鄭梅梅，江自鮮，鄭儉彬，王 葳，王 濤，李秀芳*，王文靜*

（1. 云南中醫(yī)藥大學(xué)，云南省南藥可持續(xù)利用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500；2. 昆明市中醫(yī)醫(yī)院骨傷科，云南 昆明 650011）

骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）一般指在人體關(guān)節(jié)及其周?chē)M織發(fā)生的炎性疾病，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨的退行性病變、軟骨下骨硬化、骨贅形成、軟骨血管生成等，病情進(jìn)一步惡化會(huì)引起關(guān)節(jié)軟骨退變、缺損，以至整個(gè)關(guān)節(jié)面的破損[1]，是全球范圍內(nèi)常見(jiàn)的退行性疾病。2017 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球OA 患者約3.03億人[2]，50 歲以上的患病率約為37%，75 歲以上的發(fā)病率約為80%。OA 的致殘率較高，影響患者的生活質(zhì)量，給家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)。OA 患者確診后往往會(huì)因鍛煉減少加重心腦血管疾病患病風(fēng)險(xiǎn)[3]，因此，OA 已成為世界第4 大致殘疾病[4]，并被稱(chēng)成為“不死的癌癥”，但與糖尿病、心血管疾病等一些慢性病相比，人們對(duì)該病的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

目前對(duì)OA 的病理機(jī)制尚未完全解析，隨著研究的深入，越來(lái)越多的證據(jù)表明，OA 是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程，其病理生理改變并不僅局限于軟骨細(xì)胞，還包括位于關(guān)節(jié)組織微環(huán)境中所有組成的變化，是骨關(guān)節(jié)組織微環(huán)境復(fù)雜病理反應(yīng)的結(jié)果，因此，對(duì)OA 的治療從單一環(huán)節(jié)的干預(yù)措施無(wú)法達(dá)到阻止疾病進(jìn)一步發(fā)展的目標(biāo)。目前研究普遍認(rèn)為，炎癥、軟骨退行性病變、軟骨下骨微環(huán)境變化等為其主要病理改變，但對(duì)OA 發(fā)展的早期和中、晚期特征性的病理變化過(guò)程還存在一定的爭(zhēng)議，大部分研究認(rèn)為，骨關(guān)節(jié)炎早期的主要病理變化為軟骨損傷、軟骨下骨重塑和軟骨下骨生成，而在骨關(guān)節(jié)炎中、晚期主要是軟骨下骨硬化和骨贅生成，以及不斷加重的疼痛及整個(gè)關(guān)節(jié)的炎癥。

1 OA 早期主要病理變化

1.1 軟骨損傷 健康的關(guān)節(jié)面被透明軟骨覆蓋，其表面光滑，在關(guān)節(jié)活動(dòng)時(shí)起“緩沖墊”的作用來(lái)保護(hù)關(guān)節(jié)。軟骨細(xì)胞被主要由水、Ⅱ型膠原和糖蛋白組成的細(xì)胞外基質(zhì)包裹，Ⅱ型膠原蛋白可提供拉伸強(qiáng)度，維持關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)，蛋白聚糖在很大程度上決定了壓縮剛度[5]，通過(guò)控制水的吸收和排出來(lái)平衡關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)外的壓力[6]。關(guān)節(jié)液是骨關(guān)節(jié)的重要組成部分，提供營(yíng)養(yǎng)給軟骨細(xì)胞，還可減輕關(guān)節(jié)間的磨損和破壞[7]，高分子 量（high molecular weight, HMW） 透 明 質(zhì) 酸（hyaluronic acid，HA）是關(guān)節(jié)液中黏彈性的主要貢獻(xiàn)者，若滑液中HA 減少會(huì)引起滑液黏度降低，加重關(guān)節(jié)軟骨間的摩擦，導(dǎo)致軟骨磨損，骨關(guān)節(jié)炎惡化[8]。

年輕人中的OA 患者大多由外部機(jī)械力刺激導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷引起，稱(chēng)創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎，過(guò)度的機(jī)械應(yīng)力刺激可導(dǎo)致軟骨細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)甚至凋亡[9]，釋放的炎癥信號(hào)又可作OA 的一種致病前饋機(jī)制，增加細(xì)胞中機(jī)械敏感離子通道Piezo1 的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的敏感性[10]。老年人中的OA 患者一般是退行性改變引起的[11]，造成關(guān)節(jié)衰老的原因與氧化應(yīng)激失衡導(dǎo)致骨量減少有關(guān)[12-13]。氧化應(yīng)激失衡，軟骨細(xì)胞線粒體功能障礙，軟骨細(xì)胞凋亡，甚至發(fā)生關(guān)節(jié)軟骨下骨化[14]。臨床針對(duì)氧化應(yīng)激的病理過(guò)程的治療方法是通過(guò)向關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射玻璃酸鈉等抗氧化應(yīng)激損傷類(lèi)藥物，達(dá)到緩解骨關(guān)節(jié)炎的癥狀的作用[15]。

軟骨細(xì)胞是維持軟骨基質(zhì)產(chǎn)生和重塑的動(dòng)態(tài)平衡，該平衡被打破就容易引起OA[16]。蛋白水解酶的過(guò)度活化是導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)成分過(guò)度降解的重要原因[17]，其中基質(zhì)金屬蛋白酶家族（MMPs）是調(diào)節(jié)細(xì)胞基質(zhì)組成的主要酶，可通過(guò)降解細(xì)胞外基質(zhì)成分而參與代謝過(guò)程。MMP-9 對(duì)于基質(zhì)膠原纖維降解具有重要作用，研究表明血清及關(guān)節(jié)液中的MMP-9 與OA病情嚴(yán)重程度相關(guān)性較高，這些指標(biāo)用于評(píng)估OA 患者的病情嚴(yán)重程度[18]。MMP-13 對(duì)Ⅱ型膠原蛋白的活性最高，是軟骨中膠原降解的關(guān)鍵介質(zhì)[19-21]，在正常的成人組織表達(dá)受到限制，但在OA 患者的關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)軟骨中高表達(dá)，選擇性抑制MMP-13 降低軟骨損傷有望成為治療靶標(biāo)[22-23]。在MMPs 中，解聚蛋白樣金屬蛋白酶（ADAMTS）可以水解蛋白多糖以降解關(guān)節(jié)軟骨。ADAMTS5 可不斷進(jìn)行重塑，當(dāng)細(xì)胞退化或受損時(shí)，ADAMTS5 表達(dá)增加，導(dǎo)致合成和降解不平衡，ADAMTS5 可作為評(píng)價(jià)軟骨細(xì)胞功能的關(guān)鍵指標(biāo)[24-25]。

活性氧（reactive oxygen specise，ROS）水平不斷上升是軟骨損傷的另一重要原因。伴隨著衰老，過(guò)量的ROS 抑制軟骨基質(zhì)的合成并誘導(dǎo)軟骨基質(zhì)的崩解，推動(dòng)OA 的發(fā)展過(guò)程[26]。例如通過(guò)PI3K/Akt 通路引起軟骨細(xì)胞的凋亡[27]，或通過(guò)促進(jìn)NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)，影響軟骨基質(zhì)的重塑、軟骨細(xì)胞凋亡、滑膜炎性反應(yīng)，間接刺激軟骨細(xì)胞分化的下游調(diào)節(jié)因子[28]。ROS也可阻礙骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（marrow stem cells,MSCs）向成骨細(xì)胞分化，減弱細(xì)胞的增殖能力，延長(zhǎng)靜息期，導(dǎo)致成骨細(xì)胞生成減少，骨形成水平低下[29]。因此，提高機(jī)體抗氧化水平、減少ROS 生成，是治療OA 的有效策略之一。

1.2 微裂紋及骨異常重塑 軟骨與軟骨下骨組成了一個(gè)功能性的骨單位，起到減震及分散壓力的作用。軟骨下骨和軟骨由鈣化軟骨相連，鈣化軟骨和軟骨的放射層交界處有一條明顯的分界線，稱(chēng)為潮線[30-31]。軟骨下骨板可為關(guān)節(jié)軟骨提供堅(jiān)硬的力學(xué)支撐和營(yíng)養(yǎng)支持，同時(shí)軟骨下骨不斷進(jìn)行重塑去適應(yīng)周?chē)h(huán)境的變化，可影響軟骨代謝[32]。盡管大量相關(guān)證據(jù)表明軟骨下骨和軟骨協(xié)同降解，但因果關(guān)系很難確定，因?yàn)榉治鐾窃谟薪K末期疾病的組織中進(jìn)行的，或者在骨和軟骨都受到影響的模型中進(jìn)行的[22]。以往OA 的研究主要在關(guān)節(jié)軟骨退變方面，OA 的臨床前研究和臨床治療結(jié)果的差異表明，僅以關(guān)節(jié)軟骨為靶點(diǎn)并不足以阻止OA 的進(jìn)展[9]。

微裂紋是骨應(yīng)變引起的一種生理過(guò)程，最早由Frost 于1960 年首次提出，常因機(jī)械力過(guò)度而發(fā)生的一種骨生理反應(yīng)，經(jīng)常發(fā)生在鈣化軟骨和軟骨下骨，為軟骨-骨之間提供信息途徑[33-34]。微裂紋現(xiàn)象可能意味著承擔(dān)機(jī)械壓力過(guò)度，也可能是機(jī)體為防止骨破壞繼續(xù)發(fā)生的保護(hù)機(jī)制，通過(guò)壓力分散的方式保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨免受損傷，同時(shí)骨微裂紋還可促進(jìn)骨重塑[35]。臨床數(shù)據(jù)顯示微裂紋和年齡密切相關(guān)，骨小梁和皮質(zhì)骨中的骨細(xì)胞密度與微裂紋數(shù)量和老化負(fù)相關(guān)，在有骨髓病變的OA 患者中，軟骨下骨板和軟骨下小梁處的微裂紋密度增加，表明微裂紋可能通過(guò)骨重塑參與維持軟骨的完整性[36-37]。

研究表明，正常的力學(xué)刺激下，軟骨下骨發(fā)生的骨重塑是有序的，即骨形成發(fā)生在骨吸收的地方，維持骨穩(wěn)態(tài)[38]。OA 早期，骨重塑率相對(duì)于正常骨骼的速度高達(dá)20 倍[39]。研究表明骨重塑主要由TGF-β 介導(dǎo)，TGF-β 可將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone mesenchy mal stem cells，BMSCs）誘導(dǎo)至骨吸收表面分化為成骨細(xì)胞，填充骨的吸收達(dá)到骨重塑，維持動(dòng)態(tài)平衡[[40-41]。Tang 等[42]通過(guò)體內(nèi)外模型證明了TGF-β 可誘導(dǎo)BMSCs 的遷移聚集，導(dǎo)致異常骨重塑，進(jìn)一步說(shuō)明調(diào)節(jié)TGF-β1 活性可能是骨重塑疾病的有效治療手段。Yusup 等[43]通過(guò)臨床檢測(cè)40 名OA 患者的滑膜組織發(fā)現(xiàn)，TGF-β 的水平和OA 患者的軟骨下骨損傷程度呈正相關(guān)，說(shuō)明抑制TGF-β 的水平可能減少異常的骨重塑。

2 OA 中、晚期主要病理變化

2.1 軟骨下骨血管新生伴隨神經(jīng)侵入軟骨 健康的關(guān)節(jié)軟骨中沒(méi)有血管和神經(jīng)，隨OA 病變的發(fā)展，軟骨下骨微環(huán)境中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等可使部分微孔的破骨細(xì)胞活力旺盛，微孔的大小及數(shù)量增加，為新生的血管入侵軟骨提供了通道[44-45]。新生血管的形成被認(rèn)為是高營(yíng)養(yǎng)軟骨細(xì)胞表達(dá)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）刺激的，血管的侵入通過(guò)改變軟骨細(xì)胞中低氧環(huán)境影響其合成分解；并且細(xì)胞因子和炎性因子可經(jīng)通道進(jìn)入軟骨干擾軟骨代謝，加快其損傷[46-48]。Su 等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)小鼠進(jìn)行骨關(guān)節(jié)炎造模后，在關(guān)節(jié)軟骨還未退變時(shí)，破骨前體細(xì)胞分泌過(guò)量的血小板衍生生長(zhǎng)因子-BB（platelet derived growth factor-BB, PDGFBB），進(jìn)而激活PDGF-BB/PDGFR-β 信號(hào)通路加速軟骨下骨血管生成，促進(jìn)OA 的發(fā)生[39]。有研究[49]在兔OA 模型中觀察到，軟骨下骨的血管生成在OA 早期至進(jìn)展期達(dá)到峰值，在OA 晚期降至正常水平，但也有研究認(rèn)為血管生成增加是OA 后期骨贅形成的潛在貢獻(xiàn)者[50]。

疼痛是OA 患者最常見(jiàn)的問(wèn)題，也是就醫(yī)的主要原因。血管生成和感覺(jué)神經(jīng)生長(zhǎng)往往相伴而行，并在血管生成的晚期沿著新生血管生長(zhǎng)[48]。通過(guò)定位新神經(jīng)纖維和血管的位置顯示，神經(jīng)生長(zhǎng)的方向受鄰近血管的調(diào)控，血管內(nèi)皮細(xì)胞還可以產(chǎn)生許多神經(jīng)生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)因子[31]。在OA 動(dòng)物模型中，采用血管生成抑制劑治療可降低疼痛，盡管血管生長(zhǎng)抑制的機(jī)制或靶點(diǎn)對(duì)這種鎮(zhèn)痛活性貢獻(xiàn)尚不清楚，但抑制血管生成或許能夠通過(guò)減輕炎癥，減少軟骨和半月板的神經(jīng)支配，減輕OA 患者的疼痛[51]。

VEGF 作用于多種細(xì)胞類(lèi)型，刺激血管生成，提高血管通透性和引起血管舒張等。臨床研究報(bào)道，阻斷VEGF 抑制血管生成可明顯緩解OA 患者的疼痛和癥狀[52]。關(guān)節(jié)局部應(yīng)用抗VEGF 或抗血管生成藥物的方法已試用于OA 的治療，在臨床上具有很高的應(yīng)用價(jià)值[53]。H-型血管是1 種與骨形成密切相關(guān)的毛細(xì)血管亞型，可與多種骨骼細(xì)胞相互作用實(shí)現(xiàn)血管新生與骨形成的耦聯(lián)。有研究表明關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞雷帕霉素靶蛋白mTORC1 活性在小鼠的生長(zhǎng)發(fā)育期可促進(jìn)軟骨下骨H-型血管新生，加速自發(fā)性O(shè)A 的發(fā)生發(fā)展[54]。Huang 等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)趨化因子9（Cxcl9）是骨髓微環(huán)境中成骨細(xì)胞分泌的血管抑制因子，成骨細(xì)胞產(chǎn)生的Cxcl9 可抑制VEGF 進(jìn)而抑制血管生成[55]。Dodd 等人系統(tǒng)地檢測(cè)了mTORC1 介導(dǎo)的血管生成的作用，發(fā)現(xiàn)阻斷mTORC1 信號(hào)傳導(dǎo)的機(jī)制，可能通過(guò)部分抑制缺氧誘導(dǎo)因子（HIFs）和VEGFs 來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制血管生成[56]。

2.2 軟骨下骨硬化及骨贅形成 隨著年齡增加等原因?qū)е录×ο陆?，關(guān)節(jié)周?chē)g帶松弛致使力學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)[57]，軟骨下骨吸收應(yīng)力和緩沖震蕩的作用減弱，關(guān)節(jié)失去正常形態(tài)，軟骨下骨改變，進(jìn)一步導(dǎo)致骨小梁上新骨沉積、骨小梁受壓和骨小梁斷裂形成愈合組織，進(jìn)而形成軟骨下骨硬化。OA 中，骨贅通常發(fā)生在關(guān)節(jié)皮質(zhì)骨的外部，起源于骨膜[58]。骨贅的發(fā)育是由多種因素觸發(fā)的，如機(jī)械因素、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子刺激骨膜、間充質(zhì)干細(xì)胞增殖[59]。同時(shí)，骨贅的形成可觸發(fā)自身修復(fù)機(jī)制，抑制軟骨退變過(guò)程[60]。在研究OA的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，對(duì)骨贅進(jìn)行評(píng)分，是評(píng)價(jià)OA 嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)[61]。

骨硬化蛋白（sclerostin，SOST）是一種骨形成的負(fù)調(diào)控因子，在調(diào)節(jié)骨重建過(guò)程中起重要作用。研究表明OA 患者血漿的SOST 的水平低于正常水平，其水平還可反映關(guān)節(jié)軟骨損傷的嚴(yán)重程度，有助于病情診斷[62]。為確定SOST 水平的升高是否對(duì)OA 起保護(hù)作用，Chang 采用在敲除SOST 基因小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明SOST 在關(guān)節(jié)損傷后作為一種保護(hù)分子，防止軟骨降解[63]。使用SOST 基因敲除小鼠OA 模型，通過(guò)測(cè)定OA 評(píng)分和基質(zhì)蛋白表達(dá)，結(jié)果顯示SOST 通過(guò)抑制軟骨細(xì)胞中Wnt 經(jīng)典和非經(jīng)典JNK 通路，在維持軟骨完整性上發(fā)揮了重要作用[64]。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）又稱(chēng)骨形成蛋白，是具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)的高度保守的功能蛋白，可促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞定向分化為成骨細(xì)胞。BMP2（BMP 的一種亞型）的高水平表達(dá)是骨贅形成嚴(yán)重惡化的原因，BMP2 誘導(dǎo)的骨贅主要分布在生長(zhǎng)板與關(guān)節(jié)間隙交界處[59,65-66]。李軍偉研究發(fā)現(xiàn)在骨贅發(fā)生早期的間充質(zhì)細(xì)胞內(nèi)存在BMP2 mRNA 的陽(yáng)性表達(dá)，提示BMP2 對(duì)早期骨贅的發(fā)生有誘導(dǎo)作用[67]。

?；撬崾且活?lèi)與骨贅形成密切相關(guān)的代謝產(chǎn)物，在OA 的軟骨中，?；撬釁⑴c調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞的細(xì)胞體積以響應(yīng)滲透壓的下降，?；撬崮艽龠M(jìn)成骨細(xì)胞增殖，抑制破骨細(xì)胞的生成，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[68]。骨贅軟骨中牛磺酸的升高意味著退變的軟骨組織可能仍然具有自我修復(fù)能力，可用來(lái)防止軟骨的快速破壞，但同時(shí)，牛磺酸的升高也促進(jìn)軟骨內(nèi)骨化[60]。

3 討論

目前對(duì)OA 的病理機(jī)制尚未完全解析，隨著研究的深入，越來(lái)越多的證據(jù)表明，OA 是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程，其病理生理改變并不僅僅局限于軟骨細(xì)胞，還包括了位于關(guān)節(jié)組織微環(huán)境中所有組成的變化，是骨關(guān)節(jié)組織微環(huán)境復(fù)雜病理反應(yīng)的結(jié)果，因此對(duì)OA 的治療從單一環(huán)節(jié)的干預(yù)措施無(wú)法達(dá)到阻止疾病進(jìn)一步發(fā)展的目標(biāo)。目前尚無(wú)公認(rèn)有效的OA 治療方案，只能靠藥物或手術(shù)方法緩解其臨床癥狀。本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)總結(jié)了近些年影響OA 發(fā)生發(fā)展的一些影響因素、OA 中的一些生物標(biāo)志物等，探索OA 在疾病發(fā)展不同時(shí)期的病理變化，希望可以為OA 的研究提供借鑒。盡管現(xiàn)在關(guān)于OA 的研究眾多，但至今還未完全闡明OA 確切的發(fā)病機(jī)制，還未找到有效的治療藥物，仍需要更深入的研究，以便為臨床治療提供新思路。