滑膜細胞與骨關節炎疾病的相關性研究

于洋

（天津市薊州區人民醫院骨科，天津 301900）

骨關節炎（osteoarthritis，OA）是臨床常見的慢性退行性關節疾病，多發生于膝關節、髖關節、脊柱以及踝關節等部位，其中以膝關節骨性關節炎（knee osteoarthritis，KOA）最為常見，是導致老年人肢體疼痛與殘疾的重要原因之一[1]。研究表明[2]，關節軟骨基質損傷、軟骨下骨改變、滑膜炎癥、骨贅形成以及關節囊增厚等均是OA 疾病的重要病變特征，其中關節軟骨病變是該病最基本的病理改變，可隨著病情進展延伸至滑膜、軟骨下骨、韌帶、關節囊以及關節周圍肌肉等結構，進而累及整個關節面，導致病情加重。目前，OA 的發病機制尚不十分明確，早期關于該病的研究多集中于軟骨細胞方面，而滑膜細胞病變則被視為軟骨破壞后的繼發性病變，一直未被重視[3]。隨著近年來相關研究的不斷深入，越來越多的報道證實，OA 疾病的發生、發展與滑膜組織存在密切的關聯，滑膜與軟骨等組織可通過可溶性介質相互作用，進而誘發OA 的形成，且滑膜炎癥的出現可引起疾病進展的加速，同時加重軟骨組織的受損程度[4]。本文主要對滑膜細胞與OA 疾病的相關性研究作一綜述，為該病發病機制與治療方案的進一步明確，提供有效的參考依據。

1 滑膜細胞概述

滑膜是連接關節內部結構與肌肉骨骼組織的重要橋梁，可分泌滑液減少關節摩擦、降低軟骨損耗，是保證關節軟骨生理功能與營養供應的重要結構；同時，滑膜也是OA 病變過程中最易受累的組織之一[5]，其病理改變將直接影響到后續的病情進展。正常滑膜可分為兩層，即滑膜內層（細胞層）與滑膜下層（血管層），滑膜內層靠近關節腔，由2～3 層細胞構成，包括滑膜巨噬細胞（synovial macrophages，SM）、滑膜成纖維細胞（fibroblast-like synoviocyte，FLS）與滑膜間充質干細胞（synovium-derived mesenchymal stem cells，SDSCs）[6]。其中SM 細胞是病變滑膜組織中最主要的炎性細胞，可分泌大量的促炎因子與軟骨基質降解酶，進而引起OA 病情的加重[7]。FLS 細胞則屬于成纖維細胞的特殊亞型之一，是關節滑膜的主要細胞成分，可通過膠原蛋白、骨橋蛋白以及透明質酸等物質的合成，維持軟骨結構的穩定性；另一方面，FLS 在滑膜炎的發生及發展過程中均具有重要作用，其與患者骨破壞、疼痛程度等密切相關[8]。SDSCs 則具有一定的增殖與軟骨分化能力，可在疾病狀態下分化為修復細胞，同時產生一定的修復因子，在OA 患者軟骨缺損方面具有積極的治療作用[9]。當滑膜炎癥出現時，滑膜細胞的病理改變多表現為滑膜細胞肥大、增生、滑膜纖維化以及淋巴細胞與單核細胞浸潤等形式。

2 SM 細胞與OA 疾病的相關性分析

多項研究證實，OA 患者的滑膜中存在不同活化狀態的SM 細胞，且伴有一定的浸潤現象，可引起多種炎癥介質及聚蛋白多糖酶家族（ADAMTS）、基質金屬蛋白酶（MMPs）等促關節基質降解酶的分泌，與該病的病情進展密切相關，其影響機制如下。

2.1 SM 細胞活化與OA 疾病形成的相關性 SM 細胞是滑膜液的重要組成部分，可通過NF-κB 通路分泌腫瘤壞死因子（TNF-α）與白細胞介素-1β（IL-1β）等炎性介質，同時促進MMPs 與ADAMTS 的產生，造成軟骨基質蛋白的裂解與破壞，引起軟骨退化病變，進而誘發OA 的形成[10]。同時，此類炎性介質又可進一步導致SM 細胞的活化，引起惡性循環的產生，造成病情加重。此外，SM 細胞對軟骨組織的破壞具有一定的直接作用，可加重OA 進展[11]。

2.2 SM 細胞亞型失衡與OA 病情進展的相關性 靜息態（M0）巨噬細胞在活化后可分為M1 型與M2 型兩種極化狀態，其細胞亞群比例是影響機體炎癥反應的重要因素[12]。M1 型屬于促炎型巨噬細胞，多于γ-干擾素（IFN-γ）及脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等因子刺激下活化而成，可參與炎癥啟動反應，產生TNF-α 與IL-1β 等促炎因子，同時增強MHCII 類分子與NK 細胞中CD86 受體的表達。M2型則屬于炎癥抵抗型巨噬細胞，多于白細胞介素-4（IL-4）、白細胞介素-13（IL-13）等細胞因子作用下活化而成，可產生白細胞介素-10（IL-10）等抗炎細胞因子，同時增強清道夫受體（CD163）與甘露糖受體（CD206）的表達，以此抑制炎癥反應、促進組織修復[13]。據研究表明[14]，OA 患者的滑液中存在M1/M2比例失衡現象，且該比例的升高與OA 疾病的嚴重程度密切相關：當M1 型滑膜巨噬細胞顯著增加時，可引起OA 病情的加重，多伴有軟骨退化及骨贅形成等癥狀表現；當M2 型滑膜巨噬細胞顯著增加時，則可有效緩解OA 的病情進展，出現MMPs、ADAMTS 降低以及骨贅減少等病理改善。由此可見，巨噬細胞亞型失衡是影響OA 病情進展的重要原因之一。

3 FLS 細胞與OA 疾病的相關性分析

3.1 FLS 細胞與滑膜炎癥的相關性 研究表明[15]，NF-κB 蛋白家族在OA 患者的FLS 細胞中多處于高表達狀態，在Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）的影響下，可引起NF-κB 信號通路激活，進而誘導IL-6、MMP-1、MMP-3 等炎性細胞因子與基質降解素的釋放，造成滑膜炎癥及軟骨破壞的進一步加重。同時，促炎介質與軟骨破壞因子的釋放還可促進滑膜中血管生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的生成，影響滑膜血管，進而放大滑膜炎癥，加速OA 病情進展[16]。此外，相關研究發現[17]，高遷移率族蛋白1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）在OA 等疾病的炎癥反應中具有積極的參與作用，當其指標水平升高時，可促進FLS 中炎性細胞因子的釋放，進一步加重關節炎癥。綜合可見，FLS 細胞中NF-κB 通路的激活是引起并加重OA患者滑膜炎癥的重要機制。

3.2 FLS 細胞與骨破壞的相關性 OA 患者的FLS 細胞可分泌MMP -1、MMP -2、MMP -3、MMP -9、MMP-13 等蛋白水解酶，進而參與到軟骨的降解破壞中，而炎癥介質與趨化因子的釋放則是誘導FLS產生蛋白水解酶的重要因素[18]。研究指出[19]，趨化因子CX3CR1 可促進FLS 細胞中MMP-2 的生成，同時，趨化因子CX3CR1 與CX3CL1 結合，可引起NF-κB 等信號通路的激活，進而增加FLS 細胞中MMP-3 的釋放。此外，ADAMTS 也是導致軟骨破壞的重要介質之一，該物質多由促炎細胞因子誘導生成，在軟骨細胞與FLS 細胞中呈組成性表達，可導致軟骨中蛋白多糖的降解。在OA 患者中，ADAMTS-4 與ADAMTS-5 是軟骨基質蛋白多糖的主要降解酶，而ADAMTS-7 與ADAMTS-12 則可被促炎介質上調，造成軟骨細胞外基質的降解[20]。基于以上可見，FLS 細胞中蛋白水解酶與ADAMTS 的生成是導致軟骨破壞的重要原因。

3.3 FLS 細胞與關節疼痛的相關性 關節疼痛是OA患者最為常見的癥狀表現之一，其致痛因素多與神經生長因子（nerve growth factor，NGF）有關。在OA疾病進展中，滑膜細胞釋放的促炎因子可引起周圍神經系統受體的激活，進而上調NGF 表達，啟動疼痛傳遞過程。同時，在炎癥狀態下，OA 患者的FLS細胞可分泌大量的NGF，進一步放大了局部的神經致敏性，引起關節疼痛的加劇[21]。

4 SDSCs 與OA 疾病的相關性分析

SDSCs 屬于修復性細胞，其增殖及軟骨分化能力通常優于其他來源的間充質干細胞，當機體處于OA 等疾病狀態時，受到炎性因子的影響，其滑膜細胞可出現滑膜纖維化以及增生等病理改變，而SDSCs 則可分化為修復細胞，同時分泌一定的修復因子，促進軟骨損傷的修復，且SDSCs 細胞數量與其組織修復能力通常存在密切的關聯[22]。研究發現，纖維化滑膜中SDSCs 的細胞數量明顯多于脂肪滑膜，同時，炎性環境也可導致SDSCs 數量的增多。由此可見，OA 疾病的發生可促進SDSCs 細胞的增殖與分化，進而改善自身的軟骨損傷程度，這為該病的治療提供了可行的方向。

5 滑膜細胞與OA 治療進展的相關性

早期OA 患者多以保守治療為主，包括物理治療與藥物治療，其主要目的在于減輕炎癥、緩解疼痛，但對于關節軟骨損傷并無顯著作用。當患者處于疾病晚期時，則需采用全膝關節置換術（TKA）等手術方案進行治療，該方案雖效果確切，但創傷大、費用高，適用性有限。因此，基于該病的病理特性，采用更為有效、安全的治療方案，是提升OA 臨床療效的重要方向。通過以上對滑膜細胞的研究可知，SM 細胞活化、M1/M2 比例失衡以及FLS 細胞中炎性介質與蛋白水解酶的釋放，是導致OA 發生發展的重要危險因素。基于此，臨床可針對滑膜炎性因子與基質降解蛋白酶的抑制，為該病治療提供新的參考方向。有研究將適量硫化氫作用于OA 滑膜細胞中，發現一定劑量下的硫化氫可有效抑制IL-1β 誘發的炎性反應，并阻礙IL-6 的產生，抑制炎性介質對FLS細胞的影響，改善其滑膜炎性狀態的同時，降低基質降解蛋白酶的分泌。在OA 關節軟骨損傷的治療中，可參考SDSCs 細胞的成軟骨分化能力，通過滑膜間充質干細胞數量的補充，促進其軟骨缺損的修復。相較于OA 而言，SDSCs 細胞對類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）的治療效果更為理想，但二者SDSCs 細胞數量較為相近，這為SDSCs 細胞治療OA 的可行性提供了新的可能。目前，關于此領域的研究相對較少，且大部分方案尚不成熟，如何穩定誘導SDSCs 細胞分化為軟骨細胞已成為臨床應用的研究熱點。

6 總結

隨著臨床對OA 發病機制的深入研究，滑膜細胞與該病的相關性也受到了更多重視，綜合以上內容可知，SM 細胞、FLS 細胞與SDSCs 細胞在OA 疾病的發生及發展中具有重要的參與作用。其中SM細胞的活化可引起炎性介質及巨噬細胞亞型的失衡，進而誘發OA 的產生，是造成其病情進展的關鍵因素。而FLS 細胞作為滑膜的主要成分，其炎性因子與基質降解蛋白酶的分泌，可導致滑膜炎癥及關節破壞的進一步加重。基于此，臨床可將此類滑膜細胞及其產物的抑制作為治療靶點，以此促進OA病情的轉歸。另外，SDSCs 作為一種修復細胞，其數量的增多可促進關節破損的修復，為該病治療提供了新的方向，但各類SDSCs 細胞的分化誘導存在較大差異，其治療可行性尚待臨床的進一步驗證。