白介素-1在骨关节炎发病机制中的作用.

环境，从而促进了OA的进展〔23，24〕。 3.4 IL1对其他OA致病因素的影响 尽管IL1在OA的发病机制中 有着非常重要的作用，但应该认识到IL1与其他细胞因子或致病因素 的相互作用、相互调节在OA病理中的作用远远超过任何一个细胞因子 或致病因素的单独作用。前面已经提到了IL1对于MMPs、NO、 PGE2的作用及由此对OA产生的重要影响，不再赘述。作为多效应的细 胞因子，IL1还可从许多方面影响OA。 3.4.1 IL1可激活多条有关软骨细胞去分化和软骨破坏的信号转导 途径 完成细胞内信号转导过程的关键信号转导分子和关键结构域主要 有三大类：蛋白激酶与蛋白磷酸酶，GTP结合蛋白及蛋白质相互作用的 调控结合元件。在IL1刺激后，软骨细胞表达的主要是有丝分裂原激 活的蛋白激酶家族（MAPK）中的p38、JNK和ERK亚家族，由此引起 的信号级联反应又反过来刺激释放IL1等炎症介质，损伤关节软骨。 其机制包括MAPK参与IL1诱导MMPs作用、刺激产生IL6、激活 iNOS产生NO以及诱导COX2受体而上调PGE2合成等〔23〕。 Radons等〔25〕证实p38MAPK和（或）P13K/JNK在软骨细胞IL1诱 导的IL6分泌中起决定作用，而IL1诱导蛋白聚糖表达下调是由 p38MAPK 和（或）ERK1/2介导的。 3.4.2 IL1可上调陷穴蛋白的表达，诱导软骨细胞的衰老 陷穴蛋 白（caveolin）是分子量21-24 kD的跨膜蛋白，能参与钙的运输及细胞 信号转导，最近发现还与细胞过早衰老相关。Dai等通过RTPCR法和 免疫组化法检测人和鼠OA软骨中的caveolin1的表达，结果显示 IL1β上调了caveolin1的mRNA和蛋白质水平，诱导软骨衰老表型的 标记表达〔26〕。在IL1β诱导刺激下，caveolin1的过表达可诱导 p38MAPK的活化，还可上调p53、p21及视网膜母细胞瘤抑癌基因 （Rb）水平（p53/p21/Rb的磷酸化类似p38MAPK的活化），从而介导 软骨细胞的衰老，由此证实caveolin1确实与软骨退变有关，表明其 能诱导OA软骨细胞过早衰老，是因为IL1β至少部分地、间接地诱导 了陷穴蛋白1的表达，并提示陷穴蛋白1在促进OA软骨细胞衰减的 发病机制中扮演一个重要角色。 4 结语 OA是力学和生物学因素作用下软骨合成和降解耦联失衡的结果。 细胞因子学说目前并不能解释OA软骨破坏的全部原因，但越来越多的
【关键词】 白细胞介素1；骨关节炎 骨关节炎(OA)是严重危害中老年人身体健康和影响生活质量的常见 疾病，在65岁以上老年人中的发病率达68%。OA的确切病因及发病机 制至今尚未完全明确。一般认为，OA是多种因素相互作用和影响所造 成的最终结果。目前细胞因子在OA发病机制中的重要作用已越来越受 到人们的关注，其中白细胞介素1（IL1）被认为是导致软骨功能衰 退最具影响力的细胞因子之一，许多研究证实IL1在OA的发病进程中 起着关键性作用。本文就IL1在OA发病机制中的研究现状作一综述。 1 IL1概述 IL1家族包括IL1α、IL1β、IL1Ra、IL18、ILε等至少 十几个成员，目前研究较多的主要有3个：2个激动剂分子IL1α、 IL1β和1个抑制它们的天然特异性受体拮抗剂IL1Ra。 人类编码IL1α、IL1β和IL1Ra的基因尽管具有不同的氨基酸 序列（其同源性只有不到26%），但由于其三维空间结构相似，与 IL1的两类受体（IL1RⅠ和IL1RⅡ）的亲和力相同，故可介导相 似的生物学活性。IL1α和IL1β具有同样的致炎性能，但在人类 IL1β是主要的，它通过IL1β转换酶的处理，能分泌到细胞膜的外面 发挥作用〔1，2〕，而IL1α是由钙蛋白酶处理，通过钙依赖方式在细 胞膜附近被激活，由于只能停留在细胞膜，故其致炎作用较弱〔2， 3〕。IL1具有广泛的生物学效应，可在局部或全身发挥作用，其中参 与炎症反应是其非常重要的一项功能。在急、慢性炎症时，IL1会引 发全身性症状如发热、肌消耗和急性期蛋白的合成，在局部则引起组织 炎症和破坏性病变。IL1Ra是特异性高亲和力受体拮抗剂。单个 IL1Ra基因的原始转录通过交替拼接，产生四个已知的IL1Ra转录 物，其中能合成信号肽，经糖基化，通过经典途径分泌出细胞的为分泌 型（sIL1Ra）；另三个变异体由于缺乏信号肽而被滞留在胞浆内，故 界定为胞内型（icIL1Ra1、2、3）〔4，5〕。IL1Ra是IL1α和 IL1β天然的特异性抑制物，其作用机制为：①与靶细胞表面的IL1 受体结合，但不触发任何信号，从而发挥特异性竞争抑制作用；②三种 icIL1Ra由于滞留在胞内，可抑制IL1诱导的基因表达，下调细胞对 IL1的应答〔6〕。故在动物模型以及人类疾病中，IL1Ra都是人体 重要的抗炎自卫屏障。现在普遍认为：在软骨炎性疾病的发生发展中， 保持IL1和IL1Ra之间的平衡是非常重要的〔7〕。
的主要成分包括胶原（以Ⅱ型胶原为主）和蛋白聚糖，而正是由于软骨 基质中胶原结构的破坏和蛋白聚糖含量的改变，才最终导致关节软骨进 行性变性。IL1可以从以下几个方面加重对软骨基质的破坏。 3.2.1 IL1诱导基质金属蛋白酶（MMPs）表达并促使其活化，引 起软骨基质降解 MMPs是一大类结构相似的酶活性依赖锌离子的蛋白 水解酶超家族，至少有20多个成员，构成了细胞外基质降解最重要的蛋 白水解系统，能够降解关节组织细胞外基质所有成分。比如MMP13 具有广泛的酶活性，可以裂解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅹ、Ⅺ型胶原、明胶和 糖胺多糖，并对胶原Ⅱ具有最为活跃的降解活性能力。IL1可通过上 调基因mRNA表达，引起胶原酶、明胶酶、基质溶解素等各种MMP的 酶原合成、分泌及其活性增加，从而促进基质大分子降解。管剑龙等 〔19〕运用酶谱分析法显示IL1β能显著增强培养的OA患者关节软骨 细胞MMP9活性。亓建洪等〔20〕研究显示IL1β能够明显诱导 MMP13在软骨细胞中表达，二者之间呈正相关剂量依赖关系。 3.2.2 IL1可引起胶原纤维类型的变异，加速蛋白聚糖的耗尽 IL1可抑制软骨细胞合成具有透明软骨特性的蛋白聚糖和Ⅱ型胶原， 促进生成具有纤维母细胞特性的Ⅰ和Ⅲ型胶原，从而使软骨变性，引起 软骨缺损和软骨的生物力学改变。体外实验及动物模型关节腔内注射 IL1均证实IL1通过抑制Ⅱ型前胶原mRNA的表达，抑制透明软骨中 胶原的合成而促进成纤维细胞样胶原的合成，使软骨的结构蛋白发生质 的改变，这在OA的进展中是极具破坏性的〔21，22〕。另外，IL1既 可诱导IL6的生成，通过两者协同作用以抑制软骨细胞合成蛋白聚 糖，又可诱导NO的大量合成以抑制蛋白聚糖和胶原的合成。 3.3 IL1对滑膜的影响 在OA中，滑膜的病理特点是无菌性慢性 滑膜炎。滑膜炎症是在多因素作用下的继发改变，包括以IL1为代表 的细胞因子在内的各种炎症介质在其中起着重要的作用。 IL1对滑膜的影响主要是通过刺激滑膜细胞产生前列腺素 E2（PGE2）,促进滑膜炎症发展的。IL1可通过增加磷脂酶A2和环氧 合酶的产生，促进滑膜细胞、软骨细胞合成并释放前列腺素(PGE2)及 其他炎性介质(如血小板活化因子PAFacether)，产生强大的促炎作 用，引起滑膜炎症及骨吸收。IL1β还可刺激滑膜成纤维细胞增殖，增 加胶原酶和溶质素分泌，促进滑膜细胞黏附分子（ICAM1）的表达， 使滑膜细胞与浸润性炎性细胞反应性增强，造成关节软骨生成的恶劣微
目前研究发现细胞表面主要有两种IL1受体：Ⅰ型受体 （IL1RⅠ）和Ⅱ型受体（IL1RⅡ）。IL1α、IL1β和ILIRa均 能同这两种受体结合，通常IL1α、ILIRa两者与IL1RⅠ的结合较 好，而IL1β却与IL1RⅡ的亲和力更高〔8〕。 2 IL1的表达 IL1在体内有广泛的细胞来源，几乎各种有核细胞都能产生 IL1。具体而言，IL1α可由人角质细胞大量表达，IL1β主要由活 化的单核吞噬细胞产生。IL1Ra主要由自身单核吞噬细胞产生， 其次为中性粒细胞、角质化上皮细胞、滑膜细胞等。IL1RⅠ主要表达 于T淋巴细胞、平滑肌细胞、角化上皮细胞和成纤维细胞等表面， IL1RⅡ主要表达于B淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞及骨髓细胞表 面〔9〕。 正常关节的滑液中含有微量IL1，其中以IL1β为主，体外培养 的正常软骨细胞和正常的滑膜组织细胞也能够产生微量的IL1β。而正 常人软骨细胞中IL1 仅存在于表层软骨的个别细胞中。激活的滑膜细 胞、单核细胞和关节软骨本身均可产生IL1。体外培养及在体实验均 表明：OA患者的滑膜及软骨中均有较高水平的IL1存在,与正常有显著 差别。如Tikuk等〔10〕发现OA软骨组织的中、上层软骨细胞及其基质 皆呈IL1 强阳性反应。Landsberg等〔11〕将OA患者膝关节软骨细胞 及滑膜细胞进行体外培养，其合成的IL1α、IL1β水平均升高。 Marks等〔12〕报道OA患者的关节滑液中IL1β显著高水平表达，且 和关节软骨损伤呈正相关。裴明等〔13〕用免疫组化显示OA患者的软 骨细胞和滑膜衬里层细胞均强烈表达IL1Ra蛋白。 3 IL1与OA 3.1 IL1对软骨细胞的影响 软骨细胞膜上分布有可结合IL1的 受体，正常软骨细胞膜上IL1受体数量为(2 315±462)点／细胞，而 OA软骨细胞膜上的受体数量多达(4 060±7源自文库0)点／细胞，接近于正常数 量的两倍。高水平的IL1与软骨细胞膜上的受体结合，通过信息传递 系统，将改变的信息输送到细胞内，从而干扰了软骨细胞的正常代谢活 动。 3.1.1 IL1可通过明显有效地抑制软骨细胞中Sox9基因（mRNA 或蛋白质）的水平,强烈抑制软骨细胞表型的分化 研究显示在正常成人
的软骨细胞中，转录因子Sox9的mRNA水平高表达，而在OA患者软骨 细胞中明显下调。尽管还存在不同意见，但普遍认为，转录因子Sox9 是软骨形成以及软骨特异性基因如Ⅱ型胶原基因（COL2A1）的表达所 必需的，Sox9基因的表达与软骨细胞特异性基因的表达密切相关，可 诱导骨前体细胞软骨源性分化。Tew等〔14〕通过人关节软骨细胞的传 代培养实验，证实Sox9能增强软骨细胞表型的再表达，使OA软骨细胞 的COL2A1基因高表达。Murakami等〔15〕研究发现，在炎性关节疾 病的软骨损伤的修复中降低Sox9活性对软骨表型表达的抑制起关键性 作用。而实验显示，IL1能显著减少软骨细胞Sox9mRNA和蛋白含 量。因此在炎性关节疾病，Sox9的下调在抑制软骨表型中可能有至关 重要的作用，而IL1强烈抑制Sox9表达的作用可能抑制软骨修复能力 〔16〕。 3.1.2 IL1可诱导软骨细胞凋亡,从而抑制软骨细胞的增殖 普遍认 为OA中存在明显软骨细胞凋亡。现已发现软骨细胞凋亡至少存在Fas和 NO两种途径。同滑膜炎症相关的途径，由Fas介导，同滑膜炎症无关的 途径，由NO介导。人类正常关节中的软骨母细胞在体外培养均无NO产 生，可如果加入炎性细胞因子如IL1β等就会激活iNOS（诱导型NO合 成酶）产生大量NO。许多研究证实，NO及其产物会造成软骨细胞凋 亡，其水平同软骨细胞的凋亡数目，OA的严重程度呈正相关。此外， 大量的NO还可以通过抑制线粒体呼吸、产生自由基的细胞毒性这两种 损伤机制，直接导致软骨细胞损伤。NO作为IL1下游产物，是IL1 作用于软骨细胞最主要的效应分子。而IL1本身又是参与OA滑膜炎症 改变的主要细胞因子之一。因此，不管是否与滑膜炎症相关，IL1都 可以从Fas或NO介导这两条途径对软骨细胞的凋亡产生明显的影响。 Heraud等〔17〕证实了IL1β在调控软骨细胞凋亡方面发挥了重要作 用。 3.1.3. IL1还可能从其他方面影响软骨细胞 如Yasuhara等 〔18〕发现IL1诱发小鼠ATDC5软骨细胞的死亡可以被NADPH氧 化酶抑制剂所中止，并提示IL1是通过扰乱小鼠ATDC5软骨细胞的 线粒体膜电位，促进ATP丧失而导致软骨细胞的死亡，推测IL1介导 其死亡的机制至少部分地与IL1可直接引起线粒体功能异常、能量衰 竭有关。 3.2 IL1对软骨基质的影响 关节软骨的变性乃至丧失是骨关节炎 的关键病理改变。关节软骨由软骨细胞和细胞外基质组成，细胞外基质