滑膜巨噬細胞影響骨性關節炎的研究進展＊

徐建斌，徐 浩，施 杞，肖漣波，梁倩倩＊＊

（1. 上海中醫藥大學附屬光華醫院 上海 200052；2. 上海中醫藥大學附屬龍華醫院 上海 200032）

1 背景介紹

骨性關節炎是世界上最常見的關節疾病，在60歲以上人群中，估計有10%的男性和18%的女性受其影響[1]。其病理特征在于以承重區域為中心的關節軟骨局灶損傷，損傷區域形成與關節邊緣骨質增生、軟骨下骨破壞以及滑膜炎有關。機械因素，如肥胖或關節創傷史是OA 的公認危險因素，某些內源性因素，如II型膠原突變和髖臼發育不良也是如此。OA 是世界上導致長期殘疾的主要原因，不僅對老年人，而且對工作年齡的年輕人也是如此。鑒于OA 的巨大經濟和個人負擔以及該疾病成為關節置換的主要原因，迫切需要掌握OA 的發病機制，對早期骨性關節炎進行疾病調節治療來停止或減緩OA的發生和發展。

今天，人們普遍認為類風濕性關節炎（RA）的炎癥和破壞性特征都是通過滑膜炎來驅動的。RA 滑膜具有豐富的活化巨噬細胞浸潤，產生腫瘤壞死因子a（TNF-α），白細胞介素-1（IL-1)和其他促炎細胞因子[2]。因為TNF-α 有一個細胞因子級聯驅動其他促炎介質，這種細胞因子已成為RA 的關鍵治療靶點，具有幾種抗TNF-α使用的藥物取得了相當大的成功。

相比之下，OA 一直被認為是退行性疾病，主要涉及軟骨和骨骼?；ぱ渍T導OA 的概念是在20 世紀90 年代提出的，從那時起就得到了越來越多的重視[3-5]。該概念對于使用改善疾病的抗OA 藥物(disease-modifying anti-OA drugs DMOADS）的潛在發展具有相當重要的意義。在這里，我們將回顧和總結涉及滑膜炎與OA 的研究，這些研究強烈提示滑膜炎和活化的滑膜巨噬細胞在促進OA 病理學中的重要性。特別是，我們將概述滑膜巨噬細胞在促進OA 中的炎癥和破壞性反應中的作用以及針對巨噬細胞或巨噬細胞產生的細胞因子作為該疾病治療策略的潛在作用。

2 滑膜的功能解剖學

滑膜組織將關節囊與關節腔分開，防止關節囊與軟骨之間粘附。除了營養軟骨和潤滑關節之外，滑膜組織通過產生透明質酸和纖溶酶原激活劑，保持關節的活動能力[6]。透明質酸還負責確保運動期間恒定的滑液量[7]。正?；し譃閮葘雍屯鈱?，滑膜組織的內層稱為內膜，主要由兩種細胞類型組成，即特異性巨噬細胞（巨噬細胞樣滑膜細胞）和成纖維樣滑膜細胞，它們對維持內部關節穩態非常重要?；ぜ毎痪哂谢讓?缺乏細胞連接，這促進關節液與血液或淋巴管之間的交換?；そM織的外層又稱為內膜下層，根據關節特定的生物力學，內膜下層可以由不同類型的結締組織組成：纖維狀，脂肪狀或蜂窩狀。蜂窩滑膜組織是一種松散且高度粘彈性的結締組織，可以伸展或折疊。絨毛進一步增加滑膜表面并允許在運動期間適應關節囊的形狀。內膜下層有復雜的淋巴管和血管網絡。

3 滑膜炎在OA中的作用

臨床上，OA 患者具有不同程度的滑膜炎。其中一些，膝關節或髖關節可能形成相當具侵襲性的炎性OA，有時有明顯的關節腔積液，可通過關節穿刺和局部注射類固醇治療。其他患者，特別是那些易患OA的肥胖或其他機械因素的患者，其臨床上明顯滑膜炎程度要小得多。

滑膜炎癥與OA 的許多癥狀和體征有關，包括關節腫脹和積液[5,8]。通過炎癥的生物標志物（如C 反應蛋白和軟骨寡聚基質蛋白）與影像學檢測OA 結構病變程度之間的相關性，已證實滑膜炎促進OA 疾病進展[9-10]。組織學分析發現，OA 滑膜增生并出現混合炎性浸潤，表現為主要由巨噬細胞組成的滑膜內層細胞數量增加[11]。而且，形態學檢測早期OA患者滑膜活檢標本發現其類似于類風濕性關節炎（RA）患者活檢標本，但是巨噬細胞，T 細胞和B 細胞的百分比含量比RA患者低得多[12-14]。

在OA 病理變化過程中，關節軟骨和滑膜的相互作用非常重要[15-17]。與骨性關節炎相關的滑膜炎導致正反饋回路：（a）軟骨破壞將組織和分子碎片釋放到滑液中;（b）滑膜中的巨噬細胞吞噬這些碎片，誘導進一步的信號傳導，促進滑膜炎癥。新激活的滑膜細胞釋放促炎細胞因子，比如白細胞介素1（IL-1）和腫瘤壞死因子α（TNF-α），導致大量產生基質金屬蛋白酶（MMPs），在軟骨細胞中引發細胞凋亡并進一步促進軟骨破壞。另外，骨性關節炎滑膜產生較少的IL-1受體拮抗劑，增強上述炎性細胞因子在OA 中的分解代謝作用[18]。隨著軟骨進一步分解，循環繼續。

4 OA滑膜中的巨噬細胞功能

既然公認滑膜炎癥和來自OA 滑膜的炎癥因子對于OA 的癥狀和進展是重要的，則關鍵問題是OA 滑膜中的哪種細胞類型負責維持滑膜炎癥。在RA 中，巨噬細胞是疾病活動的主要啟動子，抑制巨噬細胞產生的TNF-α，是一個主要的治療目標[2]。然而，盡管組織學研究已經證明OA 滑膜巨噬細胞表現出活化的表型，滑膜巨噬細胞產生血管內皮生長因子被認為是加劇OA 滑膜血管生成和炎癥的潛在機制,但對OA 中巨噬細胞生物學的了解依然很少[19]。

在慢性關節炎的實驗模型中，經常發現骨贅形成，這表明滑膜炎的存在可以誘導骨贅的形成[20]。來自滑膜襯里的巨噬細胞已經明確在骨性關節炎模型中具有促進炎癥和加重損傷軟骨的作用[21]。當選擇性地耗盡骨性關節炎模型中的滑膜巨噬細胞時，滑膜炎癥和軟骨損傷都得到改善。此外，從滑膜內層選擇性消耗巨噬細胞也可以防止這些骨性關節炎模型中的骨贅形成。在一項研究中，通過關節內注射膠原酶進行OA 造模。通過使用氯膦酸鹽脂質體在OA 誘導之前選擇性去除滑膜內層巨噬細胞來研究這些細胞在該模型中的作用。在1 周和2 周后，解剖膝關節進行組織學檢查。結果，在誘導OA 后第7 天和第14 天，觀察到骨贅形成和纖維化。與對照組相比，滑膜巨噬細胞的消耗導致骨贅形成的顯著減少，分別為84%和66%，通過MRP8/14 表達測量的纖維化和滑膜活化也得到改善（40-60%）。此外，在很大程度上防止了滑膜中生長因子（TGF-β，BMP-2 和BMP-4）的產生，但是在滑膜和骨膜的較深層中這些生長因子的產生與對照沒有差異。這些結果表明滑膜巨噬細胞是滑膜中的關鍵細胞，介導骨贅形成和其他OA 相關的病理學，如滑膜纖維化，生長因子的產生[22]。

Arjen B.Blom 通過關節內注射膠原酶進行OA 造模，在OA 誘導之前使用氯膦酸鹽選擇性耗盡滑膜巨噬細胞[23]。作者觀察到滑膜巨噬細胞耗竭的OA 關節中，MMP-3和MMP-9的表達強烈下降，同時發現巨噬細胞耗竭的OA小鼠軟骨退變較少。在2歲小鼠中，與對照小鼠相比，MMP-3 敲除小鼠的襯里層中，自發性OA 樣變化顯著降低，小鼠嚴重軟骨損傷發生率降低67%。此外，MMP 介導的VDIPEN 表達顯著降低，表明MMP 介導的軟骨破壞減少。該研究的結果證明MMP-3 參與小鼠OA 中嚴重軟骨損傷的產生?；ぞ奘杉毎谠缙诮閷MP 的產生中是至關重要的[24]。

巨噬細胞影響OA 發展的另一種可能機制是旁分泌對軟骨細胞合成和分解代謝的影響。Samavedi S[25]將巨噬細胞與軟骨細胞共培養，發現軟骨細胞產生MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13、IL-1β、TNF-α、IL-6和IL-8明顯增加。其機制可能是M1亞型分泌的R-spondin-2（Rspo2）蛋白激活了軟骨細胞中的βcatenin通路[26]。在UtomoL[27]的一項研究中，將人OA軟骨細胞與M1(IFN-γ+TNF-α)或M2(IL-4 或IL-10)巨噬細胞條件培養基（MCM）混合培養.M1（IFN-γ+TNFα）MCM 通過上調IL-β，MMP-13和ADAMTs-5 來影響OA 軟骨，同時抑制Col2A1 和Aggrecan 表達。此外，M2(IL-4 或IL-10)巨噬細胞對M1 巨噬細胞或IFN-γ/α誘導的軟骨炎癥反應沒有抑制作用，但是，該機制尚不清楚。

5 激活的滑膜巨噬細胞及其細胞因子在OA中的作用

在OA 滑膜細胞培養模型中，使用抗CD14 綴合的磁珠可以實現滑膜巨噬細胞的特異性消除[28]。這些CD14+耗盡的滑膜細胞培養物不再產生明顯的巨噬細胞衍生的細胞因子，例如TNF-α 和IL-1。有趣的是，主要由滑膜成纖維細胞產生的幾種細胞因子也顯著抑制（40-70%），如IL-6 和IL-8 以及MMP-1 和MMP-3的顯著下調。表明OA滑膜巨噬細胞在激活成纖維細胞和維持促炎細胞因子和破壞性酶的產生中起著重要作用。

為了研究這種巨噬細胞驅動的OA 滑膜中炎癥和降解途徑的刺激所涉及的機制，以及TNF-α 內源性產生的特異性中和作用和IL-1在OA滑膜細胞培養中的應用[28]。Jan Bondeson 等[29]將未經處理的OA 滑膜細胞分別與依那西普（抗TNF-α）一起孵育，與IL-1抗體孵育，或與依那西普和IL-1抗體聯合孵育。正如可以預料的那樣，依那西普有效中和TNF-α的產生，而對IL-1 沒有影響；IL-1 抗體有效中和IL-1 的產生，而對TNF-α 的產生也無影響。這與RA 的情況形成鮮明對比，其中IL-1是強依賴于TNF-α滑膜細胞的這些培養物[30]。這一發現表明RA 和OA 之間巨噬細胞生物學的另一個可能的差異：TNF-α 是RA 滑膜中的上級細胞因子，調節著IL-1的產生，在OA滑膜中這兩種細胞因子之間似乎存在冗余。同時，作者還發現，依那西普和IL-1 抗體均抑制IL-6 和IL-8 的產生，當IL-1 和TNF-α同時被拮抗時可獲得60%抑制率。

巨噬細胞在不同的微環境下有不同的表達譜，即M1 和M2 兩種功能極化狀態[31]。M1 巨噬細胞被干擾素-和脂多糖（LPS）激活，分泌大量促炎細胞因子和介質，如TNF-α，IL-1，IL-6等關鍵細胞因子[32]。M2巨噬細胞，又稱為組織修復巨噬細胞，能消除炎癥并促進組織再生[33-34]。既往有文獻報道在OA 發生過程中，滑膜會發生巨噬細胞的聚集，然而，在針對性使巨噬細胞凋亡的轉基因小鼠中，去除巨噬細胞（使M1、M2 巨噬細胞均大量減少）不能減輕小鼠的OA 嚴重程度[35]。白曉春與蔡道章[36]研究團隊通過研究發現M1 巨噬細胞通過分泌IL-1,IL-6，TNF-α 來起作用，或通過分泌Rspo2 來活化wnt 通路來引起OA。[37]本項目組對OA關節中滑膜巨噬細胞與滑膜淋巴管內皮細胞（LEC）進行了研究，發現OA 關節中M1 巨噬細胞促進LEC 產生大量IL-1 和一氧化氮合酶（iNOS），誘發LEC 炎癥反應，導致滑膜淋巴引流減少和關節組織損傷的進展。相反，M2 巨噬細胞降低了上述炎癥因子的表達。同時，研究人員還發現硼替佐米可通過抑制M1 介導的LEC 炎癥，改善滑膜淋巴回流功能，減輕關節組織損傷。

6 巨噬細胞和巨噬細胞產生的細胞因子作為OA 中的治療靶標

在RA 靶向生物治療大獲成功之后，對OA 中的抗細胞因子策略的研究也引起了很大的興趣。在RA中，TNF-α已經成為主要的治療靶點。而針對IL-1的策略只取得了一定的成功，根據現有的臨床數據，牛皮癬，銀屑病關節炎和強直性脊柱炎也是如此。在慢性青少年關節炎中，針對TNF-α或IL-1的策略已經取得成功[38-39]。這種成功可能表明這些炎性關節炎之間細胞因子生物學存在細微差別。

與RA中的情況不同，在OA滑膜中存在TNF-α和IL-1 冗余。這兩種細胞因子似乎在驅動其他促炎細胞因子和刺激MMP 的產生起重要作用[28]。在患有炎癥性KOA 的患者中，在磁共振成像掃描中可見滑膜炎，抗TNF 藥物對疼痛和步行距離以及滑膜炎，滑膜滲出和骨髓水腫具有顯著療效[40]。在一項涉及12 名患有炎性手關節OA 的患者的初步研究中，抗TNF 抗體阿達木單抗雖能改善癥狀，但效果不顯著[41]。另一項涉及10 名患者的試驗性研究表明，與安慰劑相比，關節內注射抗TNF 抗體英夫利昔單抗可引起明顯的癥狀緩解，但12 個月后放射學進展評分無顯著差異[42]。

巨噬細胞可以根據其微環境表現出強大的可塑性。它們可以是產生促炎因子和引發炎癥的M1 亞型，或產生抗炎因子和生長因子的M2 亞型，以解決炎癥并促進組織再生。通過適當的刺激，促進M1 與M2巨噬細胞的重編程，主要是抑制M1 分化促進M2 分化，從而降低M1/M2 比率，可以減輕OA 的進展。Dai等[43]最近的一項研究發現，魷魚II 型膠原蛋白可以通過免疫調節激活M2 亞型，從而增加TGF-β1/3 的分泌并促進軟骨修復。針對OA，INVOSSA TM（組織基因-C）的第一個基因和細胞療法的II 期臨床研究已經完成，并且表明INVOSSA TM 改善了OA 患者的疼痛，日?；顒?，運動功能和軟骨結構[44-46]。此外，該研究表明，INVOSSA TM 可能誘導抗炎環境，特別是M2 巨噬細胞分化，這有助于減少疼痛和軟骨再生[47]。該藥物的美國臨床試驗III期目前正在招募患者，預計這將是首批使用的DMOAD[48]。因此，通過抑制M1 或促進M2表型，滑膜巨噬細胞可以是真正的治療靶標。

7 結論

目前的證據表明巨噬細胞是OA 發病和進展的關鍵細胞，滑膜巨噬細胞可能是骨性關節炎退變過程中滑膜，軟骨和軟骨下骨之間機制相互影響的橋接，但是，滑膜巨噬細胞在OA 關節中的極化機制尚不明確，可作為未來尋找OA治療靶點的重點研究方向。