骨性关节炎(OA)临床研究进展及药物治疗

龙源期刊网骨性关节炎(OA)临床研究进展及药物治疗作者：冷薇冯文周来源：《中国实用医药》2010年第22期【摘要】目的直接从临床上获得的人关节软骨细胞,骨关节炎软骨细胞在体外研究中,对临床上防治OA有直接指导作用。方法细胞凋亡和骨关节炎的发生发展密切,通过形态学及细胞生化学的方法;维持各层软骨细胞活性和平衡是关节软骨维持正常功能重要条件。中药的作用机理可以改善软骨细胞功能、促进软骨的修复。结果软骨细胞凋亡过盛可能是软骨退变发展成膝关节骨性关节炎的重要原因之一。结论软骨细胞是关节软骨中唯一的细胞,软骨细胞在软骨形成、代谢节修复中起着重要的作用。随着细胞分子生物学的发展,国内外许多学者研究发现软骨细胞凋亡在OA的发生发展中起到关键作用。【关键词】骨关节炎;细胞凋亡;软骨细胞;细胞代谢骨性关节炎(osteoarthritis,OA)是一种以关节软骨退行性变和关节周围骨质增生为病理性特征的慢性进行性骨关节病。随着人口的老龄化,骨性关节炎已成为及常见的疾病。多年的研究提示,在诸多因素影响下,关节软骨细胞外成分的合成减少与降解增加,是造成骨性关节炎软骨变形的重要因素之一。OA是由于机械性和生物性因素相互作用,使关节软骨细胞、细胞外基质和软骨下骨合成与分解的正常进程失去平衡的结果。成人正常关节软骨中,软骨细胞占整个软骨体积的2%以下,其余为大量的细胞外基质,主要由胶原(大部分为II型,其他型胶原较少)和蛋白聚糖组成,蛋白聚糖主要以软骨聚集蛋白聚糖的形式存在。正常情况下,软骨基质的分解与软骨细胞合成基质的速率保持平衡,是软骨的形态和功能得以维持。由于机械性磨损或理化因素致使软骨破坏或降解加快,或者因软骨细胞合成基质收到抑制或其他因素的影响,使软骨修复能力下降后,最终可导致骨关节炎形成。目前针对骨关节炎的体外研究,主要集中在兔关节软骨细胞的培养及诱导成模,动物的软骨细胞往往增生活跃,并且由于种属间差异,只能从一定程度上说明研究的意义。而直接从临床上获得的人关节软骨细胞,尤其是骨关节炎软骨细胞在体外研究中更能说明问题,因为它更符合实际生理状态,研究结果更可信,对临床上防治OA有直接指导作用。1骨性关节炎(OA)的发病机理研究探讨在OA的病理过程中,关节软骨细胞及滑膜细胞分泌过量的基质金属蛋白酶,打破了MMP-TIMP(组织金属蛋白酶抑制剂)的平衡,造成对关节软骨ECM的国度降解,是软骨逐渐出现腐烂、溃疡、缺失等一系列退行性变的重要原因。MMPs可降解软骨关节ECM中的II型胶原、龙源期刊网弹力纤维和蛋白多糖等。前者使软骨的拱形纤维结构破坏而受损,蛋白多糖的降解测试软骨失去弹性,其包绕胶原纤维的分子筛滤过作用下降从而导致关节软骨更易受到降解酶的作用而破坏。机制金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)是一组锌依赖性的蛋白水解酶,能够特异性的降解细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)、蛋白质的组成部分和裂解信号蛋白质。主要参与细胞外基质代谢,与正常组织塑性和病理状态下细胞外基质退变有关。MMPs以无活性酶原形式出胞,在各种炎症介质调控下被激活,导致细胞外基质的降解,同时它们能被特定的蛋白抑制物(如TIMP)所抑制。MMPs在骨关节炎关节软骨的退变中起着重要的作用。酶和酶抑制物水平失调是OA的可能致病机制,在OA中的软骨关节内存在MMPs及其抑制物之间的不平衡,关节软骨的破坏程度与软骨降解酶的含量呈正相关。根据作用底物,MMPs可分为胶原酶、明胶酶和间充质溶解酶等,而在OA病理生理中,研究较多的是MMP-1(胶原酶-1)和MMP-13(胶原酶13)。它们对细胞外基质尤其是II型胶原酶有很强的降解能力,是目前在软骨破坏中研究较多的胶原酶指标。OA时它们可由软骨细胞或滑膜细胞生成,研究表明,在OA关节液以及病变部位软骨中,MMPs的活性增高,而且继发于软骨破坏后。白细胞介素-1(IL-1)、白细胞介素-6(IL-6)与肿瘤坏死因子(TNF-α)是参与OA发病进程中的重要递质,是炎症发病反应的重要调节剂,是调节炎症的始动因素[1]。白介素1(interleukin-1,IL-1)。近年来,人们逐渐认识到白介素1特别是IL1-β在骨关节炎的发病中起着重要的作用,并认为IL-1β水平的不断升高是骨关节炎软骨进行性退行性变的重要原因之一。有人应用特定的基因转染载体将IL-1受体拮抗蛋白基因转移到存在病变的关节软骨或滑膜组织中,使该基因在关节内大量表达,从而阻断病理状态下所产生IL-1的破坏作用,达到预防、治疗和长期维持骨关节炎缓解状态的目的。Ghivizzani等将IL-1β基因转到兔滑膜组织中,结果诱导出了典型的关节炎改变。IL-1对OA发生的影响是多方面的。白介素-6(interleukin-6,IL-6)是具有多种生物学活性的细胞因子,包括激活B细胞和T细胞,以及产生急性期蛋白[2]。正常及OA软骨中分离的关节软骨细胞都能自发分泌IL-6,而正常人滑膜免疫组化检测不出IL-6的存在,OA滑膜内壁细胞则可以免疫组化显示。IL-1β是体内广泛存在的与炎性有关的因子,体外培养的正常软骨细胞和滑膜组织细胞都能够产生微量的IL-1β。据报道,IL-1β能明显影响关节软骨细胞合成基质,从而在OA发病过程中扮演重要角色。IL-1β对关节软骨降解作用的主要降解作用的主要机制可能在于促进软骨中MMPs合成和分泌,抑制基质金属蛋白酶组织抑制物-2(TIMP-2)合成,而前者对基质有较强的溶解作用。由此,IL-1β被用于诱导OA模型产生,而IL-1受体阻滞剂(IL-1Ra)也可用于OA模型治疗,并取得初步效果。肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)。肿瘤坏死因子-α以旁分泌的方式作用于Th细胞,加强其IL-2分泌,提高IL-2受体的表达水平、促进T细胞的活化和扩增。在OA动物龙源期刊网模型中,OA关节软骨免疫组化染色其基质及细胞中TNF-α及受体均呈阳性反应,且强度、范围与OA严重程度相平行。细胞凋亡和骨关节炎的发生发展较为密切,Hashimoto等研究发现正常关节软骨可出现细胞凋亡,但检出率低,主要位于表层,OA患者出表层的数量增加外,中增均有凋亡细胞存在。Blanco等认为关节软骨降解最终完全丧失是骨关节炎的主要病理特征,通过形态学及细胞生化学的方法发现在骨关节炎患者的关节软骨内有凋亡细胞的存在。细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)各成分平衡是维持各层软骨细胞活性的重要条件,细胞凋亡与基质崩解密切相关。切片显示,OA患者关节软骨富含凋亡细胞的区域伴有大量蛋白多糖降解,表层移行软骨细胞凋亡最多,且基质降解最严重。Heraud等观察人的正常和OA股骨头关节软骨发现,OA软骨细胞中有18%～21%软骨细胞表现出调往特征,而正常关节软骨只有2%～5%凋亡细胞.Cao等发现蛋白多糖聚合物的降解产物之一G1结构域由于与透明质酸的结合不易进入循环系统,易在滑液中及软骨中积累,通过降低细胞间粘附诱导软骨细胞凋亡,滑膜是关节滑动结构中的重要组成部分,其中有大量的血液供应和丰富的神经支配,滑膜的分泌吸收和营养代谢是关节软骨维持正常功能的前提。细胞凋亡是受基因调控的一种细胞主动死亡过程,参与机体许多生理和病理过程,软骨细胞的异常凋亡对骨关节炎的发生于发展起至关重要的作用。近年来的研究证明,软骨细胞调节细胞凋亡有两条通路:NO诱导途径和Fas介导途径。Fas又称APO-1或CD95,Fas/CD95介导的凋亡通常包括其死亡区与连接程序分子FADD(Fas-associatedproteinwithdeathdomain)相连结,以及FLICE(CD95L白细胞介素-1β转换酶)的募集,继而发动ICE的其他家庭成员蛋白水解酶的激活,如caspase-8和caspase-3,产生caspase家族级联反应,最终导致凋亡发生。已有研究证实,能导致细胞氧化损伤的因素均能引起细胞凋亡,过氧化氢可以引起剂量依赖性细胞死亡,但浓度低于100μmol/L的过氧化氢主要导致细胞凋亡,浓度超过100μmol/L则细胞坏死开始占优势。OA发病机制中除了酶以及抑制物的代谢失衡外,软骨细胞的凋亡以及自由基也起了重要作用。细胞凋亡(apoptosis)是一种基因控制并依赖ATP功能的细胞自主性死亡方式。随着细胞分子生物学的发展,国内外许多学者研究发现软骨细胞凋亡在OA的发生发展中起到关键作用。2骨关节炎中软骨细胞的研究发现软骨细胞是关节软骨中唯一的细胞,软骨细胞在软骨形成、代谢节修复中起着重要的作用。关节软骨细胞增殖和凋亡正常情况下处于动态平衡状态,使关节软骨在总体上保障其细胞数量及形态和功能的稳定。软骨细胞凋亡过盛可能是软骨退变发展成膝关节骨性关节炎的重要原因之一。刚分离下来的原代软骨细胞呈大小均一的遮光性较强的球形。正常原代软骨细胞48h后完全贴壁,细胞大部分呈圆形、椭圆形或短梭型外观,部分区域软骨细胞呈集落生长,约7d后长龙源期刊网满瓶壁,密疏不一,有的区域还可见大量基质包绕的结节样细胞群落;传代后一般24h即可完全贴壁,第二代软骨细胞3d左右即可长满,细胞仍以椭圆形多见,但随着传代次数的增加,细胞中梭型细胞逐渐增多,分泌和增殖能力下降,传代周期延长。而骨关节炎组原代细胞贴壁普遍较晚,细胞形态多不规则,约9d后才能长满瓶壁,多为单层生长,集落样生长和结节样细胞群落少见;传代后贴壁也较晚,第二代软骨细胞需4d左右长满瓶壁,细胞中梭型细胞增多明显,有时可见浮起的死亡细胞,分泌和增值能力下降。目前原代软骨细胞酶消化分离的方法很多,常用的有Green法和Klagsbrun法等。体外培养观察表明原代正常软骨细胞具有良好的附壁生长和增殖活性,细胞外基质富含II型胶原和蛋白多糖聚集体,直至传到第4代仍具有较好的软骨细胞生物学特性。相比较而言,骨关节炎软骨细胞的贴壁和增殖较慢,II型胶原和蛋白多糖的含量也较少,传到第4代软骨细胞生物学特性基本消失。同时,细胞凋亡明显增多,对相同浓度IL-1β的诱导反应更加显著。而IL-1β能促进基质金属蛋白酶(MMPs)生成同时降低基质金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)的合成,还能够刺激中性蛋白酶和前列腺素E2(PGE2)的产生,加重关节的炎性反应,在软骨细胞的降解、退变过程中起到最重要的作用[3]。OA中NO主要来源于软骨细胞,通过iNOS催化生成。研究表明,正常软骨细胞不表达iNOS,在OA中,软骨细胞则表达iNOS,并产生NO参与OA的病变过程。实验表明,IL-1β能通过NO介导,抑制软骨细胞蛋白多糖和胶原的合成,诱导基质金属蛋白酶的形成于释放,导致基质降解,还可抑制软骨细胞的增值;同时也参与了软骨细胞的凋亡过程。元建洪等研究了IL-1β对人软骨细胞MMP-13的影响,报道它们存在剂量依赖关系,但未对MMP-1进行研究。Ieda等应用人软骨肉瘤细胞进行实验,发现IL-1β可以通过p38途径影响MMP-1/-13的变化,但并未对两者的不同进行研究[4]。Fas途径。Fas及FasL在细胞表面的表达手细胞密度的影响,低密度区细胞(细胞处于未融合状态)Fas及FasL的表达,要高于高密度去细胞(细胞处于融合状态),但后者被主动性抗体诱导儿凋亡的软骨细胞数目却是前者的15倍,提示在低密度培养时,保护性的抗凋亡机制被激活,使得软骨细胞对Fas途径介导的凋亡敏感性下降。3药物对骨性关节炎的治疗进展中药的作用机理引起膝OA军事从软股退化开始,继而发生其骨质和滑膜的改变。随着现代医学的发展,对其病机和中药的作用机制的研究也取得了进展。中医认为本病主要为筋骨失养,是肝肾虚弱所致。这与血瘀气滞病较为相似,因而中药医补肾壮骨和养血柔肝类为主。现代药理研究补益肝肾可改善微循环、防止自由基过量产生、调节内分泌状态、增强