关节内补体激活参与骨性关节炎的发生发展

何芸 综述 陆巍 审校

(1.贵州医科大学2017级硕士研究生，贵州 贵阳 550004；2.贵州医科大学附属医院疼痛科，贵州 贵阳 550004)

骨性关节炎(OA)是以关节软骨的缺失和软骨下及边缘骨质增生为病理特征的慢性关节退行性变[1]，临床表现以疼痛和僵硬为主，多见于中老年人，是引起中老年人慢性关节疼痛的主要原因[2]。据美国的调查数据显示，OA是导致50岁以上男性丧失工作能力的第2号杀手，仅次于心血管疾病[3]。OA作为一个世界性的健康难题，其发病机制及相关治疗方案的研究一直受到人们广泛关注，但其发病机制确难以明确，也缺乏满意的治疗方案。随着免疫学和分子生物学的飞速发展，对OA发生发展的认识除宏观病理表现相关研究外，也逐渐转向微观的炎症因子表达，缺氧诱导因子(HIF)失衡，及补体激活等领域。早在数十年前就曾有学者[4]发现在半月板撕裂和软骨变性的OA患者的滑膜上存在补体系统的高表达。研究[5]证实OA患者受损关节滑膜及软骨组织的转录组学及蛋白组学分析发现C5、C3以及MAC的表达异常增高。这进一步说明，补体系统可能参与OA的发生发展，在其发病机制中扮演重要角色，可能是OA治疗的潜在靶点。

1 补体系统简介

补体系统由30多种等离子和膜结合蛋白组成，属于固有免疫的一部分，补体系统激活过程中产生的多种活性物质对于补体系统发挥其生物学功能具有重要意义，主要导致炎症细胞的募集和激活，微生物的调理和吞噬作用，清除免疫复合物以及靶细胞的直接裂解。其活化主要经3个途径：经典途径、MBL途径及旁路途径，其活化的过程是一个酶促级联反应，会形成瀑布性效应，这3条活化途径中存在着共同通路，它们在激活C3这一环节汇合，C3被C3转化酶裂解成C3a和C3b，C3a游离于液相，C3b与C4b2b结合形成C5裂解酶裂解C5，C5b接着通过招募下游补体蛋白形成攻膜复合物(MAC)[6]。MAC是一个中空聚合体可插入靶细胞膜脂质双分子层形成联通靶细胞膜内外的孔道，该孔道允许小分子和离子通过，引起细胞内环境稳态破坏，最终导致靶细胞死亡。然而，目前人们认识到补体系统的生物学意义不仅止于识别外来物质和杀伤异常细胞，其是一个高度复杂的生物反应系统，是连接固有免疫与适应性免疫的重要桥梁。当它被过度或不适激活，同样会损伤自身正常细胞及组织，引起类风湿关节炎、老年性黄斑变性、多发性硬化症、缺血再灌注损伤等疾病[7]。在补体系统激活期间，会释放多种炎性裂解产物，它们与其各自的过敏毒素受体结合，介导一系列炎症相关反应：增加血管通透性；诱导肥大细胞释放组胺；收缩平滑肌细胞；通过间充质基质细胞(MSC)合成血管生成因子；趋化嗜中性粒细胞，嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞聚集于炎症部位，发挥吞噬作用，调控细胞凋亡[8]。

2 补体激活对OA的影响

在OA中，软骨重构和修复失调引起的细胞外基质成分的释放或暴露可以激活补体，如粉碎的软骨碎片、软骨蛋白聚糖等[9-10],当然骨寡聚基质蛋白和软骨纤维调节素在之前就被证明可以激活补体从而引起关节内炎症反应，加重OA的发生发展[11]。Q.Wang等[5]研究中发现，无论是C5-还是C5+的小鼠，内侧半月板失稳术(DMM)造模后都可能会导致骨性关节炎的产生，不过在手术后的第16周，C5-型小鼠中软骨缺失、骨赘形成和滑膜炎都比C5+少得多，相比之下，由于半月板切除而导致骨性关节炎的小鼠并不会因为C3的敲低而受到明显影响，这可能是因为凝血因子介导的补偿机制在C3-小鼠中起作用，使C5能够继续激活，从而产生补体级联放大反应，其实在OA早期就发现了补体系统的存在，在OA晚期，发现OA滑液中和软骨细胞周围都有MAC的出现，MAC还会把基质金属蛋白13(MMP13 )和细胞外调节蛋白激酶(ERK)局限于软骨细胞周围，CD59a作为MAC的抑制分子，缺乏CD59a的小鼠形成的骨性关节炎和滑膜炎要比同窝出生的正常小鼠的更严重。MAC不仅会增加骨性关节炎相关基因的软骨细胞的表达：编码软骨细胞退化酶的基因(MMPs、分裂素和金属蛋白酶),炎性因子(趋化因子2、集落刺激因子1和趋化因子5)和环氧合酶2。MAC同样可以诱导补体效应的表达，软骨细胞产生的补体可能协同滑膜源性补体放大OA致病反应。由此可见，补体系统在OA中占据重要位置，MAC可能在溶菌和损伤细胞的同时也可以驱动促炎因子和降解酶的表达，导致软骨细胞损伤，促进关节损害。

3 补体激活促进关节内炎症介质的释放

研究[12]显示OA患者关节滑液和损伤的关节组织中存在有可溶性炎症介质(包括细胞因子和趋化因子)的浓度增加。而关节内补体的激活正可导致这些可溶性炎症介质的产生和释放。其中，白介素(IL)-1β和肿瘤坏死因子(TNF)-a是参与OA发展过程的2个重要促炎因子。这两个细胞因子是由软骨细胞、单个核细胞、成骨细胞和滑膜组织产生的，可诱导大量炎症因子和分解物质的产生，例如IL-6、IL-8、单核细胞趋化蛋白-1、趋化因子CCL5。IL-1β和TNF-a还可通过刺激软骨细胞释放各种金属蛋白酶，如MMP-1、MMP-3、MMP13以及聚蛋白多糖酶(ADAMTS)等促进软骨降解，周围骨赘形成。

4 补体与TLRs协同串扰促进OA发展

补体和Toll样受体(TLR)均为固有免疫系统的重要组成部分，关节机械负载后引起软骨破坏或细胞外基质暴露会同时激活固有免疫的这两大成员。并且，很多证据表明TLR和补体信号通路之间存在着串扰。病原体相关分子(PAMPs)如脂多糖(LPS,TLR4激动剂)，酵母聚糖(zymosan,TLR2/6激动剂)和CpG寡核苷酸(TLR9激动剂)等可以激活这两种途径，最终激发炎症反应和增强适应性免疫反应，在宿主防御中发挥重要作用[13]。补体对TLR信号传导的调节作用是由过敏毒素C5a和C3a介导的，并且涉及丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB活化[14]。C5a对TLR介导的炎性反应不仅起到正面作用，而且有研究[15]证实C5a和TLRs之间实际上存在着双向串扰，导致TLRs和C5aR介导的促炎细胞因子对感染反应协同增强。在关节损伤和患OA期间，关节滑液或组织中检测到损伤相关分子(DAMPs)浓度增加，例如警报素(HMGB蛋白，钙粒蛋白S100A8和S100A9)，软骨细胞外基质蛋白降解产物(胶原蛋白和纤粘连蛋白)和蛋白聚糖组成成分(低分子量透明质酸)，游离脂肪酸，和其他的DAMPs都表达增加。这些DMAPs通过与OA软骨和滑膜上表达的模式识别受体(PRRs)如TLR2、TLR4和晚期糖基化终末产物受体(RAGE)等结合介导信号传导，促进关节内补体激活，刺激滑膜细胞增殖，影响软骨细胞分化代谢，并诱发其他炎症和促分解代谢反应，促进滑膜炎和软骨降解的发生[16]。

5 总结与展望

OA的发病机制目前虽未明确，但已证实补体的激活在OA的发生发展中扮演重要角色。OA关节中补体的激活可通过直接损伤，促进炎症介质的释放，受DAMPs和PMPs激活后与TLRs发生协同串扰诱发关节内炎症的加重，引起滑膜炎和关节破坏。因此，综合来看，关节内补体激活过程以及与其发生串扰的TLRs在未来可能会成为骨性关节炎治疗的重要靶标，也将成为相关学者的研究重点，为骨关节炎的治疗开辟新的途径。