關節內補體激活參與骨性關節炎的發生發展

何蕓 綜述 陸巍 審校

(1.貴州醫科大學2017級碩士研究生，貴州 貴陽 550004；2.貴州醫科大學附屬醫院疼痛科，貴州 貴陽 550004)

骨性關節炎(OA)是以關節軟骨的缺失和軟骨下及邊緣骨質增生為病理特征的慢性關節退行性變[1]，臨床表現以疼痛和僵硬為主，多見于中老年人，是引起中老年人慢性關節疼痛的主要原因[2]。據美國的調查數據顯示，OA是導致50歲以上男性喪失工作能力的第2號殺手，僅次于心血管疾病[3]。OA作為一個世界性的健康難題，其發病機制及相關治療方案的研究一直受到人們廣泛關注，但其發病機制確難以明確，也缺乏滿意的治療方案。隨著免疫學和分子生物學的飛速發展，對OA發生發展的認識除宏觀病理表現相關研究外，也逐漸轉向微觀的炎癥因子表達，缺氧誘導因子(HIF)失衡，及補體激活等領域。早在數十年前就曾有學者[4]發現在半月板撕裂和軟骨變性的OA患者的滑膜上存在補體系統的高表達。研究[5]證實OA患者受損關節滑膜及軟骨組織的轉錄組學及蛋白組學分析發現C5、C3以及MAC的表達異常增高。這進一步說明，補體系統可能參與OA的發生發展，在其發病機制中扮演重要角色，可能是OA治療的潛在靶點。

1 補體系統簡介

補體系統由30多種等離子和膜結合蛋白組成，屬于固有免疫的一部分，補體系統激活過程中產生的多種活性物質對于補體系統發揮其生物學功能具有重要意義，主要導致炎癥細胞的募集和激活，微生物的調理和吞噬作用，清除免疫復合物以及靶細胞的直接裂解。其活化主要經3個途徑：經典途徑、MBL途徑及旁路途徑，其活化的過程是一個酶促級聯反應，會形成瀑布性效應，這3條活化途徑中存在著共同通路，它們在激活C3這一環節匯合，C3被C3轉化酶裂解成C3a和C3b，C3a游離于液相，C3b與C4b2b結合形成C5裂解酶裂解C5，C5b接著通過招募下游補體蛋白形成攻膜復合物(MAC)[6]。MAC是一個中空聚合體可插入靶細胞膜脂質雙分子層形成聯通靶細胞膜內外的孔道，該孔道允許小分子和離子通過，引起細胞內環境穩態破壞，最終導致靶細胞死亡。然而，目前人們認識到補體系統的生物學意義不僅止于識別外來物質和殺傷異常細胞，其是一個高度復雜的生物反應系統，是連接固有免疫與適應性免疫的重要橋梁。當它被過度或不適激活，同樣會損傷自身正常細胞及組織，引起類風濕關節炎、老年性黃斑變性、多發性硬化癥、缺血再灌注損傷等疾病[7]。在補體系統激活期間，會釋放多種炎性裂解產物，它們與其各自的過敏毒素受體結合，介導一系列炎癥相關反應：增加血管通透性；誘導肥大細胞釋放組胺；收縮平滑肌細胞；通過間充質基質細胞(MSC)合成血管生成因子；趨化嗜中性粒細胞，嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞聚集于炎癥部位，發揮吞噬作用，調控細胞凋亡[8]。

2 補體激活對OA的影響

在OA中，軟骨重構和修復失調引起的細胞外基質成分的釋放或暴露可以激活補體，如粉碎的軟骨碎片、軟骨蛋白聚糖等[9-10],當然骨寡聚基質蛋白和軟骨纖維調節素在之前就被證明可以激活補體從而引起關節內炎癥反應，加重OA的發生發展[11]。Q.Wang等[5]研究中發現，無論是C5-還是C5+的小鼠，內側半月板失穩術(DMM)造模后都可能會導致骨性關節炎的產生，不過在手術后的第16周，C5-型小鼠中軟骨缺失、骨贅形成和滑膜炎都比C5+少得多，相比之下，由于半月板切除而導致骨性關節炎的小鼠并不會因為C3的敲低而受到明顯影響，這可能是因為凝血因子介導的補償機制在C3-小鼠中起作用，使C5能夠繼續激活，從而產生補體級聯放大反應，其實在OA早期就發現了補體系統的存在，在OA晚期，發現OA滑液中和軟骨細胞周圍都有MAC的出現，MAC還會把基質金屬蛋白13(MMP13 )和細胞外調節蛋白激酶(ERK)局限于軟骨細胞周圍，CD59a作為MAC的抑制分子，缺乏CD59a的小鼠形成的骨性關節炎和滑膜炎要比同窩出生的正常小鼠的更嚴重。MAC不僅會增加骨性關節炎相關基因的軟骨細胞的表達：編碼軟骨細胞退化酶的基因(MMPs、分裂素和金屬蛋白酶),炎性因子(趨化因子2、集落刺激因子1和趨化因子5)和環氧合酶2。MAC同樣可以誘導補體效應的表達，軟骨細胞產生的補體可能協同滑膜源性補體放大OA致病反應。由此可見，補體系統在OA中占據重要位置，MAC可能在溶菌和損傷細胞的同時也可以驅動促炎因子和降解酶的表達，導致軟骨細胞損傷，促進關節損害。

3 補體激活促進關節內炎癥介質的釋放

研究[12]顯示OA患者關節滑液和損傷的關節組織中存在有可溶性炎癥介質(包括細胞因子和趨化因子)的濃度增加。而關節內補體的激活正可導致這些可溶性炎癥介質的產生和釋放。其中，白介素(IL)-1β和腫瘤壞死因子(TNF)-a是參與OA發展過程的2個重要促炎因子。這兩個細胞因子是由軟骨細胞、單個核細胞、成骨細胞和滑膜組織產生的，可誘導大量炎癥因子和分解物質的產生，例如IL-6、IL-8、單核細胞趨化蛋白-1、趨化因子CCL5。IL-1β和TNF-a還可通過刺激軟骨細胞釋放各種金屬蛋白酶，如MMP-1、MMP-3、MMP13以及聚蛋白多糖酶(ADAMTS)等促進軟骨降解，周圍骨贅形成。

4 補體與TLRs協同串擾促進OA發展

補體和Toll樣受體(TLR)均為固有免疫系統的重要組成部分，關節機械負載后引起軟骨破壞或細胞外基質暴露會同時激活固有免疫的這兩大成員。并且，很多證據表明TLR和補體信號通路之間存在著串擾。病原體相關分子(PAMPs)如脂多糖(LPS,TLR4激動劑)，酵母聚糖(zymosan,TLR2/6激動劑)和CpG寡核苷酸(TLR9激動劑)等可以激活這兩種途徑，最終激發炎癥反應和增強適應性免疫反應，在宿主防御中發揮重要作用[13]。補體對TLR信號傳導的調節作用是由過敏毒素C5a和C3a介導的，并且涉及絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB活化[14]。C5a對TLR介導的炎性反應不僅起到正面作用，而且有研究[15]證實C5a和TLRs之間實際上存在著雙向串擾，導致TLRs和C5aR介導的促炎細胞因子對感染反應協同增強。在關節損傷和患OA期間，關節滑液或組織中檢測到損傷相關分子(DAMPs)濃度增加，例如警報素(HMGB蛋白，鈣粒蛋白S100A8和S100A9)，軟骨細胞外基質蛋白降解產物(膠原蛋白和纖粘連蛋白)和蛋白聚糖組成成分(低分子量透明質酸)，游離脂肪酸，和其他的DAMPs都表達增加。這些DMAPs通過與OA軟骨和滑膜上表達的模式識別受體(PRRs)如TLR2、TLR4和晚期糖基化終末產物受體(RAGE)等結合介導信號傳導，促進關節內補體激活，刺激滑膜細胞增殖，影響軟骨細胞分化代謝，并誘發其他炎癥和促分解代謝反應，促進滑膜炎和軟骨降解的發生[16]。

5 總結與展望

OA的發病機制目前雖未明確，但已證實補體的激活在OA的發生發展中扮演重要角色。OA關節中補體的激活可通過直接損傷，促進炎癥介質的釋放，受DAMPs和PMPs激活后與TLRs發生協同串擾誘發關節內炎癥的加重，引起滑膜炎和關節破壞。因此，綜合來看，關節內補體激活過程以及與其發生串擾的TLRs在未來可能會成為骨性關節炎治療的重要靶標，也將成為相關學者的研究重點，為骨關節炎的治療開辟新的途徑。