血友病性关节炎发病机制的研究进展

郑刘杰

血友病性关节炎 ( haemophilic arthropathy，HA ) 是由自发性关节内出血及反复关节内血肿引起，以慢性疼痛、关节损伤、生活质量下降为主要临床表现的一种衰竭性疾病，晚期以关节的纤维化变性和功能丧失为特征，受累关节多为膝、肘、踝，HA 典型的病理表现为滑膜炎、关节软骨破坏及软骨下骨破坏。在血友病患者中预防性应用 VIII因子或者 XI 因子虽可以减少关节出血的发生率，但患者仍会出现突发性关节出血，有研究表明，90% 以上的预防性患者在 40 岁前至少有一个关节出现慢性关节改变[1-4]。

最初 HA 被认为是退行性关节病而非炎性关节病，随着研究的深入，发现 HA 既与退行性关节损伤有相似点，又与炎性关节病的损伤过程存在共同之处，现有的研究表明，铁、细胞因子、血管内皮生长因子等参与了 HA 的发病机制[5-8]，但其中的机制尚未完全阐明，笔者拟从滑膜炎、软骨破坏、软骨下骨破坏以及关节纤维化四个方面对其发病机制进行阐述，旨在总结 HA 发病机制的近期研究进展。

一、滑膜炎

1. 关节出血：血友病是一种因凝血因子缺乏导致，以自发和创伤相关出血为特征的先天性出血疾病，其中以含有较多滑膜组织的肘关节、膝关节以及踝关节的出血多见，目前踝关节已经取代膝关节成为最常见的病变关节，此外，膝关节出血的频率似乎也低于肘关节，这可能与活动方式的改变相关，与此同时髋关节较少累及似乎也可以从中得到解释[9-11]。急性关节出血后，滑膜内层细胞大约需要 1 周才能将血液从关节腔清除[12]，而血友病患者关节中内皮细胞基底膜的异常重塑、凝血级联反应的起始抑制以及纤溶系统的异常亢进共同导致患者关节出血时间的延长及反复出血，造成关节腔血液量超过滑膜内层细胞的清除能力并最终导致关节内血液及其降解产物的堆积[13-15]。

Sen 等[16]研究发现关节出血会激活 NF-κB 通路，引起细胞因子、血管生成因子以及低氧调节因子的基因表达上调，导致出血关节内 IL-1β、IL-6、IFN-γ、TNF-α、VEGF-a、HIF-1α 以及 HIF-2α 含量的上升，促进滑膜增厚以及新血管形成。Sen 等推断 NF-κB 通路的激活可能存在以下途径：( 1 ) 反复的出血会增加关节腔内促炎微粒子的含量，后者可以激活刺激 NF-κB 通路；( 2 ) 血红蛋白衍生出的铁作为炎症诱导因子可以激活 NF-κB 通路；( 3 ) 铁超载时，单核细胞 / 巨噬细胞渗入滑膜，后者可通过炎症细胞因子激活 NF-κB 通路。

HA 患者关节内血液的降解产物如 eRNA、血红蛋白、血色素、生长因子和细胞因子 ( IL-1β、IL-6 )、凝血酶以及铁通过刺激 iRhom2 / TACE 通路，促使 TNF-α 进入受损关节参与炎症反应。此外 TNF-α 的释放会激活前馈回路进而促进更多 TNF-α 产生，导致信号放大，刺激iRhom2 / TACE，形成恶性循环，促使更多的 TNF-α 产生，加重炎症反应并导致骨质减少[17-18]。血浆酶、细胞因子、趋化因子和生长因子也可以通过刺激细胞增殖、介导血液的炎症反应以及促进软骨蛋白聚糖的释放导致滑膜炎以及软骨破坏[19]。

随着血液的蓄积，关节腔内的机械压力增加，导致血管受压，再加上免疫细胞的浸润以及滑膜细胞的增殖会进一步加重组织对氧气的需求，导致出血关节处的低氧环境[20]，而低氧会激活 HIF 通路进而诱导炎症、血管生成、细胞迁移和软骨破坏，抑制滑膜细胞和炎症细胞的凋亡[21]。

关节出血后，具有组织修复功能的单核细胞 / 巨噬细胞会在附近募集，后者参与炎症反应并产生 VEGF 促进滑膜血管增生[22]，炎症还会募集内皮细胞前体在滑膜处增殖分化并且促进已存在的血管再次出芽生长，导致滑膜血管增生[23]。另外 HA 患者滑膜组织的血管增生过程是一个由炎症、促血管生成因子共同驱动的缓慢过程，有别于普通伤口愈合中的新血管形成[24]。

2. Fe：Fe 从破坏的红细胞、滑膜细胞以及巨噬细胞对红细胞的吞噬作用中产生，以含铁血黄素、铁蛋白以及游离铁等形式参与 HA 的发病机制[25-26]。滑膜中沉积的 Fe以含铁血黄素的形式存在并通过诱发一系列调控细胞增殖、凋亡基因 ( MYC-C、MDM-2、p21CIPI、TRAIL、Fas /CD95 ) 的异常表达[20,27]，导致滑膜细胞以及内皮细胞增殖，造成滑膜肥厚以及血管增生。

Fe 会招募单核细胞 / 巨噬细胞并促使沉积的滑膜细胞产生一些炎性细胞因子如 IL-1α，IL-6，IL-1β 以及TNF-α 参与炎症反应[7]。具体机制如下：肿瘤坏死因子( TNF-α ) 可通过促进 VEGF、基质金属蛋白酶-9 ( MMP-9 )等血管生成因子的产生促进滑膜血管增生[28]，白细胞介素-1 ( IL-1 ) 通过上调 VEGF 以及 VEGF 受体在内皮细胞( ECs ) 的表达[29]，而白细胞介素-6 ( IL-6 ) 通过诱导内皮细胞 ( ECs ) 的增殖、迁移 ( 血管生成的两个主要步骤 ) 以及VEGF 的过度表达促进滑膜血管增生[30]。VEGF 作为一种介导血管增生的重要信号分子通过与其受体 VEGFR-1 以及 VEGFR-2 结合，促进滑膜血管的增生[8,31-33]。此外，上述细胞因子还与关节软骨和骨破坏的过程密切相关[34-36]，铁沉积滑膜会诱发关节滑膜中炎性细胞因子的表达增加，促进滑膜炎的发病过程[7,37-38]。

鉴于本文重点关注产业转移对能源强度收敛的影响，不仅考虑本地区产业转入或转出对能源强度的影响，同时也考虑邻近省份能源强度、经济发展水平以及产业结构变化对本地区的影响。因此，本文采用空间杜宾面板模型，具体形式如下：

二、软骨破坏

软骨是一种惰性组织，由软骨细胞以及细胞外基质组成，其中细胞外基质主要由胶原纤维和蛋白聚糖组成。其代谢更新依赖于生长因子、酶、细胞因子、氧代谢物及其天然抑制剂之间的协同作用[12-13]。由于缺乏血液供应，软骨组织需要依赖由高浓度的透明质酸、白蛋白以及吞噬细胞等组成滑膜液来提供营养。目前认为 HA 患者的软骨破坏由进入关节内的血液以及滑膜炎症共同导致，且血液对软骨的破坏早于滑膜炎症。

1. 血液：Hooiveld 等[39]研究发现：在血液的存在下，单核细胞 / 细胞巨噬细胞合成分泌的 IL-1β 会刺激软骨细胞在其周围生成大量的过氧化氢，后者通过与血红蛋白衍生出的 Fe 发生芬顿反应在软骨细胞周围生成细胞毒性很强的羟基自由基，引发软骨细胞凋亡并影响软骨基质的合成，导致软骨破坏。

关节腔积血会导致腔内机械压力增加，过度的机械载荷会破坏软骨的三维纤维网络，导致软骨损伤[32]，血液还会导致滑液中黏多糖的下降[20]。

2. 滑膜：血友病性滑膜炎会在软骨表面形成一层由巨噬细胞样、成纤维细胞样的间充质细胞以及其它炎性细胞组成的关节翳，后者通过上述细胞产生的溶胶原酶对软骨造成损伤[40-41]。

增生的滑膜可以产生炎性细胞因子、纤溶酶以及基质金属蛋白酶 ( matrix metalloproteinase，MMPs ) 等物质，介导软骨损伤[15,19,42-43]。具体机制如下：IL-1 可以通过直接诱导软骨细胞生成过氧化氢，后者与血红蛋白衍生出的 Fe发生芬顿反应在软骨细胞周围生成细胞毒性很强的羟基自由基，引发软骨细胞凋亡并间接影响软骨基质的合成，导致软骨破坏[44]，IL-1 还可以与 TNF-α 协同作用通过抑制软骨基质的合成导致软骨破坏[45-47]；NO 可以诱导软骨细胞凋亡[48]，促炎细胞因子可以通过促进 MMPs 和蛋白聚糖酶的产生对软骨产生影响；纤溶酶通过诱导软骨中蛋白聚糖的释放或通过激活 pro-MMPs 导致软骨损伤[15,49,20]，此外，纤溶酶可以通过蛋白酶激活受体 ( protease-activated receptor，PARs ) 影响细胞信号传导，导致滑膜炎和软骨退化[50-51]；MMPs 可通过降解组成关节软骨的主要蛋白成分－II 型胶原介导软骨损伤[52]。

滑膜中的沉积铁导致滑膜结构异常，引起其产生的供应软骨组织营养的滑膜液成分改变，导致软骨损伤[53]。

三、软骨下骨破坏

目前对骨破坏发病机制的认识大致可分为与出血直接相关以及其它独立机制，具体如下。

1. RANKL / RANK / OPG 通路：RANKL / RANK / OPG通路是调节骨组织生物代谢的重要通路，RANKL 是一种主要位于成骨细胞 / 基质细胞表面的跨膜配体，以结合以及游离 ( sRANKL ) 状态两种形式存在。RANKL 与位于破骨前体细胞表面的受体 RANK 结合后，促进破骨细胞的增殖成熟，导致骨吸收，OPG 作为 RANKL 的诱饵受体，与RANK 竞争结合 RANKL[54-56]，从而抑制破骨活动。

Melchiorre 等[57]研究发现：在 HA 患者滑膜组织中，FVIII-vWF 复合物的缺乏会导致 OPG 水平下降，而炎性细胞因子会促使 B 型滑膜细胞以及活化 T 细胞合成 RANKL 并导致其水平的升高，引起 RANK / RANKL / OPG 通路调节的骨代谢平衡向破骨方向倾斜，最终导致骨破坏。

一些细胞因子 ( TNF-α、IL-1、IL-17 ) 可以加强RANKL 介导的骨吸收过程[58-59]，TNF-α 一方面可以增加破骨前体细胞 ( OCPs ) 的增殖和分化；另一方面通过抑制骨髓基质细胞产生基质细胞衍生因子 ( SDF-1 )，从而增加 OCPs从骨髓中的释放并导致外周血中 OCPs 水平的升高[60-61]。

2. iRhom2 / TACE / TNF-α 通路：Haxaire 等[18]利用针穿刺损伤造成血友病性 FVIII 因子缺乏的小鼠 ( F8 - / -小鼠 ) 关节积血来进行造模实验，发现血液进入关节后可通过激活 iRhom2 / TACE / TNF-α 通路，诱导 TNF-α 的产生，后者在促进关节炎症的同时导致骨质减少，而阻断iRhom2 / TACE / TNF-α 通路可以有效的限制骨破坏。

3. 活动量下降：关节积血引起关节囊机械扩张，囊内压力的增加会压迫毛细血管和淋巴通道，导致体液循环障碍，加重由血肿引起的肿胀，触发纤维囊内的疼痛感受器，引起疼痛[10]。此外，血友病患者关节骨赘及滑膜组织厚度方面的独特退行性变化导致中枢和外周痛觉感受器的敏感性增强，引发一系列大脑紊乱，如情绪恐惧、焦虑、情绪抑郁和认知功能障碍[62-63]。以上因素共同导致机体活动量的下降，长此以往会通过减少峰值骨量和增加骨吸收进而对骨密度产生负面影响[64]。

Biere-Rafi 等[65]研究表明肥胖除可以增加 HA 患者关节出血以及活动损伤的风险外，还会引起 HA 患者的活动量减少，进而对骨代谢产生不利影响。

4. FVIII 缺乏：FVIII 缺乏导致 HA 患者体内凝血酶含量较低[66]，抑制 PAR-1 介导的成骨细胞增殖[67]。此外，Recht 等[68]研究发现，FVIII 缺乏老鼠体内两种抑制破骨细胞活性的炎性细胞因子 IL-1α 和 IL-β 水平严重下降，导致骨吸收。

5. 软骨下骨囊肿：Zhang 等[69]发现 1 例 HA 患者的股骨头样本的缺损部位填充了一块由软组织组成的囊性物，此外，Christensen 等[70]在研究是否可以通过超声和微电脑断层扫描来显示患有 HA 的 F8 - / - 大鼠关节直观结构时也发现了软骨下骨囊肿的存在，这提示软骨下骨囊肿可能是骨破坏的原因之一，但由于病例数不足限制了相关研究，具体机制尚不清楚。

四、关节纤维化

关节纤维化是 HA 患者最严重的致残性并发症，进展性纤维化导致关节挛缩和萎缩，随着疾病进展，最终导致关节运动功能的丧失。

结缔组织生长因子 ( CTGF )：作为细胞基质蛋白酶中CCN ( CYR61-CTGF-NOV ) 家族的一员，CTGF 几乎在机体所有纤维化的过程中都有所涉及[71]。Jiang 等[72]研究发现 A 型滑膜细胞在吸收血液分解产物后可以产生 CTGF，而 HA 患者反复的自发性出血导致这一过程的循环往复，引起出血关节处的 CTGF 水平持续异常，最终导致纤维性关节粘连、关节囊增厚和挛缩。此外，Jiang 等推测 CTGF的产生可能与含铁血黄素和铁蛋白的存在密切相关。

总之，HA 的发病机制是个十分复杂的病理生理过程。关节出血作为始发因素，继而引起了一系列相关细胞分子参与的级联放大反应，导致铁沉积、炎症、滑膜增生、软骨降解、新生血管生成以及纤维蛋白溶解，形成了以滑膜炎症、软骨破坏以及软骨下骨破坏为主的病理表现。滑膜炎症、软骨破坏以及软骨下骨破坏互相影响形成一种恶性循环推动疾病进展。为了解 HA 的发病机制，国内外学者已经进行了大量研究，许多研究计划也正在进行中，尽管上述各种因素参与 HA 的发生发展过程已被证实，然而确切的发病机制尚不清楚，仍须进行更多的相关研究。