，屬于TGF-β超家族，在全身大部分組織和器官廣泛表達(dá)。TGF-β信號(hào)通路在軟骨的發(fā)育、保持以及修復(fù)過程中起重要的作用。除TGF-β外，TGF-β超家族還包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、生長分化因子、Nodal、活化素和抑制素等，其中BMP在間充質(zhì)細(xì)胞向軟骨細(xì)胞的分化過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用，而TGF-β信號(hào)則使軟骨細(xì)胞維持于未分化狀態(tài)，抑制軟骨細(xì)胞的肥大、分化等。TGF-β超家族成員在形成功能性受體復(fù)合物后，可以激活多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，可分為受體SMAD依賴性(R-SMAD)和非依賴性，R-SMAD被認(rèn)為是TGF-β家族成員特有的典型信號(hào)通路。研究表明，TGF-β在軟骨中的表達(dá)會(huì)隨著年齡的增加而出現(xiàn)衰退[22]。

TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)在軟骨中具有重要的抗炎作用，尤其在調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞肥大化過程中更為明顯。在OA發(fā)生的早中期，MMP-13的表達(dá)增加，在這種刺激下TGF-β會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)性升高以自發(fā)保護(hù)軟骨細(xì)胞的微環(huán)境。隨著病程的進(jìn)展，軟骨細(xì)胞微環(huán)境被破壞而TGF-β不能代償時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不可逆改變，使軟骨細(xì)胞發(fā)生自噬、凋亡及壞死等。Takano等[23]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β介導(dǎo)的VEGF在OA發(fā)病過程中具有保護(hù)作用。TGF-β通過典型途徑和非典型途徑調(diào)節(jié)OA患者滑膜中VEGF的表達(dá)。另外，TGF-β還可通過MAPK途徑誘導(dǎo)VEGF的表達(dá)。其中典型的TGF-β信號(hào)途徑(SMAD2/3和SMAD1/5/8途徑)起到鍵作用，若被特異性抑制后，可降低TGF-β介導(dǎo)的VEGF的表達(dá)，從而對(duì)OA的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響。Hu等[24]發(fā)現(xiàn)，激活軟骨細(xì)胞中TGF-β/Smad信號(hào)通路后，SOX-9、COL2A1和ACAN水平升高，RUNX-2、COL10A1和MMP-13水平降低；抑制軟骨細(xì)胞TGF-β/Smad信號(hào)通路會(huì)促進(jìn)軟骨細(xì)胞肥大化的進(jìn)展microRNAs-455-3p，而通過直接靶向抑制P21激活激酶，可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞TGF-β/Smad信號(hào)通路表達(dá)，從而抑制軟骨退變。

5 核因子κB(NF-κB)信號(hào)通路

NF-κB可與免疫球蛋白κ輕鏈基因的增強(qiáng)子區(qū)域特異性結(jié)合。NF-κB最初被認(rèn)為是B細(xì)胞分化和發(fā)揮功能的調(diào)節(jié)劑，但后來發(fā)現(xiàn)其是各種細(xì)胞中普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子。NF-κB家族在哺乳動(dòng)物中主要有五種亞型：p65(RelA)、c-Rel、RelB、NF-κB1(p105/p50)、NF-κB2(p100/p52)。在未被外界因子刺激的細(xì)胞中，NF-κB二聚體通過與抑制性IκB蛋白相互作用而保留在細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)被刺激后，IκB被IκB激酶(IKK)磷酸化，并被蛋白酶降解，游離的NF-κB復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，結(jié)合NF-κB反應(yīng)元件，并激活數(shù)百種免疫調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)，使得炎性因子、趨化因子、黏附因子和生長因子等表達(dá)增加。NF-κB激活有兩種方式：經(jīng)典途徑和替代途徑。經(jīng)典途徑中由p65、c-Rel、p50亞基組成NF-κB二聚體，在IKK復(fù)合物調(diào)節(jié)下進(jìn)入細(xì)胞核，與相應(yīng)基因位點(diǎn)結(jié)合，發(fā)揮作用，該途徑是快速作用并且可逆，參與了骨骼發(fā)育，尤其是軟骨內(nèi)骨化；替代途徑主要通過IKKα激活p52和RelB。與經(jīng)典途徑相比，替代途徑中的NF-κB活化較慢且持續(xù)時(shí)間更長，可調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞的增殖和分化，以維持軟骨內(nèi)骨化。

炎癥因子可刺激NF-κB信號(hào)通路過度表達(dá)，影響關(guān)節(jié)軟骨的生成。NF-κB信號(hào)通路可刺激炎性和破壞性介質(zhì)的表達(dá)，如環(huán)COX-2、前列腺素E2、iNOS等。Piao等[25]發(fā)現(xiàn)，NF-κB信號(hào)通路可被內(nèi)源性DHA衍生的脂質(zhì)介質(zhì)PDX特異性抑制，從而降低iNOS、COX-2和MMP-13等的表達(dá)，減輕炎癥反應(yīng)。Cho等[26]研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β可通過激活NF-κB信號(hào)通路促進(jìn)的MMP-13的產(chǎn)生，促使軟骨細(xì)胞發(fā)生凋亡。

6 mTOR信號(hào)通路

TOR由進(jìn)化保守的非典型絲氨酸蘇氨酸激酶組成，是磷脂酰肌醇激酶相關(guān)激酶家族的一部分，在哺乳動(dòng)物中的對(duì)應(yīng)物即為mTOR。mTOR在哺乳動(dòng)物體內(nèi)有兩種形式：mTOR-1和mTOR-2。mTOR-1對(duì)調(diào)節(jié)和促進(jìn)細(xì)胞生長、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、抑制自噬、營養(yǎng)吸收和代謝等非常重要。mTOR-2對(duì)控制細(xì)胞內(nèi)吞、調(diào)節(jié)鞘脂生物合成及細(xì)胞骨架極化中起作用。mTOR通路在骨骼發(fā)育過程中對(duì)軟骨細(xì)胞增殖、成熟和軟骨基質(zhì)的產(chǎn)生起著積極和主導(dǎo)作用，并且mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還有助于MSC向軟骨細(xì)胞的分化。

外界因素如炎癥因子等的刺激，會(huì)使得軟骨中mTOR表達(dá)上調(diào)，繼而促進(jìn)軟骨細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)OA的發(fā)生發(fā)展。Cai等[27]發(fā)現(xiàn)，miR-27a是人軟骨細(xì)胞中PI3K-Akt/mTOR軸的調(diào)節(jié)因子，參與軟骨細(xì)胞的退變。MiR-27a是以PI3K的保守位點(diǎn)為靶點(diǎn)，可以針對(duì)不同的基因，如DKK2、SFRP1、TLR4、FOXO1和CASR等。PI3K-Akt/mTOR軸及其下游成分，特別是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的因子(括Bcl-xL、Bcl-2、Bax、VEGF和MMP等)都在OA的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。故miR-27a的表達(dá)上調(diào)可通過直接下調(diào)PI3K-Akt/mTOR軸，拮抗炎癥因子的作用。Kong等[28]發(fā)現(xiàn),AMPK/mTOR信號(hào)可被活性維他命D或其類似物激活，減少炎癥因子(TNF-α、IL-6等)的產(chǎn)生，繼而減輕炎癥反應(yīng)。同時(shí)AMPK/mTOR是一種公認(rèn)的自噬相關(guān)通路，其中mTOR是自噬相關(guān)基因的上游激酶，其激活可抑制細(xì)胞發(fā)生自噬。

多種信號(hào)通路可被外界刺激激活，在炎性反應(yīng)的調(diào)控、軟骨細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)的代謝調(diào)節(jié)中起到重要作用。通過對(duì)這些信號(hào)通路的研究，尋找通路上游或下游的關(guān)節(jié)效應(yīng)因子，可以為OA的治療提供更加行之有效的方法。