姚放鳴 何敏聰，2 何曉銘，2 魏秋實，2 何偉，2

1廣州中醫(yī)藥大學第三臨床醫(yī)學院（廣州 510145）；2廣州中醫(yī)藥大學第三附屬醫(yī)院（廣州 510145）

膝骨關節(jié)炎（KOA）是一種長期困擾中老年人群的慢性關節(jié)疾病，主要表現(xiàn)為膝關節(jié)疼痛、活動受限、關節(jié)畸形和肌肉萎縮［1］。一項meta 分析［2］顯示：2000-2018 年KOA 在中國中老年人群的總體發(fā)病率為21.51%。此外，另一項關于瑞典青年人的隊列研究［3］指出，膝關節(jié)創(chuàng)傷后KOA 發(fā)病風險將增長約6 倍。KOA 的確切發(fā)病機制尚不完全清楚，目前的觀點主要有機械和代謝兩方面的因素。機械方面，主要由長期過度負重、關節(jié)過度勞損以及各種原因?qū)е碌年P節(jié)不穩(wěn)定等危險因素誘發(fā)；代謝方面，脂質(zhì)代謝紊亂被認為是KOA 的重要致病因素。代謝綜合征（MetS）或肥胖都可能使身體長期保持高代謝和炎癥狀態(tài)，最終誘導KOA的發(fā)病。既往與脂質(zhì)代謝相關的研究多集中于全身（血漿）脂質(zhì)代謝方面，而關于關節(jié)局部（滑液）脂質(zhì)代謝的研究還相對較少。與血漿不同，關節(jié)滑液（SF）是膝關節(jié)局部代謝的重要載體，在一定程度上直接參與了KOA 的發(fā)生發(fā)展進程并反映局部炎癥代謝情況。因此，相對于全身（血漿）脂代謝，SF 脂質(zhì)代謝的研究或許可以更好地揭示脂質(zhì)代謝與KOA 的關系。本文以KOA 患者膝關節(jié)SF（下簡稱KOA-SF）的脂質(zhì)代謝研究為切入點，對KOA 與SF 脂質(zhì)代謝相關性進行綜述，為從SF脂代謝角度預測KOA 發(fā)病，調(diào)控KOA 進展提供思路。

1 生理狀態(tài)下的膝關節(jié)滑液脂質(zhì)代謝

SF 直接參與膝關節(jié)功能構(gòu)成，同時也是其他關節(jié)代謝物質(zhì)的溶劑和載體。SF 主要由關節(jié)滑囊和腱鞘的滑膜分泌，同時也有部分來源于血漿超濾液（圖1）。它不僅有潤滑關節(jié)、保護關節(jié)軟骨面的作用，同時也維持著關節(jié)能量和物質(zhì)代謝，對調(diào)節(jié)關節(jié)軟骨代謝具有重要作用。由于滑膜細胞及毛細血管壁的超濾作用，血漿中的大分子脂質(zhì)較少滲透進SF 中，因而造成SF 中的脂質(zhì)成分要遠低于血漿水平。因此SF 中的脂質(zhì)成分如磷脂酰膽堿（PC）等可能大部分由關節(jié)內(nèi)的滑膜細胞和軟骨細胞等合成并分泌［4］。此外，髕下脂肪墊等關節(jié)周圍組織也是SF 中代謝產(chǎn)物的來源之一。

圖1 健康膝關節(jié)的滑液來源及其脂質(zhì)構(gòu)成Fig.1 Synovial fluid sources and lipid composition of healthy knee joints

一項病例對照研究［5］對無關節(jié)炎等關節(jié)病史的死后供體的SF 進行成分分析，發(fā)現(xiàn)這些健康SF中含有肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸等飽和脂肪酸（SFA），以及神經(jīng)酸、油酸等單不飽和脂肪酸（MUFA），還有二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）、α-亞麻酸、二高-γ-亞麻酸等ω-3 多不飽和脂肪酸（PUFA）及花生四烯酸（AA）、亞油酸等ω-6PUFAs，但該研究未對其進行定量分析。KOSINSKA 等［6］的一項對照研究發(fā)現(xiàn)，在健康人SF 中總磷脂（PL）含量約100～500 nmol/mL，其中PC 占絕大多數(shù)，其次也含有不同比例的溶血磷脂酰膽堿（LPC）、神經(jīng)酰胺（Cer）、鞘磷脂酰膽堿等。這些磷脂類物質(zhì)能與透明質(zhì)酸協(xié)同輔助關節(jié)潤滑和活動。PRETE 等［7］采用密度漂浮技術(shù)測量SF中的脂蛋白含量，發(fā)現(xiàn)其中高密度脂蛋白（HDL）含量相對較高，此外還含有少量的乳糜微粒（CM）、極低密度脂蛋白（VLDL）和低密度脂蛋白（LDL）。健康SF 中除了PC、LPC 外，還測出了微量的鞘磷脂（SM），濃度為1.3～1.5 mg/dL，還有微量載脂蛋白A1（ApoA1）和載脂蛋白B（ApoB）。膽固醇（TC）在正常滑液中也處于低濃度，約為0.6～0.75 mg/dL。這些脂蛋白可能是由血漿超濾而來，幫助關節(jié)表面的潤滑和營養(yǎng)，同時載脂蛋白還能參與調(diào)解滑膜組織炎癥反應。

2 KOA 患者膝關節(jié)滑液脂質(zhì)代謝

2.1 SFA脂肪酸（FA）依據(jù)其碳鏈的雙鍵數(shù)量可以分為SFA、MUFA 及PUFA。其中PUFA 又可以依據(jù)雙鍵的位置分為ω-3PUFA、ω-6PUFA 等多種類型［8］。SFA 過高是導致肥胖、高血脂以及MetS 的主要原因，因此通常被認為與高代謝水平的炎癥相關［9］。但近期的部分研究也表明了十五烷酸、丙酸和丁酸等SFA 可能具有緩解炎癥和抑制破骨的作用。

一項關于SFA 的細胞實驗［10］驗證了棕櫚酸的促炎途徑，棕櫚酸通過Toll 樣受體4（TLR4）-ERK1/2-c-Jun 信號轉(zhuǎn)導通路顯著增加了人關節(jié)軟骨細胞中的IL-26 誘導的促炎作用和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）表達，從而促進關節(jié)軟骨細胞的降解。一項研究［11］對比早期和晚期的KOA-SF 發(fā)現(xiàn)，甘油、肉豆蔻酸、油酸、十七烷酸和癸酸等FA 在晚期KOA-SF 中水平更高。然而另一項研究［12］發(fā)現(xiàn)十五烷酸在血漿和SF 中的濃度與KOA 進展呈負相關，這表明十五烷酸與十七烷酸、癸酸等不同，其作為SFA 也可能具有抑制炎癥或緩解KOA 進展的作用。MUSTONEN 等［13］發(fā)現(xiàn)KOA-SF 中的十四碳烯酸、十六碳烯酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，以及肉豆蔻酸、十七烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸等SFA 水平均較對照組下降。一項動物實驗［14］發(fā)現(xiàn)丙酸和丁酸等短鏈SFA 可以通過使破骨細胞代謝向糖酵解轉(zhuǎn)移，下調(diào)TRAF6 和NFATC1 等破骨細胞基因，從而降低破骨細胞活性，以此來促進骨量。這表明SFA 可延緩KOA 進展，但相關結(jié)論仍需要更多高質(zhì)量研究驗證。盡管既往研究發(fā)現(xiàn)多種SFA 對KOA-SF 有促炎作用，但上述研究結(jié)果也表明SFA 與KOA 之間可能存在多樣化聯(lián)系，尚需要更多針對單種SFA 的深入研究來明確二者關系。

2.2 PUFA 及其氧化脂質(zhì)在目前關于PUFA 的研究中，研究較深入的是ω-3PUFA 和ω-6PUFA。前者以EPA 和DHA 為代表，后者以AA 為代表。EPA 和DHA 可以通過促分解脂質(zhì)介質(zhì)（SPM）途徑表現(xiàn)出抗炎特性，而AA 則表現(xiàn)為促炎/抗炎的雙向氧化脂質(zhì)代謝途徑［15-16］。

MUSTONEN 等［17］對比健康對照組、KOA 組和類風濕性關節(jié)炎（RA）組SF 中的脂肪酸水平，發(fā)現(xiàn)KOA-SF 的ω-6PUFA 比例相對下降，ω-3PUFA也呈總體下降趨勢，而總MUFA 比例增加。此外，KOA-SF 中ω-3PUFA 的產(chǎn)物/前體比、總平均鏈長和雙鍵指數(shù)均降低。炎癥刺激下磷脂酶A（PLA）活性升高，所以部分ω-6PUFA 可能向短壽命的脂質(zhì)介質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而表現(xiàn)為ω-6PUFA 降低。盡管目前廣泛認為ω-6PUFA 具有促炎作用，但研究表明AA 可能也具備促炎癥消退途徑。AA 可以通過15-LOX 途徑合成15-HETE，即血栓素A4（LXA4）的前體，LXA4 對于急性炎癥的消退有重要作用［15-16］。此外，另一項研究［18］表明，長鏈及富含PUFA 的磷脂雙分子層有利于降低關節(jié)面的摩擦系數(shù)。這也能佐證MUSTONEN 報道的總平均鏈長和雙鍵指數(shù)在KOA-SF 中降低的現(xiàn)象。

DE VISSER 等［19］的一項動物實驗中，4 種氧化脂質(zhì)（5，6-EET、15-HETE、8，9-DHET 和17R-分解素D1）在KOA 大鼠SF 中明顯改變。由AA 衍生的5，6-EET 在高脂肪飲食組中比標準飲食組水平更高，同樣為AA 代謝產(chǎn)物的15-HETE、8，9-DHET在軟骨缺損手術(shù)的大鼠SF 中低于未手術(shù)組。而17R-分解素D1 則在KOA 模型大鼠SF 中更高。15-HETE 的抗炎活性前文已提及。而17R-分解素D1 屬于D 系列分解素，有研究［20］表明其可以消除IL-1b 誘導的p38/MAPK、JNK1/2 和NF-jB/p65 信號通路的激活以抑制炎癥。同為抗炎活性物質(zhì)，15-HETE 和17R-分解素D1 的分布水平卻呈相反趨勢。前者可能是由于高脂飲食誘導AA 代謝偏向促炎代謝途徑，后者水平升高則是針對炎癥的代償性調(diào)節(jié)。

VALDES 等［21］納入了58 例KOA 患者，采集他們患側(cè)膝關節(jié)的SF 與健側(cè)關節(jié)SF 及健康對照組的SF 進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在KOA 患者中，AA 衍生的氧化脂質(zhì)11，12-DHET 和14，15-DHET 在患側(cè)膝蓋中的水平高于健側(cè)，并與KOA 的影像學進展呈正相關。然而上述動物實驗中提到的5，6-EET、15-HETE、8，9-DHET 等氧化脂質(zhì)在研究中均未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學差異，這可能是由于研究樣本量偏小、炎癥環(huán)境的差異、物種的差異以及氧化酶的效能不同等引起，還需要更大樣本量的臨床研究進一步驗證。

正常情況下炎癥具有自限性，其關鍵就是上文提及的SPM。SPM 包括分解素、保護素，以及一種名為maresins 的新型抗炎癥脂質(zhì)介質(zhì)家族［22］。分解素中的E 系列為EPA 衍生物，而D 系列分解素、保護素以及maresins 則由DHA 衍生。SANO等［20］在KOA-SF 中檢測到上述因子，并且觀測到它們可以減輕滑膜炎癥。SPM 途徑是一條常規(guī)存在的通路，但在肥胖人群的持續(xù)炎癥代謝狀態(tài)中，SPM 水平與促炎因子水平不能平衡，因而SPM 途徑并不足以抵擋炎癥的進展，更容易發(fā)生KOA 等慢性持續(xù)性炎癥疾病。如何提高SPM 通路表達或許是KOA 新型治療方案中的一個關鍵問題。

2.3 FA 與線粒體能量代謝FA 作為一種能量儲備物質(zhì)，可以通過β-氧化途徑分解為機體供給能量。這一途徑涉及肉堿、酮體等多種中間產(chǎn)物，并與局部組織的氧含量相關。一項研究［11］發(fā)現(xiàn)與早期KOA 相比，在晚期KOA 組中，檸檬酸鹽、琥珀酸鹽和延胡索酸鹽等三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物水平呈上升趨勢。一項KOA-SF 的代謝組學［23］分析顯示，與健康對照組相比，KOA-SF 中的輔酶A 代謝、肉堿轉(zhuǎn)運活動均有減少。另有研究者［24-25］也提出乙酰肉堿在晚期KOA 患者的血漿水平比對照組更低。KOA-SF 中肉堿代謝活動的減少提示脂肪β-氧化途徑的減弱和線粒體功能的障礙，這種障礙也導致了三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物的堆積。這些能量代謝的改變可能與SF 中不同脂質(zhì)的增減相關。鑒于早期和晚期KOA 之間可能存在的這種能量代謝變化，針對FA 能量代謝的中間產(chǎn)物進行進一步研究，可能有助于加深對KOA 病理狀態(tài)的闡釋，并探索新的KOA 進展標志物。

2.4 磷脂健康SF 中會含有少量PL，它們與透明質(zhì)酸一起幫助關節(jié)潤滑，減輕摩擦。尤其是PC，它可以與透明質(zhì)酸結(jié)合，形成一個高度潤滑的邊界層［26］。而在KOA-SF 中，過量的PL 可能意味著關節(jié)局部組織的破壞和疼痛加重。

在KOA-SF 中，有研究［27-28］表明總PL 包括甘油磷脂含量會異常升高。下面兩項臨床研究也表明幾種不同的LPC 亞型在KOA 關節(jié)中水平均有升高。JACQUOT 等［29］的臨床試驗發(fā)現(xiàn)在KOA 關節(jié)中LPC（尤其是LPC16：0）濃度比對照組更高。同時該研究者的動物實驗證明了LPC16：0 可以通過酸感應離子通道3（ASIC3）誘導KOA 關節(jié)疼痛，加重各類關節(jié)炎患者臨床癥狀。另一位研究者［30］也發(fā)現(xiàn)牛的膝關節(jié)SF 中的LPC（18：0、18：1、18：2、18：3）濃度按對照組、早期KOA 組、晚期KOA 組的順序依次升高。NIEMINEN 等［31］的一項對照試驗也發(fā)現(xiàn)磷脂酰乙醇胺、LPC 在原發(fā)性KOA 患者SF中升高。一項KOA-SF的代謝組學［32］分析發(fā)現(xiàn)PC、LPC、Cer 等物質(zhì)濃度在KOA-SF 中濃度升高。與以上研究不同，ROCHA 等［33］對KOA 關節(jié)滑膜的脂質(zhì)組學分析發(fā)現(xiàn)LPC 的水平低于對照組組織，而PC、FA和溶血磷脂酸（LPA）的水平則有升高。

針對以上研究結(jié)果，一位研究者提出KOA-SF中PL 的普遍升高可能與PLA 的過表達和局部組織中細胞膜破壞有關［34］。由于PLA 的過表達，IL-1β、TNF-α 可以借此促進KOA 中成纖維細胞樣滑膜細胞（FLS）釋放PL，并導致膜磷脂成分中的PC、磷脂酰絲氨酸（PS）等分別向LPC 和溶血磷脂酰絲氨酸（LPS）等過度轉(zhuǎn)化并釋放至SF 中［27］（圖2）。因此，針對PLA 進行靶向調(diào)控可能有助于KOA 患者病情的緩解。此外，LPC 的升高除了提示局部組織的破壞外，其本身也能促進軟骨損傷。HWANG 等［35］發(fā)現(xiàn)LPC 可以招募吞噬細胞向損傷部位聚集，并增加軟骨細胞凋亡。

圖2 磷脂酶分解磷脂生成溶血磷脂導致關節(jié)疼痛Fig.2 Phospholipase decomposes phospholipids to produce lysophospholipids，leading to joint pain

2.5 脂肪因子脂肪因子是參與調(diào)節(jié)糖脂代謝及炎癥狀態(tài)的一組蛋白類物質(zhì)，主要包括脂聯(lián)素、瘦素、抵抗素、內(nèi)臟脂肪素等。脂肪細胞和單核細胞是許多脂肪細胞因子和促炎細胞因子（如IL-6、IL-1、TNF-α）的共同來源，其中大多數(shù)都會促進KOA 的進展［36］。脂肪因子調(diào)控失常引起的糖脂代謝紊亂還可能影響關節(jié)滑膜的增殖代謝，抑制透明質(zhì)酸的分泌，增加細胞衰老［37］。抵抗素和瘦素可通過MAPK、NF-κB 等代謝通路促進炎癥因子釋放，而脂聯(lián)素則是脂肪因子中唯一的抗炎劑，同時瘦素也具有緩解軟骨破壞的良性作用（圖3）。

圖3 脂肪因子的炎癥相關代謝途徑Fig.3 Inflammatory metabolic pathways of adipokines

抵抗素在KOA 患者血清、SF 及滑膜中濃度均高于健康對照組，并增加促炎因子的釋放，以促進軟骨基質(zhì)的降解［38］。宋永周等［39］的臨床研究也支持這一結(jié)論，并且發(fā)現(xiàn)SF 的抵抗素水平與K&L 分級正相關。另一項動物實驗［40］表明KOA 犬SF 中的抵抗素水平與健康犬SF 相當。因此該研究者認為抵抗素可能不參與KOA 的發(fā)病機制。但也有研究發(fā)現(xiàn)了抵抗素的促炎通路：抵抗素通過MEK/ERK 信號抑制miR-149 的表達，增強了KOASF 中FLS 對TNF-α 和IL-1β 的表達［38］，同時也能通過與Toll 樣受體4（TLR4）和腺苷酸環(huán)化酶相關蛋白1 受體結(jié)合，然后激活p38-MAPK、PKA、NF-κB等多種信號通路以激活炎癥反應［41］。

在肥胖患者體內(nèi)以及KOA 患者SF 中瘦素濃度均升高［42］。SF中的瘦素水平與KOA 軟骨損傷及疼痛等臨床癥狀加重有關，并在KOA 晚期到達最高濃度［43］。一項研究［44］對合并/不合并MetS 的OA患者進行分組并對比分析。結(jié)果表明與nMetS-OA組相比，MetS-OA 組的SF 瘦素水平更高，且疼痛等臨床癥狀更嚴重。KLEINE 等［45］的動物實驗結(jié)果與這一結(jié)論相符，KOA 犬SF 中的高瘦素水平與關節(jié)疼痛和功能障礙相關。瘦素總體來講具有促炎作用，瘦素可以激活人關節(jié)軟骨細胞中的NF-κB、ERK、JNK 等促炎通路，導致MMP-3、MMP-13 和ADAMTS4 等表達增加，同時也可以刺激FLS 及軟骨細胞分泌IL-6、IL-1 等［46］，但一方面這種效應被EPA 和DHA 抑制［47］，另一方面瘦素本身也具有雙向作用。瘦素本身具有軟骨保護作用，它可以通過促進轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-β）和促生長因子（IGF-1）表達從而促進軟骨蛋白聚糖的合成，并增加軟骨細胞的增殖［42］。瘦素具有抑制食欲、增加能量消耗的作用，肥胖可能導致瘦素水平因負反饋調(diào)節(jié)而升高。長期升高的瘦素水平以及肥胖狀態(tài)下的炎癥水平升高導致了普遍存在的瘦素抵抗，而這又反過來促使機體維持更高濃度的瘦素水平，并加重炎癥水平。

脂聯(lián)素是脂肪因子中唯一的抗炎劑。近幾年關于脂聯(lián)素的臨床研究較少，研究［48］表明脂聯(lián)素的SF 水平與KOA 的K&L 分級呈負相關，并且與WOMAC 疼痛評分、關節(jié)功能相關［49］。脂聯(lián)素能通過脂聯(lián)素受體1 和受體2（adipoR1 和R2）信號傳導機制減少各種細胞類型的炎癥［50］。此外還具有調(diào)節(jié)巨噬細胞的增殖分化、抑制MMP 分泌、促進FA 及脂蛋白代謝等多種作用［51］。這些功能皆有利于對炎癥的抑制。

內(nèi)臟脂肪素是B 淋巴細胞前體的生長因子，是一種促炎癥的脂肪因子。既往的動物研究表明其是2 型糖尿病的獨立危險因素，且與動物個體肥胖程度呈正相關，這表明內(nèi)臟脂肪素與糖脂代謝紊亂密切相關，從而間接影響KOA 相關代謝［52］。已有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)臟脂肪素在OA 患者血清中升高，但目前關于其SF 水平變化的研究還較少［53］。

3 展望

SF 作為直接參與KOA 局部代謝的物質(zhì)之一，分析SF 中脂質(zhì)的代謝水平對于預防、診斷及干預KOA 具有重要意義。而關于SF 脂代謝的研究重點集中在部分SFA、AA 對炎癥的雙向作用、脂肪因子的促炎作用以及PLA 作用下溶血磷脂類物質(zhì)對關節(jié)內(nèi)組織的破壞作用，這些脂質(zhì)的促炎作用多需通過JNK、NF 以及MEK/ERK 等經(jīng)典炎癥信號通路傳導。進一步明確基于上述炎癥通路的SF 脂代謝——骨關節(jié)炎代謝關系有助于闡釋KOA 發(fā)病的局部代謝機制。此外，目前的研究結(jié)果也支持EPA、DHA、SPM 途徑、脂聯(lián)素等的抗炎特性及對KOA 進展的緩解作用，但尚缺乏相應的高質(zhì)量臨床試驗證據(jù)。總之，SF 脂代謝是關于預防和緩解KOA 的一個極具潛力的方向，上述研究的進一步深入可能會為臨床治療KOA 提供新的選擇，從而改善當前以對癥支持治療為主的臨床現(xiàn)狀。