血管生成及神经生长在骨关节炎中的作用

血管生成及神经生长在骨关节炎中的作用

郑洁王瑞辉寇久社1

(陕西中医药大学针灸推拿学院，陕西西安710000)

关键词〔〕骨关节炎；血管生成；神经生长；炎性反应

中图分类号〔〕R684.3〔文献标识码〕A〔

基金项目：陕西省中医康复学重点学科建设项目(陕中医药发〔2011〕46号)；陕西省教育厅科学研究项目(14JK1209)；陕西中医学院创新基金培育项目(14XJZR27)

1陕西中医药大学第二附属医院

第一作者：郑洁(1978-)，女，副教授，博士，主要从事骨关节病变的中医康复研究。

血管生成对于组织生长、发育、再生循环及修复等生理过程极为重要，但也在一些疾病的病理改变中发挥了不可忽视的作用，尤其是肿瘤及关节炎。血管生成与类风湿关节炎密切相关已是公认的事实，而在骨关节炎(OA)中的作用正受到广泛关注。OA患者骨赘〔1〕是最先被发现有血管生成的部位，随后的研究相继发现关节软骨〔2〕、滑膜〔3〕及半月板〔4〕等结构均有血管生成或新生血管增多。血管生成和感觉神经生长是不可分割的过程，二者将血管生长与OA患者的关节痛紧密联系起来。关节软骨细胞外基质(ECM)微环境调控着促血管生成因子与抗血管生成因子的动态平衡，OA病理性新生血管的形成正是这一内在平衡机制打破的体现。本文对近年来血管生成与神经生长在OA中的作用进行综述。

1OA关节中的血管生成

滑膜炎性反应在OA中的病理及临床意义已逐渐被认可并受到重视〔5〕。OA滑膜炎即可表现为长期存在的慢性炎性反应，也可能是间歇性的急性发作，滑膜增生和巨噬细胞浸润是其典型特点。组织学证据表明，OA滑膜常常伴有血管生成，且程度随巨噬细胞浸润及炎性反应加重而增加〔6～8〕。

关节软骨可分为表面层、移行层、发射层和钙化层4层，软骨钙化层和软骨下骨组成骨软骨连接处的功能单位。OA进程中，破骨细胞活动的增加形成了由软骨下骨向关节软骨延伸的通道，并最终通过潮线(软骨发射层和软骨钙化层之间的嗜碱性边界)进入正常情况下无血管组织的非钙化软骨区。这些通道的形成与软骨下骨纤维血管组织代替骨髓组织并占据骨髓腔密不可分〔9〕。血管组织随之沿这些通道由软骨下骨向非钙化软骨区生长，同时还伴随交感及感觉神经的大量生长〔10〕。

半月板损伤是公认的膝OA的一大特征，OA半月板的尸检研究发现，OA内半月板伴有血管渗透及血管密度增加，同时伴随感觉神经分布密度增高〔4〕。可见，OA关节多个部位都伴有血管形成，这很可能是引起OA软骨退变及关节痛的一个重要原因。

2OA关节血管形成机制

2.1炎性反应与OA血管生成炎性反应与血管生成往往密不可分，OA关节的血管形成也同样依赖于炎性反应〔7〕。OA常常伴有慢性滑膜炎症，并以巨噬细胞浸润为主要特征，后者可分泌血管内皮生长因子(VEGF)〔11〕。VEGF是重要的促血管生成因子，小鼠VEGF关节腔注射可诱发OA〔12〕。巨噬细胞存在M1(诱导型一氧化氮合酶阳性)和M2(精氨酸酶-1阳性)两种活化形式，M1巨噬细胞与宿主防御相关，M2巨噬细胞可启动组织修复。M1和M2巨噬细胞均可分泌VEGF，促进血管形成〔13〕。白细胞介素(IL)-10是一种内源性抗炎细胞因子，被认为有抗血管生成作用〔13〕。IL-10能抑制M1巨噬细胞分泌VEGF，而对M2巨噬细胞的这一抑制作用不明显〔13〕，表明M2巨噬细胞浸润在OA滑膜血管生成中发挥了重要作用。

此外，单核细胞浸润与OA关节血管生成也存在密切联系。前交叉韧带切除(ACLT)诱导的OA小鼠滑膜组织CD8+T细胞处于持续增殖状态，且软骨VEGF、基质金属蛋白酶(MMP)组织抑制因子(TIMP)-1和MMP-13表达水平较CD8-/-OA小鼠显著提高，其表达量与软骨破坏程度呈正相关〔14〕。

2.2软骨细胞与OA血管生成正常成熟的关节软骨组织中不含血管，提示关节软骨可以抵抗血管侵入〔15〕。通常，组织血管生成是促血管生成因子和抗血管生成因子之间的不平衡所致，这种不平衡表现为促血管生成因子含量增加和(或)抗血管生成因子含量减少。正常软骨即可分泌肌钙蛋白I〔16〕和血小板反应蛋白等抗血管生成因子〔17〕，也可分泌少量VEGF和成纤维细胞生长因子(FCF)等促血管生成因子〔18〕。这表明正常软骨也具有潜在的血管生成能力，但这种能力受抗血管生成因子的影响而未能发挥作用，从而使正常软骨不受血管生成的影响，维持其正常表型。OA患者〔19〕及动物模型〔20〕软骨中VEGF表达量显著上调。

OA进程中，软骨细胞表型发生改变，软骨细胞肥大。体外研究发现，软骨细胞肥大可促进内皮细胞迁移、入侵及黏附，表明软骨细胞肥大可促进血管形成〔21〕。而软骨细胞肥大表型需要血清成分参与，这表明软骨细胞肥大和软骨内血管生成可能是相互依存的〔22〕。骨关节炎软骨内血管生成可能启动了软骨内成骨过程，从而导致软骨ECM矿化。

3血管生成与神经生长在OA病理中的联系

神经血管相互作用不仅有助于维持正常关节整体的内稳态，而且也参与了OA病理过程。OA关节骨软骨连接处、骨赘及半月板内血管新生的同时也伴随着感觉神经的生长〔4,10〕。血管与伴行神经的生长是一个紧密联系的过程，并接受共同调节通路的调节。

血管周围神经也可调节血管生成。神经肽、降钙素基因相关肽-Ⅰ和P物质等通过作用于特异性血管受体调节血流及血管通透性，同时也可刺激内皮细胞增殖、迁移和管腔形成，进而促进新生血管形成〔23〕。神经肽Y作为一种交感神经肽，虽然具有强血管收缩作用，但也可通过促血管生成作用增加局部血流量〔24〕。神经肽存在于正常组织，在组织损伤或应激时可启动血管生长，这一过程先于炎细胞募集和维持新血管生成的其他因子的上调过程。感觉神经激活诱导的急性炎症被称为“神经性炎症”；同样，感觉神经激活诱导的血管形成被称为“神经性血管形成”〔25〕。动物实验证实，神经肽在急性滑膜炎病理过程中具有促血管形成作用，而神经肽受体拮抗剂对新血管形成具有抑制作用〔26〕。研究发现，抑制新血管形成有助于缓解滑膜炎性反应，提示早期血管形成可能是滑膜炎持续存在的一个关键因素〔27〕。

神经生长是由多种神经生长导向分子相互作用介导的，包括信号素及其受体神经素、丛状蛋白、导素和神经导向因子slit-robo家族信号分子等〔28〕。信号素是研究最多的一种神经导向分子。信号素对神经末梢的作用是通过两种相互作用的受体家族介导的，分别是神经素和丛状蛋白。信号素3A、3C和3F对神经生长具有抑制作用；信号素3A与神经素-1〔29〕结合抑制感觉神经元生长，信号素3C和3F与神经素-2〔30〕结合抑制交感神经元生长。信号素3C、3F和人同源小鼠信号素3E在正常人和OA患者的滑膜组织均有表达〔30,31〕，信号素3A可由内皮细胞和巨噬细胞表达〔28〕。信号素受体神经素-1和神经素-2均被证实存在于OA滑膜〔31〕。

此外，高度多向性生长因子也可刺激神经生长和存活，如VEGF、肝细胞生长因子(HGF)和神经生长因子(NGF)，这些生长因子都具有促血管生成作用〔31,32〕。信号素和VEGF165通过相互拮抗的自分泌途经调节血管生成〔28〕。神经素-1可作为VEGF165的共受体，促进VEGF165与VEGF受体(VEGFR)2相互作用，进而促进血管形成〔33〕。滑膜炎中，滑膜血管密度增大的同时还伴随着VEGFR2及神经素-1的表达上调〔34〕。内皮细胞信号素3A与神经素-1的结合可抑制VEGF诱导的VEGFR2激活，进而抑制新血管形成。由此可见，信号素不仅具有抑制神经生长作用，也具有抑制血管形成的作用。此外，信号素及其受体还可调节非神经细胞的功能。神经素-1在滑膜成纤维细胞的表达可抑制滑膜入侵〔35〕，在OA软骨的表达可介导VEGF引发的MMP的表达〔36〕。信号素3A和3F在肥大软骨细胞的表达进一步表明其在软骨内成骨中的潜在作用〔37〕。调节T细胞也可表达信号素3A和神经素-1，其中信号素3A的高表达可抑制炎性反应，这可能与其上调IL-10表达及下调IL-17表达有关〔38〕。NGF可通过作用于酪氨酸受体激酶(Trk)A发挥促血管生成作用〔32〕，OA骨软骨连接处血管新生的同时伴有NGF的高表达，关节腔注射NGF可增强OA大鼠痛性行为反应。这些均表明血管生成及伴随感觉神经的生长可能是OA关节痛的一个重要因素。

综上，在OA进程中，关节滑膜、骨软骨连接处和半月板血管生成增多，导致关节软骨深层发生骨化及骨赘形成。OA促血管生成因子与抗血管生成因子均可上调，但血管生成占据主导地位，关节软骨抗血管生成能力减弱。发生在骨软骨结合部的血管生成破坏了该处结构。炎性反应通过巨噬细胞浸润促进滑膜血管生成。VEGF、神经肽和NGF等促血管生成因子大量释放，并通过共同途径引起血管与神经的异常生长。由于感觉神经沿着新生血管生长，最终穿透非钙化的关节软骨，骨赘及半月板。因此，血管生成加快了OA关节结构的破坏进程并引起关节疼痛，这为OA治疗靶点提供了新的思路。

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〔2014-03-15修回〕

(编辑杜娟)