骨性關節炎的免疫炎性發病機制研究進展

瞿燕萍，李雪萍

骨性關節炎(Osteoarthritis, OA)是一種以關節軟骨的損傷、退變以及軟骨下骨的硬化、增生、囊變，繼而導致關節間隙狹窄為特征的慢性退行性疾病[1]。近年來越來越多的研究顯示免疫學機制參與了OA的發病過程[2]，OA已不再被視為簡單的“磨損和撕裂”，而是由蛋白酶介導的慢性炎癥反應[3]。在OA的病理進程中，炎癥可促進形成滑膜炎及破壞骨和軟骨[4]。本文將就近年來OA發病過程中的免疫機制研究進展作一綜述。

1 OA關節軟骨的免疫原性

1.1 軟骨細胞的免疫原性 軟骨細胞具有特殊的表面抗原，正常情況下，細胞外基質(Extra-Cellular Matrix, ECM)保護這些抗原免受免疫系統的監視，但在關節軟骨經受慢性退變如OA時，ECM提供的這種免疫屏障作用可能會消失，軟骨細胞表面抗原將會引起自身免疫反應。Huber-Lang等[5]發現在創傷后的碎片表面，多種補體活化后的產物在軟骨細胞表面被發現。

1.2 軟骨蛋白多糖的免疫原性 軟骨蛋白多糖的細胞和體液免疫應答出現在各種不同的關節炎中。研究分析表明，蛋白多糖的主要抗原決定簇位于蛋白的G1結構域和硫酸軟骨素連接區。Jong等[6]證明位于G1結構域的軟骨蛋白多糖肽，在OA和風濕性關節炎(Rheumatic Arthritis, RA)患者中可誘導T細胞反應，進而促進軟骨降解，而且蛋白多糖與耶爾森菌Yop(Yersinia Outer Proteins, YOP)蛋白有共同的氨基酸區域即263-283位，OA和RA患者都可對耶爾森菌產生免疫反應。

1.3 軟骨膠原的免疫原性 軟骨膠原是潛在的自身免疫反應的目標，它不僅誘導而且促進炎性關節炎的炎癥。研究發現，用雜源性Ⅱ型膠原免疫小鼠，可誘發關節炎的產生[7]。早期進行的補體固定試驗及紅血球凝聚試驗鑒別出Ⅱ型膠原上有3個主要抗原位點，即末端區域、螺旋區域和α鏈中心點。其他較小的膠原，如Ⅸ和Ⅺ型膠原，也發現具有關節抗原特性[7]。

2 與OA發病有關的細胞免疫

2.1 先天性免疫 近年來，研究證明先天性免疫參與了骨性關節炎的慢性炎癥反應過程，并且在體外OA模型的炎性病理中起了重要作用[3]。①巨噬細胞在OA中的作用，滑膜的炎性病變在OA的發病機制中起了重要作用，并與疼痛和關節功能障礙有關[8]，其中巨噬細胞占有重要地位[9]。Takano等[10]在小鼠的OA模型中發現由滑膜中的巨噬細胞誘導的IL(Interleukine, IL)-1β可上調降鈣素受體，而降鈣素基因相關肽參與了關節炎疼痛的發生。Daghestani等[11]評估滑膜液和血液中的巨噬細胞生物標志物所預示的各種膝OA患者的炎癥表型，得出結論為滑膜液中的CD(Cluster of Differentiation, CD)14、CD163及血清中的CD163與大量有活性的巨噬細胞有關，滑膜液中的CD163和CD14與膝骨贅形成有關，且滑膜液中的CD14還與膝關節間隙變窄的嚴重程度有關，而滑膜液和血清中的CD14與膝疼痛有關。②自然殺傷細胞在OA中的作用，Huss等[12]發現在經歷過原發性或翻修關節置換手術的病人的滑膜組織中有NK細胞(Natural Killer cell, NK cell)，其由30%的CD45+單核細胞組成。Moradi等[13]在膝OA患者的滑膜組織中測到很多不同的單核細胞浸潤，其中最主要的為CD14(+)巨噬細胞，其次為CD4(+)T細胞及少量的CD8(+)T細胞、CD19(+)B細胞和CD16(+)、CD56(+)的NK cell。但是NK cell在OA發病機制中所起的作用目前還未詳細闡明。

2.2 獲得性免疫 獲得性免疫又稱適應性免疫，是機體受抗原刺激后，抗原特異性淋巴細胞(T及B)識別抗原，進而發生一定生物學效應使機體獲得抗感染能力。T細胞來源于OA患者的外周血與滑膜液，OA患者的自體軟骨成分作為自身抗原可引起T細胞寡克隆反應。Ma等[14]指出T細胞因子4(T cell Factor 4，TCF4)在正常人的軟骨細胞中表現為促分解和凋亡的作用，而在OA軟骨中，TCF4的mRNA表達顯著增高，并且通過活化細胞凋亡蛋白酶加重軟骨降解。Hsieh等[15]在小鼠OA模型中發現滑膜中激活的CD8+T cell可表達金屬蛋白酶組織抑制劑-1(Tissueinhibitor of Metalloproteinase 1, TIMP-1)，TIMP-1參與血管形成，其數量與OA的嚴重程度有關。Shen等[16]發現在小鼠OA模型中，CD4+T細胞的數量和INF-γ(Ilullor Necrosis Factor-γ, INF-γ)的表達增多，而CD4+T細胞可誘導MIP-1γ(Macrophage Inflammatory Protein-1γ, MIP-1γ)和NF-kB(Nuclear Factor-kB, NF-kB)的表達，MIP-1γ的表達增多可引起關節的破骨細胞數量增高，此外，CD4+T細胞的增多同時伴隨巨噬細胞的浸潤及基質金屬蛋白酶MMP(Matrix Metalloprotein, MMP)-9的表達，這些都可促進軟骨的破壞。由此可見，T細胞免疫反應參與OA軟骨的降解，并且加重OA的病情。

3 與OA發病有關的體液免疫

3.1 先天性免疫 ①補體系統在OA中的作用：補體系統由超過30種蛋白質組成，在自我防衛和炎癥反應中發揮了重要作用。它有3條激活途徑，包括經典途徑、凝集素(Mannan-Binding Lectin, MBL)途徑和旁路途徑，并且與許多疾病有關，例如OA和與年齡相關的黃斑變性[17]。Melin等[18]發現軟骨蛋白聚糖G3域中的C型凝集素可激活補體中的經典途徑和旁路途徑，最終使炎癥反應呈持續作用。Wanner等[19]發現在早期和晚期肩OA患者的滑膜液里同時發現一個明顯與補體系統和細胞外基質有關的蛋白相對豐度，在晚期OA中，出現蛋白酶抑制劑的下調，這說明晚期OA發生了不可控制的蛋白水解，最終導致軟骨損傷。②細胞因子在OA中的作用：關節中細胞因子網絡的不恰當激活可導致軟骨的合成代謝與分解代謝途徑失平衡，最終導致關節軟骨結構破壞。Ismail等[20]觀察到IL-1可通過氨基末端激酶(Jun N-terminal Kinase, JNK)-2信號通道來誘導軟骨的蛋白聚糖降解。Guo等[21]研究發現，在小鼠OA模型中出現的IL-1β嚴重擾亂軟骨的晝夜節律基因表達的節律，這可作為軟骨對促炎性細胞因子的分解代謝作用的新認識。López-Armada等[22]發現IL-1β和腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α, TNF-α)以不同的方式調節人軟骨細胞的凋亡通道，這種差異主要取決于前列腺素E2(Prostaglandin E2, PGE2)和半胱天冬酶-8的水平。此外，還有眾多其他細胞因子參與OA的病理過程。③趨化因子在OA中的作用：趨化因子是一類分子量較小的細胞因子，它們在維護機體的內環境穩定以及在免疫系統中都發揮著重要作用。趨化因子可分為4個亞家族，即C、CC、CXC和CXSC。Alaaeddine等[23]研究發現趨化因子受體L[Chemokine (C-C motif) Ligand, CCL20]及其受體CCR6(Chemokine Receptor, CCR)在OA軟骨中大量表達，CCL20可促進MMP-13及χ型膠原酶的表達但抑制Ⅱ型膠原酶的表達。Zhao等[24]首次指出趨化因子CCL3能顯示膝OA患者未拍攝X片時的軟骨改變和損傷的嚴重程度，在病變嚴重的膝OA患者的血漿中，CCL3及CCL4的水平顯著升高。Nair等[25]發現在既往因軟骨退變而手術的病人中發現IL-8及趨化因子CCL19、CCL5及CCR7的表達，滑膜中的CCL19 mRNA水平與日常生活活動能力(Activity of Daily Living, ADL)評分有關，并指出CCL19 mRNA的表達水平與膝功能障礙成正比。由此可見，趨化因子不僅在OA的病理過程中過表達，還與病情嚴重程度有關。

3.2 獲得性免疫 已有報道指出在OA炎性滑膜中浸潤的細胞包括活化的B細胞[26]。St?rch等[27]發現來自正常人的原始B細胞經多克隆活化后與OA患者無滑膜病變處取材的滑膜成纖維細胞共培養，結果顯示經B細胞活化的成纖維細胞可促進MMP-3的分泌，從而造成組織損傷。很多學者報道在OA軟骨上有抗體的沉積。Bhutia等[28]通過ELISA在OA患者的滑膜液中發現抗成骨蛋白-1(Osteogenic Ptotein,OP-1)的多克隆抗體。Dolzani等[29]在手OA患者中發現抗環瓜氨酸肽抗體(Cyclic Cirullinated Peptide, CCP)的表達。Du等[30]還在部分早期OA患者的血清中檢測到自身抗體，如針對軟骨成分的骨橋蛋白，軟骨中間層蛋白及YKL-39，由此可見，在OA最初的軟骨降解中可發生特定的免疫反應。在OA的病理進程中，通過研究抗軟骨成分的自身抗體在軟骨上的沉積及其細胞毒性反應，進一步強調了這些抗體在OA軟骨降解中的重要作用。

4 參與OA發病的自身免疫信號通路

研究證明，機械應力和炎性介質可誘導一系列下游信號通路，包括JNK，增殖蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK)和NF-kB信號通路，它們在OA軟骨細胞中異常活化[31]。其中，NF-kB信號通路是軟骨細胞中的炎癥因子所誘導的分解代謝反應的核心調控者[32]。活化的NF-kB信號可調節很多細胞因子和趨化因子，粘附分子，炎性介質以及一些基質降解酶的表達[33]。此外，Pateras等[34]認為NF-kB信號通路不僅可傳遞炎癥信息，而且對動脈粥樣硬化斑塊的發展也起著重要作用，其病理機制涉及基因，膜和細胞中的蛋白，多肽，趨化因子和激素。

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