细胞因子与骨关节炎

细胞因子与骨关节炎李忆农细胞因子主要是指活化的免疫细胞和某些基质细胞分泌的一类非特异调节免疫应答和介导炎症反应的小分子蛋白质，包括由淋巴细胞产生的淋巴因子，单核-巨噬细胞产生的单核因子，及其他细胞因子，如趋化因子、粘附因子、生长因子等。目前已阐明的细胞因子已达50 多种，其中经实验或临床发现与骨关节炎(OA)有关的近十种，现就其主要种类分述如下。1白细胞介素-1(IL-1)及 IL-1 受体拮抗蛋白(IL-1ra)IL-1 有两种，分别称为 IL-1 和 IL-1，共同作用于同一个受体，发挥类似的生物活性，但其氨基酸序列仅 1/4 有同源性。IL-1 在关节软骨的代谢中有多方面的作用1 ，一方面促进透明软骨型胶原的降解，一方面促进纤维软骨型胶原的增生，同时还抑制蛋白聚糖的合成，促进其分解，是介导软骨破坏最直接的细胞因子。IL-1 与 OA 的关系最先由 Herman 和 Sabiston 发现1 ，他们从 OA 膝关节来源的滑膜中分离出一种软骨分解因子，后来证实为 IL-1。OA 滑膜免疫组化染色进一步证实 OA 滑膜中有显著数量的 IL-1 存在。而且 OA 滑膜的炎症变化可被 IL-1 很好地诱导出来，其特征为伴单核细胞浸润和纤维化增加的慢性滑膜炎。OA 软骨组织中亦有大量 IL-1 分布。免疫组化显示，在正常人软骨细胞中，IL-1 仅存在于上层软骨的个别细胞中，但是在 OA 软骨的上半部分细胞及细胞外基质均可见强阳性的 IL-1 和 IL-1。OA 软骨中 IL-1 介导金属蛋白酶组织抑制因子-1(tissue inhibitor of metalloproteinases-1，TIMP-1)与金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)之间失衡1 ，是其引起软骨分解的主要机制。体外实验证实，IL-1 促 MMPs 合成，抑制 TIMP-1产生，同时通过胞浆素原激活物(plasmomitogen activator,PA)的分泌，促进 MMPs 的活化，并抑制胞浆素原激活物抑制物(PAI-1)的合成1-3 ，导致 OA 中胞浆素和 MMPs 的激活，进一步加强对软骨的破坏作用。另外，IL-1 还有快速强大的促炎症作用1 ，主要是刺激滑膜细胞合成并释放前列腺素 E2(PGE2)，引起滑膜炎症和骨的吸收，而且形成的 PGE2 反过来又进一步加强 IL-1 对软骨的分解作用。同时，IL-1 介导的 MMPs 的释放也与滑膜炎有关。IL-1 通过诱导白细胞介素-6(IL-6)的合成参与免疫调节过程4 ，刺激人成纤维样细胞的增生，与关节周围骨的形成有关。而 IL-1 刺激成纤维细胞 I 型胶原的合成5-6 ，可能是 OA 滑膜纤维化数量增加的原因。IL-1 受体拮抗蛋白(IL-1ra)为滑膜细胞分泌的 IL-1 受体的天然拮抗剂，IL-1ra 不能抑制 IL-1 的合成4 ，但可以抑制 IL-1 的活性。人们发现 OA 关节液中 IL-1ra 水平下降与胶原酶和酪蛋白酶活性增加有关5 ，IL-1ra/IL-1 的失调与软骨破坏相平行，是 OA 形成的重要环节。OA 滑液 IL-1ra 水平低于正常，但明显高于类风湿关节炎(RA)，可能是 OA 滑膜细胞增生及持续性关节炎症不及 RA 的原因之一。2肿瘤坏死因子-(TNF-)主要来源于单核-巨噬细胞系统，其作用与 IL-1 类似。在软骨组织中，TNF- 选择性地抑制软骨胶原的产生，抑制蛋白聚糖的合成，同时促其降解，与 OA 软骨破坏及滑膜炎有一定关系7 。TNF- 在 OA 病人的滑液中较少见，仅少数 OA 病人的滑液中可测出 TNF-。OA 滑膜免疫组化染色也仅偶尔测出痕量的 TNF-6 。OA 动物模型中3 ，OA 软骨免疫组化染色其基质及细胞中 TNF- 及受体均呈现阳性反应，且强度与范围和 OA 严重程度相平行。TNF- 与 OA 患者多数 MMPs 活性无明显相关。但在体外，TNF- 与培养的 OA 软骨细胞胶原酶-3 的表达有剂量依赖性关系7 。3白细胞介素 6(IL-6)又称 B 细胞分化因子，其作用与 B 细胞功能相关联，在 RA 相关的自身免疫中起调节作用，不直接影响 MMPs 的合成。正常人滑膜免疫组化测不出 IL-6，但在 OA 滑膜衬里细胞及浸润的单核巨噬细胞中可以检测到其存在6 ，其在 OA 中的作用尚不十分明确。在体外实验中1 ，IL-6 可刺激正常软骨及滑膜细胞前列腺素和胶原酶的产生，增加RA 滑膜的成纤维细胞对 IL-1 刺激的 MMPs 反应8 ，并推测这一现象也可能适于 OA。在有成骨细胞和骨髓造血细胞存在时，IL-6 与可溶性 IL-6 受体(sIL-6R)可促进破骨细胞(OCL)的形成，OCL 在 RA 和 OA 均存在，二者无显著差异，且抗 sIL-6R 抗体可阻断这一过程8 。在体内，IL-6 可激活 B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞，可能是观察到的 OA 滑膜免疫现象的原因之一，也可能对细胞毒样淋巴细胞的激活起促进作用。从正常及 OA 软骨中分离的软骨细胞都能自发分泌 IL-6，免疫组化证实 IL-6 在软骨细胞原位出现，推测 IL-6 可能参与了软骨细胞的增殖和克隆化。OA 软骨细胞合成 IL-6，IL-6 促进软骨细胞增殖，提示 OA 可能存在软骨细胞自分泌刺激机制。该机制与 OA 软骨细胞不正常再生有关。近来，有实验证实，IL-6 不仅受 IL-1 调节，而且可被 Th1、Th2 细胞因子诱导4 。总之，IL-6 在 OA 的关节中有双重作用6 ，既促进分解，与 MMPs 活性弱相关3 ，又促进修复和再生。4一氧化氮合成酶(NOS)与一氧化氮(NO)NOS 又称氮合酶，可催化重要炎性介质 NO 的产生。有证据表明5 ，OA 病人软骨细胞表达 OA 相关 NOS(OA-NOS)增加，且有组织特异性，与肝细胞诱导性 NOS(iNOS)不同，其分子量较大(150 000/133 000)，抗 iNOS 的抗体不能与 OA-NOS 结合，反之亦然。转录因子 NF-kappa B 可抑制 OA-NOS 活性，IL-1、TNF-、LPS 均使其活性增加。但 OA-NOS 对转移生长因子 (TGF-)不敏感。OA 关节软骨细胞分泌大量 NO，而增加的 NO 可抑制 IL-1ra 的产生9 ，引起 OA 软骨的破坏；同时 NO 还可以增加 COX-2 活性，导致 PGE2 合成增加，参与介导滑膜炎症的形成3 。5巨噬细胞炎性蛋白-1(MIP-1)这是一种在 TNF-、IL-1 或 LPS 刺激下，OA 滑膜成纤维细胞分泌的一种趋化因子。实验证实 MIP-1 在 OA 关节滑液中显著增高，且明显高于 RA 及其他形式的关节炎。滑膜组织免疫组化染色显示，OA 中主要的 MIP-1 阳性细胞为衬里细胞、血管平滑肌细胞和内皮细胞及少量巨噬细胞。有证据表明，MIP-1 在单核细胞进入 OA 关节时起介导作用10 。6转移生长因子 (TGF-)该因子为 OA 过程中介导软骨合成、抑制胶原和蛋白聚糖分解的主要细胞因子11，12 。体外 TGF- 可刺激 OA 软骨细胞增殖，增加碱性磷酸酶活性，诱导合成新基质13 。TGF- 影响软骨代谢的机制与促进金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP)-1 和 TIMP-3 表达有关，但不影响 TIMP-2 的表达14 。在体外培养的软骨细胞中，TIMP-3 的 mRNA 表达与 TGF- 呈剂量依赖性关系15 。提示这可能是 TFG- 促进 OA 软骨修复的机制之一。同时 TGF- 可提高整合素 5、1 的表达16 ，并诱导纤维连接素(fibronectin)的合成15 。但 TGF- 诱导的过分的修复反应，有可能是 OA 的骨赘形成机制之一17 ，在正常小鼠膝关节反复注射 TGF- 可诱导类似 OA 的骨赘形成17 。7胰岛素样生长因子-1(IGF-1)及 IGF 结合蛋白-3(IGFBP-3)IGF-1 可刺激关节软骨基质合成，抑制软骨细胞介导的基质分解12 。IGFBP-3 则与IGF-1 结合，竞争性抑制 IGF-1 与受体的结合，从而抑制 IGF-1 的生理活性12 。人们发现，OA 滑液中 IGF-1 升高，但 OA 软骨对 IGF-1 呈低反应18 ，其机制与 IGFBP 有关19 。OA 滑液中 IGF-1 升高，IGFBP-3 水平上升更高，IGFBP-3/IGF-1 比值高于正常，而 IGF-1 受体表达正常19 ，其结果是，大量的 IGFBP-3 抑制了 IGF-1 的活性，参与了 OA 的形成。8其他成纤维生长因子和组织生长因子亦有刺激 OA 关节软骨基质合成的活性12 ，但 IL-8及粘附分子家族未见与 OA 的关节破坏有明显相关20 。总之，OA 发病过程中细胞因子分泌异常，尤其是与软骨破坏有关的单核因子 IL-1、IL-6、TNF- 的分泌异常及 IL-1/IL-1ra、IGF-1/IGFBP-3 等因子平衡的破坏，导致MMPs/TIMPs、PA/PAI-1 的失衡，是 OA 发病的中心环节。深入了解细胞因子对软骨细胞分泌和增殖功能的调节过程，可为 OA 发病机制的进一步阐明提供依据，为治疗提供新的对策。