血管生成及神經生長在骨關節炎中的作用

血管生成及神經生長在骨關節炎中的作用

鄭潔王瑞輝寇久社1

(陜西中醫藥大學針灸推拿學院，陜西西安710000)

關鍵詞〔〕骨關節炎；血管生成；神經生長；炎性反應

中圖分類號〔〕R684.3〔文獻標識碼〕A〔

基金項目：陜西省中醫康復學重點學科建設項目(陜中醫藥發〔2011〕46號)；陜西省教育廳科學研究項目(14JK1209)；陜西中醫學院創新基金培育項目(14XJZR27)

1陜西中醫藥大學第二附屬醫院

第一作者：鄭潔(1978-)，女，副教授，博士，主要從事骨關節病變的中醫康復研究。

血管生成對于組織生長、發育、再生循環及修復等生理過程極為重要，但也在一些疾病的病理改變中發揮了不可忽視的作用，尤其是腫瘤及關節炎。血管生成與類風濕關節炎密切相關已是公認的事實，而在骨關節炎(OA)中的作用正受到廣泛關注。OA患者骨贅〔1〕是最先被發現有血管生成的部位，隨后的研究相繼發現關節軟骨〔2〕、滑膜〔3〕及半月板〔4〕等結構均有血管生成或新生血管增多。血管生成和感覺神經生長是不可分割的過程，二者將血管生長與OA患者的關節痛緊密聯系起來。關節軟骨細胞外基質(ECM)微環境調控著促血管生成因子與抗血管生成因子的動態平衡，OA病理性新生血管的形成正是這一內在平衡機制打破的體現。本文對近年來血管生成與神經生長在OA中的作用進行綜述。

1OA關節中的血管生成

滑膜炎性反應在OA中的病理及臨床意義已逐漸被認可并受到重視〔5〕。OA滑膜炎即可表現為長期存在的慢性炎性反應，也可能是間歇性的急性發作，滑膜增生和巨噬細胞浸潤是其典型特點。組織學證據表明，OA滑膜常常伴有血管生成，且程度隨巨噬細胞浸潤及炎性反應加重而增加〔6～8〕。

關節軟骨可分為表面層、移行層、發射層和鈣化層4層，軟骨鈣化層和軟骨下骨組成骨軟骨連接處的功能單位。OA進程中，破骨細胞活動的增加形成了由軟骨下骨向關節軟骨延伸的通道，并最終通過潮線(軟骨發射層和軟骨鈣化層之間的嗜堿性邊界)進入正常情況下無血管組織的非鈣化軟骨區。這些通道的形成與軟骨下骨纖維血管組織代替骨髓組織并占據骨髓腔密不可分〔9〕。血管組織隨之沿這些通道由軟骨下骨向非鈣化軟骨區生長，同時還伴隨交感及感覺神經的大量生長〔10〕。

半月板損傷是公認的膝OA的一大特征，OA半月板的尸檢研究發現，OA內半月板伴有血管滲透及血管密度增加，同時伴隨感覺神經分布密度增高〔4〕。可見，OA關節多個部位都伴有血管形成，這很可能是引起OA軟骨退變及關節痛的一個重要原因。

2OA關節血管形成機制

2.1炎性反應與OA血管生成炎性反應與血管生成往往密不可分，OA關節的血管形成也同樣依賴于炎性反應〔7〕。OA常常伴有慢性滑膜炎癥，并以巨噬細胞浸潤為主要特征，后者可分泌血管內皮生長因子(VEGF)〔11〕。VEGF是重要的促血管生成因子，小鼠VEGF關節腔注射可誘發OA〔12〕。巨噬細胞存在M1(誘導型一氧化氮合酶陽性)和M2(精氨酸酶-1陽性)兩種活化形式，M1巨噬細胞與宿主防御相關，M2巨噬細胞可啟動組織修復。M1和M2巨噬細胞均可分泌VEGF，促進血管形成〔13〕。白細胞介素(IL)-10是一種內源性抗炎細胞因子，被認為有抗血管生成作用〔13〕。IL-10能抑制M1巨噬細胞分泌VEGF，而對M2巨噬細胞的這一抑制作用不明顯〔13〕，表明M2巨噬細胞浸潤在OA滑膜血管生成中發揮了重要作用。

此外，單核細胞浸潤與OA關節血管生成也存在密切聯系。前交叉韌帶切除(ACLT)誘導的OA小鼠滑膜組織CD8+T細胞處于持續增殖狀態，且軟骨VEGF、基質金屬蛋白酶(MMP)組織抑制因子(TIMP)-1和MMP-13表達水平較CD8-/-OA小鼠顯著提高，其表達量與軟骨破壞程度呈正相關〔14〕。

2.2軟骨細胞與OA血管生成正常成熟的關節軟骨組織中不含血管，提示關節軟骨可以抵抗血管侵入〔15〕。通常，組織血管生成是促血管生成因子和抗血管生成因子之間的不平衡所致，這種不平衡表現為促血管生成因子含量增加和(或)抗血管生成因子含量減少。正常軟骨即可分泌肌鈣蛋白I〔16〕和血小板反應蛋白等抗血管生成因子〔17〕，也可分泌少量VEGF和成纖維細胞生長因子(FCF)等促血管生成因子〔18〕。這表明正常軟骨也具有潛在的血管生成能力，但這種能力受抗血管生成因子的影響而未能發揮作用，從而使正常軟骨不受血管生成的影響，維持其正常表型。OA患者〔19〕及動物模型〔20〕軟骨中VEGF表達量顯著上調。

OA進程中，軟骨細胞表型發生改變，軟骨細胞肥大。體外研究發現，軟骨細胞肥大可促進內皮細胞遷移、入侵及黏附，表明軟骨細胞肥大可促進血管形成〔21〕。而軟骨細胞肥大表型需要血清成分參與，這表明軟骨細胞肥大和軟骨內血管生成可能是相互依存的〔22〕。骨關節炎軟骨內血管生成可能啟動了軟骨內成骨過程，從而導致軟骨ECM礦化。

3血管生成與神經生長在OA病理中的聯系

神經血管相互作用不僅有助于維持正常關節整體的內穩態，而且也參與了OA病理過程。OA關節骨軟骨連接處、骨贅及半月板內血管新生的同時也伴隨著感覺神經的生長〔4,10〕。血管與伴行神經的生長是一個緊密聯系的過程，并接受共同調節通路的調節。

血管周圍神經也可調節血管生成。神經肽、降鈣素基因相關肽-Ⅰ和P物質等通過作用于特異性血管受體調節血流及血管通透性，同時也可刺激內皮細胞增殖、遷移和管腔形成，進而促進新生血管形成〔23〕。神經肽Y作為一種交感神經肽，雖然具有強血管收縮作用，但也可通過促血管生成作用增加局部血流量〔24〕。神經肽存在于正常組織，在組織損傷或應激時可啟動血管生長，這一過程先于炎細胞募集和維持新血管生成的其他因子的上調過程。感覺神經激活誘導的急性炎癥被稱為“神經性炎癥”；同樣，感覺神經激活誘導的血管形成被稱為“神經性血管形成”〔25〕。動物實驗證實，神經肽在急性滑膜炎病理過程中具有促血管形成作用，而神經肽受體拮抗劑對新血管形成具有抑制作用〔26〕。研究發現，抑制新血管形成有助于緩解滑膜炎性反應，提示早期血管形成可能是滑膜炎持續存在的一個關鍵因素〔27〕。

神經生長是由多種神經生長導向分子相互作用介導的，包括信號素及其受體神經素、叢狀蛋白、導素和神經導向因子slit-robo家族信號分子等〔28〕。信號素是研究最多的一種神經導向分子。信號素對神經末梢的作用是通過兩種相互作用的受體家族介導的，分別是神經素和叢狀蛋白。信號素3A、3C和3F對神經生長具有抑制作用；信號素3A與神經素-1〔29〕結合抑制感覺神經元生長，信號素3C和3F與神經素-2〔30〕結合抑制交感神經元生長。信號素3C、3F和人同源小鼠信號素3E在正常人和OA患者的滑膜組織均有表達〔30,31〕，信號素3A可由內皮細胞和巨噬細胞表達〔28〕。信號素受體神經素-1和神經素-2均被證實存在于OA滑膜〔31〕。

此外，高度多向性生長因子也可刺激神經生長和存活，如VEGF、肝細胞生長因子(HGF)和神經生長因子(NGF)，這些生長因子都具有促血管生成作用〔31,32〕。信號素和VEGF165通過相互拮抗的自分泌途經調節血管生成〔28〕。神經素-1可作為VEGF165的共受體，促進VEGF165與VEGF受體(VEGFR)2相互作用，進而促進血管形成〔33〕。滑膜炎中，滑膜血管密度增大的同時還伴隨著VEGFR2及神經素-1的表達上調〔34〕。內皮細胞信號素3A與神經素-1的結合可抑制VEGF誘導的VEGFR2激活，進而抑制新血管形成。由此可見，信號素不僅具有抑制神經生長作用，也具有抑制血管形成的作用。此外，信號素及其受體還可調節非神經細胞的功能。神經素-1在滑膜成纖維細胞的表達可抑制滑膜入侵〔35〕，在OA軟骨的表達可介導VEGF引發的MMP的表達〔36〕。信號素3A和3F在肥大軟骨細胞的表達進一步表明其在軟骨內成骨中的潛在作用〔37〕。調節T細胞也可表達信號素3A和神經素-1，其中信號素3A的高表達可抑制炎性反應，這可能與其上調IL-10表達及下調IL-17表達有關〔38〕。NGF可通過作用于酪氨酸受體激酶(Trk)A發揮促血管生成作用〔32〕，OA骨軟骨連接處血管新生的同時伴有NGF的高表達，關節腔注射NGF可增強OA大鼠痛性行為反應。這些均表明血管生成及伴隨感覺神經的生長可能是OA關節痛的一個重要因素。

綜上，在OA進程中，關節滑膜、骨軟骨連接處和半月板血管生成增多，導致關節軟骨深層發生骨化及骨贅形成。OA促血管生成因子與抗血管生成因子均可上調，但血管生成占據主導地位，關節軟骨抗血管生成能力減弱。發生在骨軟骨結合部的血管生成破壞了該處結構。炎性反應通過巨噬細胞浸潤促進滑膜血管生成。VEGF、神經肽和NGF等促血管生成因子大量釋放，并通過共同途徑引起血管與神經的異常生長。由于感覺神經沿著新生血管生長，最終穿透非鈣化的關節軟骨，骨贅及半月板。因此，血管生成加快了OA關節結構的破壞進程并引起關節疼痛，這為OA治療靶點提供了新的思路。

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〔2014-03-15修回〕

(編輯杜娟)