膝关节液和血清肿瘤坏死因子与IL-1的临床意义

鲍 亮,赵 晨,刘 琮,朱 鹏,周 涛,张 兵

(西安医学院第二附属医院骨外科，陕西 西安 710038)

随着人口老龄化进程的加剧，骨性关节炎(osteoarthritis,OA)的发病率也逐渐上升，且随着年龄的增加而不断增高,OA是指患者关节软骨出现的退行性改变。其中，膝关节骨性关节炎(KOA)最为多见,其病理特征是膝关节软骨的不断退变，软骨下骨的病变，骨赘形成的退行性骨关节病变[1]。临床诊断主要是依靠患者的症状、体征以及影像学检查来判断。多数患者因疼痛、活动受限来院检查时发现已经为中晚期，膝关节功能受到严重的影响，有些到了疾病的晚期，甚至致残[2]。我们认为这主要是因为临床检查在时间上滞后于膝关节炎病变的发展。所以，早诊断、早治疗对于KOA的预防和治疗意义尤为重要。近年来，随着对OA发病机制的深入研究，发现对关节液、血液等体液中一些生化指标的检测可以反应关节腔内微环境的变化，这些指标可以反映出OA的发生发展，并对判断疾病的进程具有指导意义。经过前期指标筛选后，本研究拟选择KOA患者关节液和血清中的白细胞介素-1(IL-1)以及肿瘤坏死因子(TNF-α)这两种炎症因子，作为评估骨性关节炎进展的关键指标，系统性地分析其与关节炎的关联性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取本院2017年3月至2018年3月收治的130例KOA患者作为观察组，其中男52例，女性78例，年龄45～78岁，平均(54.4±9.2)岁，病程(6.4±4)年。患者诊断符合2003年中华医学会风湿病学会所推荐的美国风湿病学会1995年诊断标准[3],均排除慢性感染者、肝肾疾病、免疫系统疾病、结缔组织疾病、内分泌系统疾病及重要脏器严重功能障碍者。130例患者分成3组：早期KOA 56例，中期42例，晚期32例。临床分期严格根据中国中西医结合研究会风湿类疾病专业委员会(1988年4月，昆明)提出的标准[4]，即早期：受累关节肿胀以及活动受限，但X线仅提示存在骨质疏松和软组织肿胀；中期：受累关节活动明显受限制，X线显示不同程度的骨腐蚀以及关节间隙变窄；晚期：受累关节活动困难，出现畸形、强直、X线显示关节骨质严重破坏，脱位或融合。同期选择来我院进行体检者50例作为对照组，无KOA病史，膝关节影像学检查正常，与入选的KOA患者从性别、年龄上分析,一般资料比较无差异,具有可比性。

所有患者及家属对此检测化验均知情同意，对膝关节正常人群的检测化验也进行相关说明获得知情同意，且得到医院伦理委员会的批准。

1.2 样本采集与保存方法

(1)膝关节液：患者采取仰卧位，护士采用常规方法局部消毒，用2%的利多卡因2～3 mL进行局部麻醉，从股四头肌外侧缘与髌骨上缘连线交汇处作为穿刺点，进入关节腔后，抽取关节液1～3 mL(正常对照组抽取0.5 mL)，注入含有肝素的试管内，于4 ℃条件下3 500 r/min离心10 min，取上清液，置于-80 ℃保存备用。(2)血液:嘱病人空腹，早上8点采集肘静脉血2 mL，在4 ℃条件下2 500 r/min离心10 min，取上清液，至于-80 ℃保存备用。

1.3 检测指标及方法

ELISA法测定膝关节液及血清中IL-1和TNF-α。所用的试剂盒购买自武汉博士德生物工程有限公司，相对应实验步骤严格遵照试剂盒说明进行。采用双抗体夹心ELISA法，在微孔反应板上分别包被抗人IL-1单克隆抗体和抗人TNF-α单克隆抗体，加入待测标本，经过温浴使抗原抗体结合，洗去无关游离成分，加辣根过氧化物酶标记的特异性抗体，与在单克隆抗体上的人IL-1和TNF-α结合形成免疫复合物，洗去未结合的酶标抗体。加入显色剂，若反应孔中有IL-1和TNF-α会使五色的显色剂呈现蓝色，加终止液变黄色。在波长为450 nm处测OD值，通过绘制标准曲线求出标本中IL-1和TNF-α的浓度。

1.4 统计学方法

2 结 果

2.1 两组膝关节液及血清中IL-1和TNF-α含量

经过统计学分析，KOA患者膝关节液和血清中的IL-1和TNF-α明显高于对照组(P<0.01)；在疾病的早、中、晚期，IL-1和TNF-α含量均呈上升趋势，组间两两比较，差异具有统计学意义(P<0.01，见表1)。

表1 各组膝关节液和血清IL-1、TNF-α水平检测结果 (pg/mL)

2.2 KOA患者膝关节液和血清中IL-1和TNF-α水平相关性分析

膝骨性关节炎严重程度与膝关节液中IL-1和TNF-α水平存在线性关系，相关系数r分别为0.726、0.795(P<0.05)。膝骨性关节炎严重程度也与血清中IL-1和TNF-α水平存在线性关系，相关系数r分别为0.709、0.818(P<0.05，见表2)。同时，我们对KOA患者膝关节液和血清中IL-1和TNF-α分别进行相关分析，发现IL-1与TNF-α存在正相关。见图1。

表2 KOA患者膝关节液和血清中IL-1和TNF-α水平相关性分析

图1 KOA患者膝关节液和血清中IL-1和TNF-α水平相关性分析

3 讨 论

骨关节疾病中以骨性关节病最为常见，是一种致残率较高的慢性退行性疾病，主要累及膝关节，髋关节，腰部等承重部位，其中，膝关节炎占全身骨性关节炎的31%。KOA的致病因素多样，如年龄、遗传因素、肥胖、不合理的运动方式、内分泌系统疾病及其它器官脏器障碍等[5]。KOA患者普遍存在滑膜炎症状，细胞因子是参与炎症进程的重要介质之一，IL-1、IL-6和TNF-α等炎性因子均参与其中。IL-1主要是由活化的单核巨噬细胞合成与分泌，是典型的致炎细胞因子。文献报道,人的病变关节可以促进IL-1的产生[6]。IL-1可以通过刺激滑膜细胞产生胶原酶和酪蛋白酶，进而刺激软骨细胞产生间质金属蛋白酶(MMP),抑制金属蛋白酶的组织抑制剂的产生，加速软骨基质分解代谢。IL-1还可通过介导人软骨细胞中的IL-6从而抑制蛋白聚糖(PG)的合成，并可通过内源性NO介导抑制蛋白聚糖的合成以及软骨细胞的生成[7]。IL-1可作为评价臭氧联合关节腔内注射玻璃酸钠对膝骨性关节炎治疗效果及患者预后的参考指标[8]。文献报道，用IL-1受体拮抗剂(IL-1 Ra)或hIL-1Ra基因转入兔或者狗的膝关节内，可有效减轻关节软骨的损伤，证明IL-1在KOA的发生发展中起关键作用。

TNF-α来源于成纤维母细胞，巨噬细胞以及软骨细胞。其主要作用，一方面可促进成纤维细胞释放出黏附因子，接下来激活并增强血管上皮对黏附因子的表达，使得血液中白细胞与黏附分子二者结合后相互发生作用，从而参与对关节软骨的破坏。也可通过刺激滑膜细胞的前列腺素E2产生，加速对骨和软骨的侵蚀和破坏。另一方面还可刺激人软骨细胞分泌纤维蛋白溶酶激活剂，使纤维蛋白溶酶原变成纤维蛋白溶酶从而加重关节损伤，增加糖蛋白降解，提高磷酸化水平，并且产生胶原酶和其它中性蛋白酶，释放骨钙等，从而导致骨和关节软骨的破坏[9-10]。同样有研究发现，TNF-α直接参与了膝关节骨性关节炎疾病的发生[11]。TNF-α作为炎症反应的枢纽，可诱导协同IL-1加速疾病的进程。本研究发现KOA患者关节液与血清中IL-1和INF-a二者本身也存在正相关。葛满意等[12]在关节镜结合腓骨截骨治疗膝关节骨性关节炎的疗效观察中发现，术后患者TNF-α水平与较术前均明显降低。耿洋等[13]在探讨关节镜清理术联合电针治疗膝骨性关节炎(KOA)的临床疗效中发现，关节镜清理术联合电针主要通过降低IL-1和TNF-α水平减少膝关节软骨的破坏，也为本实验结果提供了相关依据。

IL-1是目前公认的最重要的炎症细胞因子之一。在关节部位，IL-1可刺激TNF-α等细胞因子的分泌[13]。本研究结果表明膝骨性关节炎患者关节液及血清中的IL-1和TNF-α均显著高于对照组。与之前Chen YJ等人的研究结果相一致[14]。随着骨性关节炎病程的进展，二者水平也相应随之升高，呈正相关，说明利用关节液与血清中的IL-1和INF-a可间接反映KOA的疾病严重程度，而且二者之间可能存在互相调控的关系。总之，KOA患者IL-1和INF-a的高表达，可能是骨性关节炎发病的重要机制之一。