付長(zhǎng)龍 梅陽(yáng)陽(yáng) 李西海 葉錦霞 謝新宇 邱志偉

1.福建中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合研究院，福建 福州 350122 2.福建省中西醫(yī)結(jié)合老年性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350122 3.福建衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350101

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種主要由生物因素及力學(xué)穩(wěn)態(tài)異常等引起的受累關(guān)節(jié)部位結(jié)構(gòu)與組織形態(tài)紊亂，致使關(guān)節(jié)功能退變乃至喪失的關(guān)節(jié)疾病，其顯著病理特點(diǎn)表現(xiàn)為關(guān)節(jié)處軟骨組織發(fā)生變性、退化，軟骨下骨漸進(jìn)性破壞以及繼發(fā)性骨贅形成[1]。骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)作為一種與骨代謝平衡偶聯(lián)失衡密切相關(guān)的代謝性骨科疾患，其主要特征表現(xiàn)在骨量趨向降低，骨組織微結(jié)構(gòu)受累破壞，骨脆性異常增加等，其病因涵蓋性別、年齡、遺傳、營(yíng)養(yǎng)狀況、細(xì)胞因子及激素水平異常等[2]。而骨質(zhì)疏松癥合并骨關(guān)節(jié)炎，亦稱為骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎(osteoporosis osteoarthritis，OPOA)，其主要以軟骨結(jié)構(gòu)損傷、骨組織疏松并伴隨著骨代謝水平改變?yōu)橹饕±硖攸c(diǎn)。流行病學(xué)與臨床研究數(shù)據(jù)顯示[3]，絕經(jīng)后婦女患有OPOA的發(fā)生率高達(dá)30%～80%[4]，且與年齡因素具有密切關(guān)聯(lián)性，即當(dāng)年齡趨于增加時(shí)，OPOA的發(fā)病率也隨之不斷增高[5]。隨著全社會(huì)人口老齡化的加劇，OPOA的發(fā)病率亦呈現(xiàn)高發(fā)趨勢(shì)，嚴(yán)重危害著中老年人的健康。

目前對(duì)骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎的藥物治療策略主要以緩解臨床癥狀(疼痛不適等)，改善關(guān)節(jié)功能，提高骨量為主。臨床應(yīng)用多以活性維生素D 類似物(α骨化醇、骨化三醇等)、雌激素受體調(diào)節(jié)劑(雷洛昔芬等)、骨吸收抑制劑(雙膦酸鹽等)、非甾體類(依托考昔等)、軟骨營(yíng)養(yǎng)類(氨基葡萄糖)及其他類聯(lián)合用藥為主，其聯(lián)合應(yīng)用雖在一定程度上改善OPOA患者的部分臨床癥狀，但聯(lián)合用藥的入體劑量倍增亦增加了藥物所致副作用的風(fēng)險(xiǎn)，且其聯(lián)合應(yīng)用并未有效阻斷或逆轉(zhuǎn)骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎的病情進(jìn)展[6]。鑒于H型血管(內(nèi)皮細(xì)胞)在骨與軟骨損傷修復(fù)中兼具成骨和成血管偶聯(lián)功能，其形態(tài)與結(jié)構(gòu)變化將影響骨質(zhì)疏松、骨關(guān)節(jié)炎的損傷修復(fù)，有望成為今后治療OPOA的熱點(diǎn)之一。其中，H型血管鐵死亡將對(duì)骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎的病程將產(chǎn)生重要影響，現(xiàn)就其影響途徑及調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行初步探討，以期為今后以H型血管鐵死亡為切入點(diǎn)進(jìn)而防治骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎開(kāi)辟新方向。

1 H型血管在OPOA損傷修復(fù)中的調(diào)節(jié)作用

H型血管可特異表達(dá)血小板-內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子抗體(CD31)與內(nèi)皮粘蛋白抗體(endomucin，EMCN)[7]，其作為一種新的血管亞型(即H型)通常分布于發(fā)育中的長(zhǎng)骨干骺端與骨內(nèi)膜處，起初由Kusumbe團(tuán)隊(duì)將研究成果刊登在《Natrue》雜志[8]，并認(rèn)為此類血管可兼具成血管與成骨功能，且H型血管的分布、數(shù)量與年齡變化具有重要關(guān)聯(lián)，即伴隨增齡，出現(xiàn)此類型血管及其周圍匯集的成骨祖細(xì)胞數(shù)量銳減現(xiàn)象。亦有研究證實(shí)[9]，在大鼠骨缺損的修復(fù)進(jìn)程中，H型血管主要分布在靠近生長(zhǎng)前沿(干骺端、骨內(nèi)膜等)新生骨小梁表面；而在去卵巢小鼠的骨組織中，H型血管的數(shù)量顯著減低[10]。H型血管在調(diào)節(jié)骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎損傷修復(fù)中的具體作用體現(xiàn)在：①成血管作用：構(gòu)成H型血管的內(nèi)皮細(xì)胞可促進(jìn)血管新生，血管新生交匯互通后形成血管網(wǎng)，而血管網(wǎng)的主要功能是作為一個(gè)運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧氣、代謝產(chǎn)物、激素、細(xì)胞因子(炎性、趨化及成骨與破骨誘導(dǎo)因子等)或細(xì)胞的管道[11]，通過(guò)延伸貫通于骨小梁的表面、骨外膜、骨內(nèi)膜、皮質(zhì)骨的哈弗氏管內(nèi)干骺端軟骨及軟骨下骨的交界面上，具有滋養(yǎng)與修復(fù)損傷關(guān)節(jié)，促進(jìn)軟骨及關(guān)節(jié)周圍組織的新陳代謝作用，最終可減輕軟骨退變，緩解骨量降低等病理進(jìn)程[12]。②成骨作用：基于成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和H型血管內(nèi)皮細(xì)胞之間諸多信號(hào)分子的密切交互聯(lián)系，即“成骨和成血管偶聯(lián)”：成骨作用的發(fā)揮是一個(gè)血管依賴的過(guò)程，其原因則為H型血管內(nèi)皮細(xì)胞可吸引并誘導(dǎo)成骨、破骨祖細(xì)胞向受損關(guān)節(jié)部位富集遷移[13]。Sojo等[14]亦研究證實(shí)，血管再生過(guò)程可先于成骨發(fā)生，而新生的血管為循環(huán)成骨、破骨細(xì)胞的前體細(xì)胞提供穩(wěn)定的通道保障，從而確保其輸送至骨損傷源部位。由此可見(jiàn)，在骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)損傷修復(fù)中，H型血管可促進(jìn)血管網(wǎng)新生與成骨分化，為軟骨、軟骨下骨及塌陷受損的骨組織提供成骨介質(zhì)、修復(fù)因子等，并促進(jìn)軟骨與骨組織的新陳代謝，進(jìn)而促進(jìn)損傷修復(fù)。此外，眾多證據(jù)表明，許多骨骼的病理變化，如骨質(zhì)疏松[15-16]、骨關(guān)節(jié)炎[17]等都與血管形成異常密切相關(guān)。因此，通過(guò)維持H型血管正常功能，改善其異常狀態(tài)，可能是延緩骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎病理進(jìn)程的重要治療途徑之一。

2 H型血管鐵死亡對(duì)OPOA病理進(jìn)程的影響

鐵死亡(Ferroptosis)是一種呈現(xiàn)鐵依賴性脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)及活性氧(ROS)聚集、過(guò)載為主要特點(diǎn)的新型細(xì)胞死亡模式，其可引起細(xì)胞膜斷裂，線粒體變小等改變，常涉及一系列基因異常表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)[18]。研究發(fā)現(xiàn)[19]，通過(guò)抑制谷胱甘肽過(guò)氧化物酶4(glutathione peroxidase 4，GPX4)活性，可阻礙并減少谷胱甘肽的合成與釋放，其所致結(jié)局則可促使ROS在膜脂內(nèi)大量匯集乃至過(guò)載，進(jìn)而誘發(fā)鐵死亡模式的開(kāi)啟。而酯?；o酶A合成酶長(zhǎng)鏈家族成員4(AcylCoA synthetase long-chain familymember4，ACSL4)作為調(diào)節(jié)鐵死亡的關(guān)鍵因素，可催化酸類物質(zhì)(花生四烯酸、腎上腺酸)生成為輔酶A物質(zhì)(花生四烯酰CoA、腎上腺酰CoA)，進(jìn)而作為重要組分合成帶負(fù)電膜磷脂(磷脂酰乙醇胺或磷脂酰肌醇等)。Doll等[20]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)敲除ACSL4基因，可有效減少GPX4 抑制劑(RSL3)誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵死亡。此外，鐵代謝紊亂在介導(dǎo)鐵死亡過(guò)程中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，一旦細(xì)胞內(nèi)鐵離子超額，可催化機(jī)體形成具有代謝毒性的ROS。在骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎病理狀態(tài)下，H型血管在異常應(yīng)力與生物因素刺激下，會(huì)出現(xiàn)局部供血受限，氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，加之鐵代謝異常(受損的紅細(xì)胞釋放過(guò)載鐵等)又可激活Fenton 反應(yīng)生成大量ROS，將引起H型血管(內(nèi)皮細(xì)胞)鐵死亡發(fā)生。

在骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎的病理進(jìn)程中，H型血管鐵死亡可能通過(guò)影響以下途徑參與對(duì)其調(diào)控。首先，H型血管鐵死亡參與對(duì)成骨和成血管偶聯(lián)功能的調(diào)節(jié)。諸多研究顯示，鐵死亡模式的啟動(dòng)可加劇血管(內(nèi)皮細(xì)胞)損傷。研究表明[21]，在大腦血管閉塞模型中，鐵死亡抑制劑可保護(hù)小鼠免于缺血-再灌注的損傷。另有研究證實(shí)[22]，鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin(5 μmol/L濃度)可啟動(dòng)并引起血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生鐵死亡：光鏡下觀察顯示，啟動(dòng)鐵死亡模式的血管內(nèi)皮細(xì)胞核發(fā)生固縮，胞漿結(jié)構(gòu)趨于完全消失，但其細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)保持光滑且完整；而電鏡下觀察可見(jiàn)內(nèi)皮細(xì)胞線粒體固縮、縮小，鐵死亡相關(guān)蛋白GPX4表達(dá)顯著降低，而鐵死亡抑制劑Ferrostatin-1則可逆轉(zhuǎn)血管內(nèi)皮細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生。其次，H型血管鐵死亡亦可加劇OPOA關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡，進(jìn)而加速軟骨變性、退化。H型血管發(fā)生鐵死亡后，其代謝產(chǎn)物可通過(guò)直接或間接分泌、滲透途徑，將使局部關(guān)節(jié)內(nèi)及其周圍聚集過(guò)載的活性氧(ROS)及其他異常細(xì)胞因子成分。其中：①過(guò)載的活性氧(ROS)作為誘導(dǎo)鐵死亡模式啟動(dòng)的重要因素，主要類型包括過(guò)氧化氫(H2O2)、羥基自由基(·OH)、一氧化氮(NO)自由基以及超氧陰離子等。當(dāng)關(guān)節(jié)發(fā)生病變后，關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境紊亂失衡，伴隨關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞內(nèi)的活性氧生成異常增多，不僅可阻礙軟骨細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)及Ⅱ型膠原合成，其又可加劇軟骨基質(zhì)降解[23]。②環(huán)加氧酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)作為一種代謝合成過(guò)程中的關(guān)鍵性限速酶，可將花生四烯酸初步催變轉(zhuǎn)化為前列腺素類物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)[24]，經(jīng)應(yīng)用鐵死亡抑制劑liproxstatin-1干預(yù)小鼠后，可抑制COX-2功能，而在介導(dǎo)軟骨退變過(guò)程中，異常表達(dá)的COX-2可誘導(dǎo)前列腺素 E2(PGE2)合成與釋放增加，后者不僅可誘導(dǎo)并啟動(dòng)軟骨細(xì)胞凋亡模式，又可加強(qiáng)IL-1β對(duì)軟骨細(xì)胞的破壞與分解作用，從而導(dǎo)致軟骨基質(zhì)穩(wěn)態(tài)趨于失衡[25]。

3 miRNAs介導(dǎo)H型血管鐵死亡對(duì)OPOA病理進(jìn)程的調(diào)節(jié)

miRNAs作為一種進(jìn)化保守的微小非編碼RNA，可通過(guò)結(jié)合靶基因mRNA(3'-UTR)非翻譯區(qū)域介導(dǎo)靶基因的轉(zhuǎn)錄后沉默，發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)基因表達(dá)功能。miRNAs可廣泛參與細(xì)胞增殖、分化、死亡(凋亡、鐵死亡)等生物學(xué)效應(yīng)。近年大量研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs作為潛在治療靶點(diǎn)已成為前沿研究熱點(diǎn)之一[26]。諸多研究表明，miRNAs與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷密切關(guān)聯(lián)，其中miRNA-9不僅可通過(guò)介導(dǎo)鐵死亡(ferroptosis)參與調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能[27]，miRNA- 9還作為一種致炎因子脂多糖誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的應(yīng)答基因[28]，可對(duì)NF-κB轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[29]。而異常細(xì)胞因子(脂多糖、TNF-α與IL-1等)可激活NF-κB經(jīng)典途徑，發(fā)生活化的NF-κB p65進(jìn)入細(xì)胞核，最終可引起骨關(guān)節(jié)炎反應(yīng)的發(fā)生，加劇軟骨退變[30]。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[31-32]，miRNA17-92(主要包括miRNA-17、miRNA-18a、miRNA-19a/b、miRNA-20a、miRNA-92a)作為一種泛功能的miRNA基因簇，對(duì)血管生成及其功能的發(fā)揮具有重要調(diào)控作用。有學(xué)者證實(shí)[33]，過(guò)表達(dá)miRNA17-92可保護(hù)erastin誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞的鐵死亡，并降低lipid-ROS產(chǎn)生與釋放，其調(diào)節(jié)機(jī)制與干涉miRNA17-92的靶分子A20，進(jìn)而抑制鐵死亡相關(guān)蛋白ACSL4密切相關(guān)。鑒于相關(guān)miRNAs對(duì)H型血管鐵死亡發(fā)揮的重要調(diào)節(jié)作用，其是否也通過(guò)介導(dǎo)H型血管鐵死亡進(jìn)而影響骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎的病理進(jìn)程，例如miRNA-9等是否在骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型中發(fā)揮雙效調(diào)節(jié)作用，即miRNA-9等不僅介導(dǎo)H型血管內(nèi)皮細(xì)胞鐵死亡進(jìn)而影響“成骨與成血管”功能，又可抑制軟骨細(xì)胞炎癥反應(yīng)，延緩軟骨退變的機(jī)制尚需進(jìn)一步探討與驗(yàn)證。

4 小結(jié)

綜上，H型血管功能的維持與發(fā)揮將對(duì)以軟骨結(jié)構(gòu)損傷、骨組織疏松并伴隨著骨代謝水平改變?yōu)橹饕±硖攸c(diǎn)的骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)的治療提供新思路。其中，針對(duì)H型血管鐵死亡的靶向調(diào)節(jié)有望成為延緩骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)病程的新策略。但關(guān)于H型血管鐵死亡在治療骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)的臨床與基礎(chǔ)研究仍需進(jìn)一步開(kāi)展與豐富，而其特定調(diào)節(jié)基因的功能發(fā)揮是否具有多效調(diào)節(jié)作用，尚需要深入探討；其次，基于H型血管鐵死亡途徑的靶向藥物研發(fā)可作為延緩骨質(zhì)疏松性骨關(guān)節(jié)病程的重要課題之一，可運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬或大數(shù)據(jù)分析技術(shù)初步篩選其潛在的有效藥物成分，并通過(guò)開(kāi)展基礎(chǔ)及臨床研究進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證，對(duì)今后指導(dǎo)并應(yīng)用于臨床治療將具有重要的價(jià)值。