王堯 姚玲 楊華瑜

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA) 是一種以關(guān)節(jié)軟骨損害為主的慢性疾病，主要表現(xiàn)為軟骨退化、滑膜炎癥、軟骨下骨重塑和骨贅形成。多發(fā)生在中年以后，女性多于男性，有一定的致殘率，嚴(yán)重影響中老年人的生存質(zhì)量和健康[1]。肥胖代謝綜合征由于脂肪代謝異常在體內(nèi)過(guò)度聚集引起，有研究表明，膝關(guān)節(jié) OA 與肥胖之間有很強(qiáng)的 聯(lián)系[2-3]。

脂肪細(xì)胞是脂肪組織的主要細(xì)胞成分，白色脂肪組織中的脂肪細(xì)胞可以分泌脂肪因子，主要包括脂聯(lián)素、瘦素、抵抗素和趨化素等生理活性分子。有研究表明，脂肪因子在 OA 發(fā)生過(guò)程中有促炎作用及促分解代謝及免疫應(yīng)答等重要功能[4]，參與軟骨細(xì)胞的衰老，從而影響骨骼重塑，與骨骼的退行性病變密切相關(guān)[5]。除脂肪細(xì)胞外，駐關(guān)節(jié)細(xì)胞也可合成脂肪因子，有軟骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞、成骨細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、免疫細(xì)胞等。這些細(xì)胞中存在脂肪因子的受體，從而形成了一系列復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng) 絡(luò)[6]。本綜述的目的是總結(jié)脂肪因子與 OA 產(chǎn)生的關(guān)系，為 OA 的治療提供潛在靶點(diǎn)信息。

一、脂肪因子與 OA

1. 瘦素(leptin)：瘦素是脂肪細(xì)胞分泌的主要脂肪因子，與白色脂肪組織質(zhì)量呈正相關(guān)[7]。是由 LEP(Ob) 基因編碼的 16 kDa 非糖基化蛋白，主要在下丘腦發(fā)揮外周和中樞作用，參與食欲和肥胖調(diào)節(jié)[8]。瘦素的合成主要受到能量狀況、性激素和炎癥介質(zhì)的調(diào)節(jié)[9]，主要在基礎(chǔ)代謝、胰島素分泌、骨量和生殖等功能方面起作用[10]。

瘦素生物學(xué)效應(yīng)是通過(guò)瘦素受體(leptin receptor，LEPR) 的長(zhǎng)型介導(dǎo)的，LEPR 屬于 Ⅰ 類細(xì)胞因子受體超家族[11]，在人的軟骨細(xì)胞中可以檢測(cè)到瘦素及其受體。瘦素可以促進(jìn)生長(zhǎng)板內(nèi)軟骨細(xì)胞的增殖和分化，并通過(guò) Janus 激酶 / 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子(the janus kinase / signal transducer and activator if tran-ions，JAK / STAT) 信號(hào)通路和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK) 通路刺激 ATDC5 軟骨細(xì)胞中的 Col1oa1 基因[12]。與野生型小鼠相比，Ob / Ob 小鼠生長(zhǎng)板 Ⅹ 膠原水平表達(dá)較低[13]。瘦素可以作用于下丘腦而起到中樞調(diào)節(jié)作用，并通過(guò) β2 腎上腺素受體作用于成骨細(xì)胞，來(lái)激活 c-myc 和蛋白激酶a(protein kinase A，PKA) / 激活轉(zhuǎn)錄因子 4 (activating transcription factor 4，ATF4) / 核因子 κB 受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL) 兩個(gè)分子級(jí)聯(lián)，前者抑制成骨細(xì)胞增殖，后者則增強(qiáng)了破骨細(xì)胞的骨吸收作用[14-15]。另外，瘦素還可以與人間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs) 上的 Ob-Rb 結(jié)合，促進(jìn)其增殖和分化為成骨細(xì)胞。在軟骨下骨中，瘦素表達(dá)增加與高水平的堿性磷酸酶、骨鈣素、Ⅰ 型膠原和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β 有關(guān)[16]。最后，瘦素還與炎癥過(guò)程相關(guān)，瘦素增加了 OA 患者 CD4+T 細(xì)胞中白細(xì)胞介素 6 (interleukin 6，IL-6)、白細(xì)胞介素 8(interleukin 8，IL-8) 和趨化因子配體 3(chemokine ligand 3，CCL3) 的表達(dá)[17]。綜上，瘦素參與 OA 發(fā)病的主要機(jī)制是引起軟骨細(xì)胞的過(guò)度肥大變形以及過(guò)度骨化并有促炎作用。

與健康的關(guān)節(jié)相比，OA 患者軟骨和滑液中瘦素的濃度明顯升高，但目前沒(méi)有證據(jù)表明血清中瘦素水平與軟骨損傷或滑膜炎癥之間存在關(guān)聯(lián)。在 OA 發(fā)病過(guò)程中，瘦素可單獨(dú)或與其它促炎因子或分解代謝因子相互作用，可以誘導(dǎo)人軟骨細(xì)胞原代培養(yǎng)物中 IL-8，基質(zhì)金屬蛋白酶 1 (matrix metalloproteinase 1，MMP-1)，基質(zhì)金屬蛋白酶 13(matrix metalloproteinase 13，MMP-13)，基質(zhì)金屬蛋白酶 0 (matrix metalloproteinase 9，MMP-9) 和基質(zhì)金屬蛋白酶 3(matrix metalloproteinase 3，MMP-3) 的產(chǎn)生，且其濃度與 OA 患者中的 MMP-1 和 MMP-3 呈正相關(guān)。瘦素還通過(guò)抑制軟骨祖細(xì)胞的遷移和軟骨形成潛能以及誘導(dǎo)它們的成骨轉(zhuǎn)化來(lái)誘導(dǎo)軟骨前體細(xì)胞的變化，從而導(dǎo)致衰老[18]。

2. 脂聯(lián)素(adiponectin)：脂聯(lián)素是一種主要由脂肪細(xì)胞分泌的具有抗炎作用的脂肪因子[19]，為 28～30 kDa 的膠原樣蛋白，含有 244 個(gè)氨基酸。研究發(fā)現(xiàn)，脂聯(lián)素在動(dòng)脈硬化以及代謝綜合征、2 型糖尿病等方面具有抗炎作用，但是對(duì)關(guān)節(jié)炎的效應(yīng)細(xì)胞具有相反作用[20]。

脂聯(lián)素分子以不同的異構(gòu)體存在，即球形脂聯(lián)素 (smaller globular adiponectin，gAD)、三聚體(低分子量，low molecular weight，LMW)、六聚體(中分子量，medium molecular weight，MMW) 和多聚體(高分子量，high molecular weight，HMW) 脂聯(lián)素。LMW、MMW 和 HMW 是脂聯(lián)素的主要循環(huán)形式，而 gAD 似乎只在脂肪細(xì)胞中作為中間體出現(xiàn)[21]。脂聯(lián)素共有三種受體：脂聯(lián)素受體 1 和 2 (adiponectin receptor 1，AdipoR1 and adiponectin receptor 2，AdipoR2) 和小分子脂聯(lián)素受體 T-cadherin[22-23]。研究發(fā)現(xiàn)，AdipoR1 在肝臟、骨骼肌、巨噬細(xì)胞和下丘腦中大量表達(dá)，而 AdipoR2 在肝臟、白色脂肪組織(Wat) 和血管中表達(dá)[24]。脂聯(lián)素與 AdipoR1 受體結(jié)合可以激活過(guò)氧化物酶體增殖激活受體(peroxisome proliferation-activated receptor，PPAR-α)、AMP 依賴的蛋白激酶 [ adenosine 5’-monophosphate(AMP)-activated protein kinase，AMPK ] 和 p38MAPK(p38 mitogen activated protein kinase) 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而刺激脂肪酸氧化和葡萄糖攝取，具有介導(dǎo)抗糖尿病的作用[25]。而脂聯(lián)素與脂聯(lián)素受體 T-cadherin 相結(jié)合后的作用途徑尚不清楚。

一些學(xué)者認(rèn)為，脂聯(lián)素對(duì)軟骨細(xì)胞具有抗炎作用，用脂聯(lián)素處理原代軟骨細(xì)胞可以上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子-2(MMP-2) 的組織抑制劑，下調(diào) IL-1β 介導(dǎo)的 MMP-13 的基因表達(dá)。用 gAD 處理大鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，通過(guò)激活 AMPK / m-TOR 誘導(dǎo)自噬，并減輕 H2O2誘導(dǎo)的凋亡，通過(guò)發(fā)揮抗炎、抗氧化作用保護(hù)軟骨免于退化[26]。還有研究表明，脂聯(lián)素具有促炎作用，在關(guān)節(jié)基質(zhì)降解中起作用，對(duì)關(guān)節(jié)軟骨產(chǎn)生破壞效果。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)培養(yǎng)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎滑膜成纖維細(xì)胞(rheumatoid arthritis synovial fibroblast，RASF) 發(fā)現(xiàn)，脂聯(lián)素的作用是通過(guò)增加前列腺素 E2(prostaglandin E2，PGE2)、IL-6、IL-8、MMP-1、MMP-13 等促炎因子實(shí)現(xiàn)的[27]。通過(guò)對(duì) OA 患者關(guān)節(jié)軟骨受損區(qū)和非受損區(qū)脂聯(lián)素受體的鑒定，發(fā)現(xiàn)受損區(qū)脂聯(lián)素受體的含量顯著升高，脂聯(lián)素通過(guò)增加 NO、MMP-1、MMP-3、MMP-13 水平，并通過(guò) AMPK 和 c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK) 途徑增加 MMPs 和誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(inducible NOS，iNOS) 的表達(dá)[28]。脂聯(lián)素作用存在不同的原因可能與其不同的亞型有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素的全長(zhǎng)異構(gòu)體與球形異構(gòu)體在 OA 中發(fā)揮作用不同，與 LMW 脂聯(lián)素相比，HMW 異構(gòu)體在這些細(xì)胞中具有更強(qiáng)的促炎作用[29]。

脂聯(lián)素還有促成骨作用，可以通過(guò) Wnt / β-catenin 途徑促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞方向分化[30]。脂聯(lián)素可以提高包括骨鈣素、堿性磷酸酶和 Runx2 的表達(dá)，同時(shí)可以降低抑制成骨細(xì)胞活性的磷酸酶基因(phosphatase and tensin homologue deleted from chromosome 10，PTEN) 的表達(dá)。脂聯(lián)素還可以在體外通過(guò) APPL1(adaptor protein，phosphotyros ineinteraction，PH domain and leucine zipper containing 1) / 磷脂酰肌醇-3 激酶( phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K) / 絲氨酸 / 蘇氨酸激酶(protein kinase B，Akt(PKB) 信號(hào)通路抑制破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，從而調(diào)節(jié)骨代謝[31-32]。

3. 抵抗素(resistin)：抵抗素是一種主要由白色脂肪組織分泌的脂肪因子，人類巨噬細(xì)胞也可以表達(dá)。其主要與代謝紊亂和炎癥性疾病相關(guān)，如：冠狀動(dòng)脈性心臟病、風(fēng)濕性疾病、炎癥性腸病、慢性腎臟病等。OA 患者滑液中抵抗素濃度增加，這可能是患者增生滑膜中大量巨噬細(xì)胞所分泌的[33]。

抵抗素也可由成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞表達(dá)，與幾種細(xì)胞因子及趨化因子之間存在協(xié)同調(diào)節(jié)作用，可以誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞中細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)。用抵抗素干預(yù)小鼠軟骨會(huì)導(dǎo)致 IL-6 和 IL-8 水平升高。通過(guò)檢測(cè)具有促炎效應(yīng)的細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)抵抗素是 Toll 樣受體-4(Toll-like receptor 4，TLR-4) 的內(nèi)源性配體，與內(nèi)毒素競(jìng)爭(zhēng) TLR-4(TLR-4 是主要的炎癥通路，多由細(xì)菌產(chǎn)物如內(nèi)毒素激活)，該發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實(shí)了抵抗素可介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。抵抗素可通過(guò)促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖和破骨細(xì)胞分化刺激骨骼重塑。體外研究表明，抵抗素可以刺激成骨細(xì)胞前體細(xì)胞 MC3T3-E1 細(xì)胞的增殖。用抵抗素 cDNA 轉(zhuǎn)染 RAW264.7 細(xì)胞可通過(guò)增強(qiáng)核因子 κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB) 啟動(dòng)子活性刺激成骨作用[34]。此外，通過(guò)培養(yǎng)對(duì)比 OA 患者與健康人的軟骨細(xì)胞，用相同條件抵抗素干預(yù)，發(fā)現(xiàn)抵抗素可擾亂軟骨細(xì)胞合成與分解代謝的平衡，并增強(qiáng)人類軟骨細(xì)胞中的細(xì)胞因子、 MMP-1、MMP-13、蛋白聚糖酶-4(recombinant proteoglycan 4，PRG-4) 的表達(dá)[34]。綜上，抵抗素具有與趨化因子之間的協(xié)同作用，可能是通過(guò)刺激軟骨和骨骼重塑中的促炎細(xì)胞因子促進(jìn) OA 的發(fā)生發(fā)展。

大量臨床研究表明，OA 患者的血清、血漿和滑液抵抗素水平較健康人升高[35]，Kleine 等[36]通過(guò)對(duì) OA 患者的關(guān)節(jié)液進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液內(nèi)存在大量抵抗素，其濃度與 IL-6、MMP-1 及 MMP-3 呈正相關(guān)，表明抵抗素參與局部炎癥及 OA 患者的關(guān)節(jié)軟骨破壞，OA 關(guān)節(jié)滑液中的抵抗素水平與癥狀和影像學(xué)嚴(yán)重程度以及關(guān)節(jié)軟骨損傷呈正相關(guān)。同樣，滑液中炎癥因子和分解代謝因子，包括 IL-6、MMP-1、MMP-3 和 Ⅱ 型膠原 C 端肽片段，也與滑液抵抗素水平呈正相關(guān)[37]。

然而，關(guān)于體內(nèi)循環(huán)中抵抗素的含量水平在 OA 的病理生理學(xué)中的作用仍然存在爭(zhēng)議。一方面，有研究表明血清抵抗素水平與骨髓損害和軟骨退化呈正相關(guān)，也與衡量 OA 嚴(yán)重程度、進(jìn)展、疼痛和膝關(guān)節(jié)放射學(xué)進(jìn)展有關(guān)[38]。另一方面，其它研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)血清抵抗素與 OA 放射學(xué)嚴(yán)重程度、骨密度、疼痛或軟骨損傷有任何顯著關(guān)系[37,39-41]。 然而，在 OA 患者中，血清抵抗素含量水平與滑膜炎癥的組織學(xué)特征顯示出微弱的正相關(guān)[42]。因此，雖然血清 / 血漿抵抗素含量水平的潛在致病作用需要進(jìn)一步研究。但有證據(jù)表明，滑液抵抗素通過(guò)促進(jìn)促炎反應(yīng)和軟骨分解代謝活性參與了 OA 的發(fā)病機(jī)制。

4. 趨化素(chmerin)：趨化素主要是一種 14 kDa 的蛋白質(zhì)，它以 163 個(gè)失活氨基酸的形式分泌，然后通過(guò) C 末端切割而被激活[43]。趨化素主要在白色脂肪組織中表達(dá)，軟骨細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞及巨噬細(xì)胞也可表達(dá)，可參與天然免疫和適應(yīng)性免疫，并作為 NK 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的趨化因子[44]。趨化素與能量代謝有關(guān)，通過(guò)刺激細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK) 和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPKs) 磷酸化促進(jìn)脂肪細(xì)胞的成熟。趨化素在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化、代謝綜合征等疾病的發(fā)展中起著重要作用[45]。

趨化素主要有 CMKLR1 和 ChemR23 兩種受體，它們主要在免疫細(xì)胞中表達(dá)，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA) 和 OA 患者的軟骨細(xì)胞和滑膜成纖維細(xì)胞 (synovial fibroblasts，SF) 均表達(dá)趨化蛋白及 CMKLR1[46-47]， ChemR23 主要在人軟骨細(xì)胞中表達(dá)[47]。趨化素可刺激樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞對(duì)炎癥部位產(chǎn)生趨化性，如在滑膜中募集作為 OA 發(fā)病機(jī)制中炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的一部分的免疫細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。盡管有研究表明趨化素通常會(huì)減少其它類型細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，但是在人的軟骨細(xì)胞中趨化素可以增強(qiáng)促炎細(xì)胞因子和 MMPs 的分泌[47]。因此，趨化素在 OA 發(fā)病過(guò)程中有促軟骨細(xì)胞炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。在體外實(shí)驗(yàn)中，抑制 CMKLR1 可以刺激原代 MSC 中成骨細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)[48]，但 CMKLR1 缺陷的雄性小鼠的骨量是降低的[49]。最近在大鼠 OA 模型中的一項(xiàng)研究表明，趨化蛋白通過(guò)誘導(dǎo) Akt / ERK 信號(hào)通路的激活，通過(guò)增加 IL-1β 激活的軟骨細(xì)胞中 MMP-1、MMP-3、MMP-13 的表達(dá)以及降低其增殖能力而加重了疾病。由此，趨化蛋白可以通過(guò)刺激炎癥反應(yīng)來(lái)促進(jìn)軟骨的變性和骨化作用。然而，其在 OA 發(fā)病過(guò)程中的具體作用需要更多的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

據(jù)報(bào)道，與對(duì)照組相比，膝關(guān)節(jié) OA 患者滑液和滑膜中的趨化蛋白水平更高，其還與血清 C 反應(yīng)蛋白 (C-reactive protein，CRP) 水平和 OA 嚴(yán)重程度相關(guān)[50]。在顳下頜關(guān)節(jié) OA 患者中也得到了類似的結(jié)果，滑液中脂肪因子水平較高，且與 OA 嚴(yán)重程度和疼痛相關(guān)[51]?；褐械内吇鞍姿脚c體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI) 和 OA 的嚴(yán)重程度相關(guān)，也許可作為評(píng)價(jià) OA 嚴(yán)重程度的指標(biāo)[52]。

二、結(jié)論與未來(lái)方向

脂肪因子是一種新興的信號(hào)分子，由脂肪細(xì)胞產(chǎn)生，參與調(diào)節(jié)炎癥、骨骼和軟骨代謝以及體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。過(guò)去，對(duì) OA 研究的注意力主要集中在關(guān)節(jié)滑膜和免疫細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子和趨化因子上。但是，近年來(lái)研究表明，以往被認(rèn)為是局部疾病的 OA 可能是與肥胖等全身性代謝疾病有關(guān)，并涉及多個(gè)組織，主要由體內(nèi)炎癥和代謝失衡引發(fā)。

雖然引起 OA 發(fā)病的病理生理諸多因素中，軟骨、骨骼、肌肉和滑膜的作用已經(jīng)得到了很好的研究，然而脂肪組織與 OA 發(fā)病之間的作用關(guān)系知之甚少。在衰老和肥胖期間，關(guān)節(jié)周圍的脂肪組織增加，促使關(guān)節(jié)中脂肪因子分泌量增加。此外，黃色骨髓含量的增加也富集了關(guān)節(jié)周圍的脂肪組織含量。這些變化高度提示脂肪可能在關(guān)節(jié)蛻變中起到關(guān)鍵的作用。

脂肪因子有很多種，僅針對(duì)其中關(guān)鍵的幾種在骨骼和關(guān)節(jié)中的作用做了主要闡釋。其在關(guān)節(jié)衰老及 OA 進(jìn)程中的表達(dá)量增加，可以刺激其它衰老相關(guān)分泌表型因子 (senescence associated secretory phenotype factors，SASPs)，如 IL-1，IL-6 和 TNF-α 產(chǎn)生協(xié)同作用，這些 SASPs 已經(jīng)被證實(shí)在 OA 發(fā)生發(fā)展過(guò)程中具有重要的作用。這些因素在衰老過(guò)程中不斷積累，引起了關(guān)節(jié)中的局部炎癥反應(yīng)，還可以通過(guò)改變細(xì)胞的方式改變關(guān)節(jié)細(xì)胞的周圍環(huán)境，從而誘導(dǎo)細(xì)胞衰老。因此，關(guān)注聯(lián)合環(huán)境的變化對(duì)于 OA 的研究進(jìn)展至關(guān)重要。值得注意的是，軟骨細(xì)胞不是研究軟骨相關(guān)細(xì)胞轉(zhuǎn)變的惟一細(xì)胞類型，關(guān)節(jié)軟骨中也存在間充質(zhì)干 / 祖細(xì)胞，它們也會(huì)發(fā)生細(xì)胞衰老。在關(guān)節(jié)局部環(huán)境中研究這些細(xì)胞對(duì)脂肪因子的反應(yīng)將是治療 OA 的新方向。

通過(guò)藥物拮抗、抑制 OA 發(fā)展過(guò)程中的 SASPs 在關(guān)節(jié)炎的治療中已經(jīng)取得了良好的效果。參照這種方式，可以針對(duì)脂肪因子作為靶標(biāo)開(kāi)發(fā)新型抗關(guān)節(jié)炎藥物。因此，有必要更詳細(xì)的研究這些脂肪因子的特性表征，尤其是通過(guò)體內(nèi)研究其對(duì) OA 的作用。就目前研究成果來(lái)說(shuō)，瘦素、抵抗素、脂聯(lián)素都具有促進(jìn) OA 發(fā)生的作用，但是脂聯(lián)素在關(guān)節(jié)炎發(fā)生過(guò)程中具有雙向作用，尤其是在某些研究中表現(xiàn)出來(lái)的抗炎和促再生作用，有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究。