瘦素在骨關節炎作用機制中的研究進展▲

倪小坤 袁長深 梅其杰 莫崇朗 康潤強 段 戡

(1 廣西中醫藥大學研究生學院，南寧市 530200，電子郵箱：nxk8018@sina.com；2 廣西中醫藥大學第一附屬醫院仙葫院區骨三科，南寧市 530200)

【提要】 骨關節炎是常見的關節炎類型，其可導致關節疼痛、關節功能障礙，進而引發睡眠不良、疲勞、情緒改變等情況，嚴重時可導致殘疾。因此，探尋更有效、更安全的診治方法對于改善骨關節炎患者的生活質量具有重要意義。在骨關節炎的發生和發展過程中，瘦素起著不可忽視的作用。本文就瘦素在骨關節炎中的作用的研究進展進行綜述，為骨關節炎的早期診斷、治療與病情評估提供新思路。

骨關節炎是常見的關節炎類型，主要表現為關節疼痛、關節活動受到限制，該病的病理變化是關節內的軟骨受到破壞，進而出現軟骨退行性改變。目前，臨床上主要根據臨床表現及影像學改變進行診斷。然而，如可觀察到影像學改變，則關節內軟骨已發生了不可逆的病變，對該病的早期診斷、治療與病情評估不大。故尋找敏感的生化指標用于骨關節炎的早期診斷或疾病進展評估，成為當前研究的熱點之一。

骨關節炎最終會導致嚴重的關節疼痛和運動障礙，但其發病機制至今尚不清楚。而軟骨細胞作為關節軟骨的主要構成細胞，其丟失或破壞是骨關節炎發生的主要原因。瘦素是近年來發現的一類脂肪細胞因子，可參與機體代謝及免疫調節。瘦素也被稱為一種新的骨生長調節因子，它不僅能夠通過神經網絡促進抗骨生成因子的釋放[1-2]，還可誘導成骨細胞繁殖、膠原合成及骨礦化過程[3-4]。此外，瘦素也是一種刺激軟骨內骨化的骨骼生長因子[5]。瘦素可通過多種通路單獨或協同其他因子作用于關節內軟骨細胞，從而參與骨關節炎的發病，且其在血清或關節液中的表達水平與骨關節炎程度呈正相關，已被國際骨關節炎研究會納入骨關節炎生物標志物的候選因子[6]。本文針對瘦素與骨關節炎的關系展開綜述，旨在為骨關節炎的早期診斷與病情進展評估提供新思路。

1 瘦素概述

瘦素在1994年被首次報告為由ob/ob基因編碼的一種肽類激素，屬于1型細胞因子超級家族[7]，其相對分子質量為16 000，主要由白色脂肪細胞產生。瘦素通過與db基因轉錄本選擇性剪接產生的特定受體(OB-R)相互作用來實現其生物學效應[8]。由于OB-R在周圍組織中廣泛表達[9]，瘦素可能被認為是一種多作用激素，參與控制各種生理過程。早期研究發現瘦素可以在能量代謝中發揮重要的作用，其可促使機體減少能量的攝入，增加能量的釋放，抑制脂肪細胞的合成，從而調節體內的能量代謝。隨著研究的深入，發現瘦素的功能還涉及雌性內分泌及生殖系統的調節，以及與免疫應答、炎癥反應、心血管功能和呼吸系統有關的其他病理生理過程[10]。

2 骨關節炎患者關節液或血清中瘦素水平及其水平變化原因

骨關節炎是最常見的骨關節疾病，最初被認為是簡單的磨損性疾病，但目前被認為是一種由多因素引起的復雜病理改變，其由炎癥和代謝失衡誘發，可影響整個關節結構(包括關節軟骨、半月板、韌帶、骨和滑膜)[11]。研究表明，與正常人相比，骨關節炎患者的血清、髕下脂肪墊、滑膜組織和軟骨中瘦素水平升高[12]。此外，在人類軟骨細胞中發現長瘦素受體OB-Rb的表達[10]。 一項實驗結果顯示，瘦素缺陷或瘦素受體缺陷的小鼠出現了極端肥胖表現，但膝骨關節炎的發生率沒有增加[13]，這表明體脂本身可能不是關節退變的危險因素，因為缺乏瘦素所致的肥胖不足以誘導小鼠全身炎癥和膝骨關節炎，提示瘦素可能通過調節骨骼和免疫系統而在骨關節炎的發生中發揮多效性作用。

Sachdeva等[14]發現，關節液或血清中的瘦素水平隨著疾病加重而升高。此外， 有研究顯示骨關節炎患者關節液中的瘦素水平升高，瘦素水平變化與骨關節炎的影像學表現有關，尤其在骨關節炎晚期，關節液中的瘦素水平明顯升高[15]。這項結果與Dumond等[16]的研究結果相似，Dumond等發現關節液中的瘦素表達模式和水平與軟骨破壞的程度有關。此外，血清中的瘦素水平可以預測膝關節內外側間隙軟骨體積的損失情況[17]。上述研究結果表明，關節液中的瘦素水平可以反映關于骨關節炎的進展或狀況。

骨關節炎尤其是進展期骨關節炎，關節液或血清中瘦素水平升高的原因尚不清楚。而目前的研究結果表明，瘦素對軟骨具有雙重作用，其既可破壞軟骨從而在骨關節炎的發生中發揮作用，也可促進軟骨的修復。(1)瘦素可能通過增加基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-9和MMP-13的表達觸發軟骨破壞[18]。(2)骨關節炎發生或發展過程中，瘦素的增加可以修復受損關節軟骨，因為瘦素可以刺激軟骨中蛋白聚糖、胰島素生長因子1和轉化生長因子β1的合成[19]。其中，蛋白聚糖是ECM的主要成分，胰島素生長因子1和轉化生長因子β1通過形成細胞簇，增加其合成代謝活性，刺激軟骨細胞修復受損的細胞外基質。(3)更有直接的研究證明，瘦素可以誘導骨形成蛋白2自分泌，從而激活骨形成蛋白2特異性下游因子Smad1/5，同時增加合成代謝相關因子Ⅱ型膠原的表達(修復機制)和分解代謝相關因子MMP/ADAMTS的表達[20]，這對關節內軟骨具有雙重作用，既能防止軟骨細胞的凋亡(即具有保護作用)，也可導致骨關節內軟骨的丟失(即具有分解作用)[21]。

3 瘦素對軟骨細胞的保護作用

3.1 瘦素對軟骨細胞的合成代謝具有促進作用 (1)在中度骨關節炎患者的軟骨標本中，瘦素陽性染色區域主要為中層軟骨細胞，該區域的軟骨細胞合成軟骨細胞外基質的能力更強[4]，而軟骨細胞外基質可以最大限度地提供軟骨細胞的生存環境，促進軟骨細胞的合成。(2)將轉化生長因子β注入小鼠膝關節，可刺激骨膜形成新的軟骨結構，這些早期軟骨樣結構發展成骨贅，主要分布在關節軟骨邊緣和韌帶的插入部位，隨后與原始骨融合[19]。而瘦素可能通過誘導胰島素生長因子1和轉化生長因子β1等生長因子的產生，在軟骨細胞的合成代謝中具有促進作用[16]。(3)此外，瘦素對蛋白多糖的合成具有刺激作用[19]，提示瘦素可能參與骨關節炎軟骨細胞合成代謝活性的上調，這種作用也可能發生在疾病的早期階段，其特征是增強軟骨細胞的合成活性。

3.2 瘦素對軟骨成骨的促進作用 瘦素對成骨細胞和軟骨細胞的作用相似，這是因為兩種類型的細胞都來自間充質前體，可能由共同的調節機制來產生各自的細胞外基質。瘦素可直接作用于成骨細胞以促進骨生長，因此被認為是一種新的骨生長激素調節劑[4,22]。Zheng等[23]研究發現，軟骨體積的增加與血清瘦素的水平呈正相關，提示瘦素具有促進軟骨成骨的作用。此外，瘦素可在mRNA和蛋白質水平誘導軟骨中胰島素樣生長因子的合成，從而促進軟骨細胞向成骨細胞分化[16]。

3.3 瘦素對軟骨降解的延緩作用 瘦素能抑制腫瘤壞死因子α誘導的軟骨細胞死亡，并能保護關節軟骨細胞免受累積機械載荷和有害應力的影響，進而延緩軟骨退行性變化的發生[24]。瘦素也可以通過Janus激酶2、磷脂酰肌醇3-激酶和腺苷一磷酸依賴的蛋白激酶途徑，上調血管細胞黏附因子1 的表達，從而延緩軟骨降解[25]。

4 瘦素對軟骨細胞的破壞作用

骨關節炎最突出的特點是軟骨細胞不平衡地產生分解代謝和合成代謝因子，這引起基質降解增加和合成代謝過程減少，從而導致軟骨破壞。而瘦素在骨關節炎發生過程中起到的作用，則可能是促進軟骨細胞發生炎癥反應和軟骨破壞(分解)。例如，有研究表明，瘦素能增強關節炎發病機制中已知的促炎因子和分解介質的產生，如白細胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、IL-8、血管細胞黏附分子1、 一氧化氮和前列腺素E2，并可抑制軟骨細胞的增殖[18]。瘦素和受體OB-Rb結合后，能夠有效地激活細胞內信號[其中包含Janus激酶/轉錄信號轉導劑和激活劑(signal transducer and activator of transcription,STAT)、磷脂酰肌醇3-激酶、核因子κB 、蛋白激酶C 和絲裂原活化蛋白激酶等]，并且還可以激活細胞外信號(其中包括蛋白激酶1/2、p38激酶及C-Jun N端激酶等)[26]，從而對相應的細胞發揮分解作用。

4.1 瘦素通過促炎作用分解軟骨細胞 (1)促進炎癥環境的形成： 在骨關節炎中，軟骨細胞產生多種炎癥介質，導致異常環境的形成，引起軟骨損傷[27]。瘦素能夠單獨或者聯合IL-1通過激活核因子κB/絲裂原活化蛋白激酶途徑或 C-Jun N端激酶途徑，促進膝骨關節炎軟骨中誘導型一氧化氮合酶、環氧化酶-2的表達，以及一氧化氮、前列腺素E2、IL-6、IL-8合成增多，從而形成炎性環境[28]。炎性環境中的一氧化氮可以導致機體中MMP的表達增加，從而抑制蛋白聚糖和膠原合成并誘導軟骨細胞的凋亡[29]。(2)誘導炎癥因子IL-6表達：正常關節腔中炎癥因子的表達較少，而經瘦素干預后滑膜成纖維細胞中IL-6的表達呈劑量依賴性升高[30]。而IL-6可導致蛋白多糖降解，并通過NOTCH信號通路減少軟骨蛋白多糖的合成，增加分解因子MMP-13的表達，從而抑制軟骨的形成；而當使用瘦素受體阻滯劑時，骨性關節炎患者滑膜成纖維細胞中IL-6的表達明顯下降[31]。這提示瘦素可通過IL-6增加分解因子MMP-13的表達，MMP-13進一步介導炎癥因子釋放進而導致軟骨損傷，促進骨關節炎的進展[32]。(3)誘導炎癥因子IL-1β表達：Yang等[30]發現，經瘦素處理后第7天軟骨細胞中的IL-1β表達水平增加。而IL-1β是一種炎癥細胞因子，可通過抑制膠原合成和刺激MMP表達，在關節軟骨破壞的發生和進展中發揮關鍵作用[33]。

4.2 瘦素通過調控分解代謝介質分解軟骨細胞 有學者發現，經瘦素處理后第7天，軟骨細胞中促軟骨膠原降解因子MMP-9和MMP-13的含量增加[30]；關節內給予瘦素處理可降低軟骨中堿性成纖維細胞生長因子的基因和蛋白質表達水平，同時顯著增加了MMP-2、MMP-9和組織蛋白酶D等降解酶的表達水平[34]。還有研究結果顯示，一定濃度的瘦素單獨或與IL-1聯合處理牛軟骨，能通過激活STAT1、STAT3、STAT5、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/Janus激酶、MAPK/細胞外調節蛋白激酶、p38MAPK、蛋白激酶B和核因子κB信號通路，促進牛軟骨膠原釋放及MMP-1、MMP-13的表達[35]。瘦素還可以通過核因子κB、蛋白激酶C和MAPK途徑直接誘導參與骨關節炎相關關節破壞的分解代謝介質(MMP-1、MMP-3和MMP-13)的表達，促進軟骨的破壞[34-36]。此外，瘦素還能促進其他軟骨分解因子的表達，如MMP-2、兔抗人組織蛋白酶等[34]。Song等[37]的研究結果也表明，在骨關節炎軟骨中特異性生長抑制基因明顯上調，而特異性生長抑制基因可抑制微小RNA-21的表達而促進MMP(包括MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13)和含血小板反應蛋白基序的金屬蛋白酶系統4的表達，從而促進細胞凋亡，同時抑制自噬反應。這些結果表明，瘦素通過不同途徑調控分解代謝介質MMP的表達，發揮分解軟骨的作用，從而加速骨關節炎的進展。

5 小 結

綜上所述，瘦素可通過多種途徑在骨關節炎的發生、發展中發揮重要作用，且這一作用是雙重的，既可促進軟骨的分解，也可促進軟骨的修復。最近一項研究表明，瘦素誘導的骨關節炎的發病機制涉及多個基因(MMP、炎癥因子、生長因子、凋亡基因和成骨基因)表達的調節[32]，這提示瘦素以一種復雜的方式在骨關節炎中發揮作用，相關的機制還需要進一步探討?？傊?，瘦素對骨關節炎的早期診斷與病情評估可能具有重要參考價值，隨著研究的深入，其對骨關節炎的具體作用機制和臨床應用價值也將會被進一步證實。