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-1α和IL-1β，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-1α和IL-1β。

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-1β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-α(TNF-α)
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-α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-α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-α。

OA滑膜免疫组化染色也仅偶尔测出痕量的TNF-α［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-α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-α与OA患者多数MMPs活性无明显相关。

但在体外，TNF-α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-1β、TNF-α、LPS均使其活性增加。

但OA-NOS对转移生长因子β(TGF-β)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-1β(MIP-1β)
这是一种在TNF-α、IL-1β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-1β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-1β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-1β在单核细胞进入OA关节时起介导作用［10］。

6 转移生长因子β(TGF-β)
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-β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-β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-β呈剂量依赖性关系［15］。

提示这可能是TFG-β促进OA软骨修复的机制之一。

同时TGF-β可提高整合素α5、β1的表达［16］，并诱导纤维连接素(fibronectin)的合成［15］。

但TGF-β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-β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-α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。