骨性關節炎中T細胞變化和作用的研究進展①

張 續 鄭 潔 趙莉平 袁普衛 董 博 （陜西中醫藥大學，咸陽 712046）

骨性關節炎（osteoarthritis，OA）是一種累及全關節的疾病，也是最常見的關節炎，涉及關節軟骨、軟骨下骨、韌帶、關節囊、滑膜和關節周圍肌肉的結構改變［1-2］。OA 發病的早期特征是骨改建和骨丟失增加，隨后是緩慢的軟骨下致密化，慢性炎癥和軟骨退行性變，最終導致頑固性關節疼痛和關節畸形，嚴重時影響患者的生活質量，甚至可能導致全因死亡率增加［3-5］。OA 的病因可能與年齡、性別、肥胖和飲食等因素有關，也可能與關節損傷、排列不良和異常負荷有關［6］。OA 被認為是世界范圍內發病率和致殘的主要原因［7］，預計到 2032 年，45 歲及以上經醫生診斷患有OA 的人口比例將從26.6%增加到29.5%，其中膝骨性關節炎（knee osteoarthritis，KOA）從13.8%增加到15.7%，髖骨性關節炎從5.8%增加到6.9%［8］。盡管有局部臨床癥狀，但OA也可能是宿主全身炎癥的一種疾病，因此開始將其定義為一種持續的低度炎癥狀態，而不是通常所說的被動退行性疾病或所謂的磨損性疾病［9-10］。OA患者常表現為炎癥細胞浸潤滑膜，如巨噬細胞（macrophage，Mφ）、T 細胞、肥大細胞、B 細胞、漿細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞和粒細胞［11-12］。研究發現，固有免疫成分（補體、巨噬細胞、促炎細胞因子和趨化因子）和適應性免疫細胞（T 細胞和B 細胞）在OA 的進展中發揮重要作用［13-14］。盡管 T 細胞在OA 中的病理作用尚不清楚，但已有文獻表明OA滑膜與健康滑膜相比具有豐富的T 細胞群［6］。OA與多種類型的T 細胞，包括輔助性T 細胞（T helper cells，Th）、濾泡輔助性 T 細胞（T follicular helper cells，TFH）、細胞毒性 T 細胞（cytotoxic T cell，Tc 或CTL）、調節性T 細胞（T regulatory cells，Treg）、記憶性 T 細胞（memory T cell，Tm）和非常規 T 細胞都有密切關系［6］，提示 T 細胞異常可能參與 OA 發病。因此，本文就T細胞及其亞群在OA疾病的研究進展進行綜述，了解T 細胞及T 細胞亞群在OA 疾病進展過程中的變化和作用。

1 T細胞與OA

T 細胞來源于骨髓中的淋巴樣祖細胞，在胸腺中分化、發育、成熟，是具有增殖、產生細胞因子、細胞毒性和分化作用的適應性免疫應答的效應細胞。正常情況下，T 細胞及其各亞群數目在周圍組織中相對穩定，T 細胞總數或其亞群的絕對數和比值發生改變，可視為免疫異常，并與某些疾病的發生發展相關［15］。健康滑膜是由滑膜內層和滑膜下層組成的無細胞結構，免疫細胞浸潤、基質水腫等結構改變和血管增生加速了滑膜襯里結構的丟失［16］。OA 患者的滑膜組織、滑膜液和髕下脂肪墊（infrapatellar fat pad，IPFP）中最主要的免疫細胞類型是Mφ和 T 細胞［17-18］。GóMEZ-ARISTIZáBAL 等［17］的研究數據顯示，KOA 的滑膜中Mφ 亞群與CD4+T 細胞的早期和晚期活化水平相關，提示KOA 滑膜中Mφ 亞群可能作為滑膜CD4+T細胞活化的調節因子。尤其在 OA 早期，CD4+T 細胞被認為可誘發滑膜炎［19］。ROSSHIRT 等［20］分析外周血、滑液和滑膜 CD4+T 細胞的早期、中期和晚期活化標志物發現只有一小部分外周血CD4+T 細胞表達CD69（早期T 細胞活化的一個常見標志），而在滑膜CD4+T細胞中，CD69的表達顯著增加，說明在滑膜中活化T細胞的比例較高。

研究表明T細胞參與OA的痛覺感受，通過清除神經疼痛模型裸鼠體內T 細胞，發現其可滲透到神經損傷部位，減輕痛覺過敏和超敏反應［21］。OA 誘導的炎癥模式的特點具有廣泛的抗炎和促炎細胞因子及生長因子，促炎細胞因子除觸發關節軟骨的降解外，還通過免疫系統和神經系統間的相互作用參與 OA 相關疼痛的發生［22］。滑膜 CD4+T 細胞分泌TNF-α 和IL-6，這些細胞因子與疼痛和功能顯著相關，IL-6 水平與膝關節活動度及膝關節功能間存在一定相關性［22-23］。KLEIN-WIERINGA 等［19］的研究在調整年齡和性別后，發現滑膜中CD4+T 細胞的百分比與視覺模擬評分法疼痛有關，且二者之間的相關性與身體質量指數無關。這些研究進一步為揭示T細胞直接或通過分泌細胞因子間接誘發OA，導致患者疼痛提供了依據。

2 Th與OA

2.1 Th1/Th9/Th17與OA 既往研究表明滑膜組織中存在Th1，但其典型的細胞因子IFN-γ卻難以被免疫組織化學檢測，這可能與該組織中的Th1 不處于激活狀態有關［18］。最新的研究數據支持這一假設，通過流式細胞儀發現體外激活滑膜細胞時可以清楚地識別出分泌IFN-γ的Th1，但在沒有激活的情況下卻不能［19］。

IL-9 最初被認為是一種Th2 細胞因子，然而在不同于Th2 的T 細胞亞群中也發現了IL-9，故被稱為 Th9［24］。Th9 可由靜息 T 細胞在 TGF-β 和 IL-4 共存的培養環境中分化而成［25］。一項以OA 為對照組研究銀屑病性關節炎（psoriasis arthritis，PsA）和類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）的實驗發現，IL-9 在炎癥部位可促進局部活化T 細胞的生長和存活，盡管 OA 滑膜中 IL-9 遠不如 PsA 和 RA 中多，但也有一定的浸潤［26］。有研究發現 OA 患者的 Th9 數量和血清IL-9 水平明顯高于健康對照組，Pearson 相關分析法發現循環Th9 細胞數和血清IL-9 水平與OA 患者的西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數評分（The Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index，WOMAC）呈正相關，可作為疾病活動性標志物［27］。

Th17 在 2005 年首次被 PARK 等［28］發現和報道，靜息T細胞在TGF-β和IL-6共存的微環境中向Th17譜系分化，并抑制其向 Th1 和 Th2 分化［29］。Th17 主要產生IL-17、IL-22 和IL-21 等細胞因子，研究發現OA 患者的Th17 數量和血清IL-17 水平明顯高于健康 對 照 組［27］。 ZHU 等［30］首 次 報 道 了 Th17 與WOMAC 評分測量的疾病嚴重程度相關，提示Th17可能是疾病嚴重程度的標志之一。IL-17 可破壞細胞外基質內穩態，是慢性炎癥性疾病發病機制中的關鍵介質［31］。IL-17 還是關節炎的中樞細胞因子之一，通過進一步促進炎癥細胞因子的產生和吸引更多免疫細胞（如中性粒細胞）的涌入維持炎癥［32］。IL-17 誘導的炎癥細胞因子包括TNF-α、IL-1β、IL-6和基質金屬蛋白酶，可增強關節破壞［33-35］。此外，IL-17 還可增加核因子κB 配體受體激活劑（receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL）表達，進而激活破骨細胞，導致骨丟失［35-36］。研究表明，KOA患者血清和膝關節滑液中IL-17 濃度與KOA 的嚴重程度（Kellgren-Lawrence，KL分級）呈正相關，但只有滑液中IL-17濃度與奎森功能演算指數（Lequesne評分，骨關節炎嚴重程度的客觀評估）有顯著相關性［33］。

CD161是Th17的標志物，SACHDEVA等［37］觀察到晚期 OA 患者 CD161 不僅在 CD4+和 CD8+T 細胞上，其在其他淋巴細胞亞群上的表達也顯著增加。OA 患者CD161 的表達與血清IL-17 水平呈正相關，與循環細胞相比，滑液中CD161+細表達增加，表明CD161+細胞在炎癥程度較高的局部環境中積聚，這些細胞優先歸巢到局部組織也表明CD161+細胞在這里接受調節，獲得功能性Th17 樣特性，進一步促進炎癥［37］。

Th17產生IL-17和CD4+T細胞向Th17表型轉移均受β2腎上腺素能信號傳導的影響［38-40］。β2腎上腺素能受體（β2-adrenergic receptor，β2-AR）由CD4+T 細胞表達，去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）通過激活CD4+T 細胞上的β2-AR 減少由膠原誘導的關節炎（collagen-induced arthritis，CIA）中 CD4+T 細 胞 向Th17表型的轉移，提示交感神經遞質NE可抑制CIA患者Th17 分化和功能發揮抗炎作用［40］。另有研究表明谷氨酰胺酶可顯著促進小鼠T 細胞向Th17 細系分化，同時阻止Th1 的發育和CTL 效應細胞的分化［41］。

一項小樣本研究結果顯示，與可復性盤移位患者相比，顳下頜關節OA 患者中的IL-1β、IL-17 和IL-22水平升高，與Th1、Th17 和Th22 免疫炎癥反應模式相關［36］。OA 患者Th1（INF-γ+CD4+）、Th9（IL-9+CD4+）、Th17（IL-17A+CD4+）數量明顯高于健康對照組，提示循環 Th1、Th9 和 Th17 的 增 加與 OA 的發生密切相關［27］。

2.2 Th2/Th22 與OA 在IL-4 的刺激下，初始CD4+T 細胞分化為 Th2，產生 IL-4、IL-5、IL-10 和IL-13［42］。研究表明 OA 患者外周血、滑液和滑膜中Th2的變化有限。一項關于趨化因子受體與OA中T細胞的研究發現，與配對骨髓相比，外周血中表達CC類趨化因子受體2（C-C chemokine receptor type2，CCR2）的細胞明顯上調，T 細胞CXC 類趨化因子受體 3（CXC chemokine receptor type3，CXCR3）顯著下調，CCR4無顯著上調，提示OA患者的Th2表型發生了傾斜［43］。早期研究采用流式細胞儀檢測30 例OA患者滑液和外周血中IL-4、IL-10 等Th2 細胞因子，發現盡管通過植物血凝素和離子霉素刺激OA 患者的滑液細胞48 h后表達IL-10，但逆轉錄聚合酶鏈反應分析未檢測到IL-4信號［44］。

Th22是Th17的近親，主要產生細胞因子IL-22，代表一個獨立的Th亞群，具有不同的基因表達和功能，最初與皮膚疾病的免疫病理學有關［45］。一項關于RA 的研究發現，高活性RA 患者的滑膜組織中聚集了Th22，通過IL-22 的產生直接促進破骨細胞的分化，從而參與RA 的發病機制，研究結果提示許多先前歸因于Th17 的作用（如誘導破骨細胞分化）可能與Th22關系更為密切［46］。但OA患者的滑膜組織中卻沒有發現Th22 的明顯升高［46］。早前的一項研究同樣顯示，與健康對照組相比，OA 患者Th22的百分比、絕對數量和IL-22 的血漿水平均沒有差異［47］，提示Th22在OA發病機制中作用有限。

2.3 TFH 與 OA TFH 是在 IL-6 和 IL-21 共同作用下由初始CD4+T 細胞分化而來，主要分泌IL-21，在OA 發病和進展中發揮關鍵作用。關于循環TFH 的研 究 結 果 有 所 不 同 ，ZHU 等［30］沒 有 發 現 TFH（CD3+CD4+CXCR5+）與臨床變量之間的關聯，而SHAN等［48］采用流式細胞儀檢測40例OA患者和13例健康對照者外周血的可誘導共刺激因子（inducible costimulatory，ICOS）陽性、程序性死亡受體 1（programmed death 1，PD-1）陽性、IL-21+CXCR5+CD4+的T 細胞頻率，并測定血清IL-21 的濃度，發現與健康對照組相比，OA 患者的 CXCR5+CD4+、PD-1+CXCR5+CD4+、ICOS+CXCR5+CD4+、IL-21+CXCR5+CD4+T細胞比例較高，研究結果的差異可能是由檢測的不同TFH 標記物所致。盡管TFH 的鑒定存在爭議，但早期的一項研究發現CXCR5+CD4+T 細胞具有TFH的功能特性，因此該細胞被認為是TFH［49］。SHAN等［48］研究了不同類型的 TFH 與 OA 臨床分級的關系，推測TFH 的高頻率可能是OA 早期ICOS 介導的陽性調節結果，而在OA晚期，PD-1+TFH增加可限制TFH 作為負調節因子的頻率。研究還發現OA 患者IL-21+TFH 細胞頻率與WOMAC 和C 反應蛋白水平均呈正相關，提示IL-21+TFH 不僅參與OA 的炎癥狀態，而且與OA 患者的癥狀和功能評分相關，可作為OA 疾病活動性的標志，但其介導OA 發病機制尚待闡明［48］。

3 CTL與OA

CD8+T細胞具有殺傷靶細胞的功能，在OA 的發病機制中起重要作用，但其不是OA 患者滑膜聚集物中的主要T 細胞類型。研究發現OA 患者CD8+T細胞的比例正常，幼稚CD8+T 細胞比例降低［30］。也有研究發現OA 患者滑液中CD8+T 細胞頻率增加，CD4+T 細胞的頻率降低，隨著疾病進展到晚期，CD8+T 細胞浸潤減少［37］。APINUN 等［9］根據影像學分級，描述了IPFP 浸潤的CD8+T 細胞與疾病嚴重程度之間的相關性，發現即使在病情較輕的患者體內，也有一部分外周CD8+T細胞處于激活狀態，提示IPFP 可能是炎癥T細胞尤其是CD8+T細胞的一個小生態龕。與外周血T 細胞相比，IPFP 內活化的CD8+T 細胞的多樣性有限，自身炎癥部位CD8+T 細胞的多樣化限制靶向特異性效應器的共刺激可能是免疫系統自我調節的內在途徑［50-51］。由此推測研究者檢測到CD8+T細胞的差異應是由患者病情的不同嚴重程度所致。

4 Treg與OA

20 世紀90 年代中期，一組具有“調節”功能的Th 被鑒定并命名為調節性 T 細胞（Treg）［52］。OA 患者的滑膜 Treg 較少［11，30］，其可通過介導抗炎細胞因子分泌和抑制性受體表達減弱，發揮免疫抑制作用［53］。研究表明，與健康對照組相比，OA 患者外周血 CD4+CD25highFoxp3+Treg 升高，但 Treg 產生的 IL-10減少，說明OA患者體內存在Treg功能障礙［54］。

T 細胞免疫球蛋白和黏蛋白結構域3（Tim-3）是CD4+T細胞、CD8+T細胞、單核細胞、Mφ、樹突狀細胞和自然殺傷細胞的重要調控分子［55］。Tim-3+Treg 是產生IL-10 的主要細胞，研究發現OA 患者中Tim3+Treg 的頻率明顯下調，與輕度OA 相比，重度OA 患者IL-10 的產生和Tim-3 的表達進一步降低，提示患者免疫與臨床特征之間的聯系［54］。另一項研究發現OA 患者外周血中Tim-3+CD4+T 細胞增多，Tim-3的配體galectin-9在輕度OA 中表達較高，嚴重OA 中 表 達降 低 ，galectin-9 誘導 Tim-3+CD4+Th1 凋亡，提示galectin-9 可抑制T 細胞誘導的OA 早期炎癥反應［55］。

傳統T 細胞中，淋巴細胞活化基因-3（lymphocyte activation gene-3，LAG-3）是 T 細胞存活、活化、增殖和死亡的調節因子［56］。研究發現OA 患者的Treg 水平沒有變化，但 OA 中 Treg 上 LAG-3 的表達卻顯著上調，說明LAG-3 可抑制Treg 活動破壞其免疫穩態［56-57］。

以上研究表明OA 患者體內存在T 細胞/Treg 平衡失調。研究還發現Treg 是不穩定的，其向不同T輔助細胞亞群轉移，導致炎癥微環境在一些炎癥性疾病中持續存在［58-59］。

5 Tm和OA

Tm 維持機體免疫記憶功能，表達CD45RO 分子，并能向外周炎癥組織遷移。一項關于OA 患者外周血Th9和IL-9變化的研究顯示，OA 患者的循環CD4+CD45RO+T 細胞數量明顯高于健康對照組，提示Tm細胞在OA發病中可能發揮重要作用［27，30］。通過分析OA 患者的趨化因子受體庫，發現OA 患者外周血具有明顯的趨化因子受體模式和T細胞趨化因子受體譜的差異，這主要是由外周記憶T 細胞的分化造成［43］。另一項關于人脂肪組織中分泌IL-6 的CD4+T 細胞功能和表型分析的研究發現，表型特征表明它們是具有活化表型的常規（TCRαβ）記憶CD4+T細胞，該種細胞分泌的IL-6與OA 滑膜細胞分泌的IL-6 相當，表明其參與了OA 關節的炎癥過程，但在OA 發病機制中的確切作用有待進一步深入研究［60］。

6 非常規T細胞與OA

非常規T 細胞是以半不變、不變甚至生殖系編碼TCR為特征的，用于識別不受經典MHC分子限制的替代抗原［61］。最近的研究也強調了非常規T細胞在OA 發病中的作用，包括黏膜相關的不變T 細胞（mucosal-associated invariant T cells，MAIT）、自然殺傷T細胞（natural killer T cells，NKT）和γδT細胞。

MAIT 是廣泛分布于血液、黏膜組織、肝臟和大多數關節的固有樣T細胞［62］。OA患者的MAIT細胞百分率明顯高于健康對照組，MAIT 激活后分泌多種細胞因子，包括IFN-γ、TNF-α 和 IL-17［63-64］。近期研究表明MAIT 細胞與炎癥疾病之間存在相關性，包括多發性硬化癥、炎癥性腸病、Ⅱ型糖尿病、哮喘和 RA［62，65-67］。與 KOA 相比，多關節 OA（multi-joint OA，MOA）患者MAIT 細胞百分率顯著升高，通過二元logistic 回歸分析顯示MAIT 細胞頻率與OA 風險的相關性，提示在 OA 尤其是 MOA 患者中，MAIT 及其亞群顯著增加，可作為OA 病情嚴重程度的生物學標志［63］。

IL-17 參與保護黏膜表面免受機會性感染和在失調時引起自身免疫，最早是在傳統T 細胞的Th17亞群上發現，但最近研究發現NKT、γδT 細胞和MAIT 是 IL-17 的主要來源，其中以 NKT 和 γδT 細胞的特殊亞群（NKT17 細胞和γδT17 細胞）最為突出，syndecan-1 是 NKT 細胞和 γδT 細胞產生 IL-17 的標志物［68-69］，因此非常規 T 細胞對 OA 的重要性是不言而喻的。

7 總結

首先，OA 是一種異質性疾病，根據疾病的部位、階段、嚴重程度和個人水平等因素有不同的亞型，因此研究不同亞型OA的外周血和滑液中T細胞的表型特征具有重要意義；其次，OA 患者的滑膜腔中有免疫激活，但其顯示出一種與RA 患者不同的特異性免疫信號，其特征是T 細胞亞群頻率和細胞因子譜不同，因此需要進一步研究控制OA 炎癥過程和免疫反應的T 細胞，以及它們如何產生和調節促炎細胞因子；最后，TFH 分化失調與多種自身免疫性疾病有關，而TFH 和Treg 則可以改善疾病的嚴重程度，提示致病性和保護性T 細胞亞群之間的不平衡是造成OA 長期存在的可能原因。CTL、Tm 和非常規T細胞對OA的疾病進展有一定作用，但需進一步研究。目前OA 的病因和發病機制尚未闡明，因此對OA 的治療選擇主要是姑息性的，如止痛藥和抗休克藥物的疼痛管理。隨著醫學免疫學的發展，對OA 發病的免疫機制進行了深入的研究，通過闡明T細胞改變在OA發病機制中的作用，將為通過調節T 細胞反應防治OA 提供新思路，尤其是在OA早期。目前研究手段大多以動物實驗為主，今后應進行多學科、多層次、多角度的研究，并加大臨床試驗的比重，盡可能地進行定性、定量和客觀化的研究，并以提高臨床療效為突破口。