T淋巴细胞在骨关节炎中作用的研究进展

陈龑，薛艳，蒋鼎，沈雪，李名，赵福涛，曹月龙

(1.上海中医药大学附属曙光医院骨伤研究所，上海 201203； 2.上海交通大学医学院附属第九人民医院风湿免疫科，上海 201999)

骨关节炎是最常见的关节疾病[1]，其病理特征包括软骨退化、骨赘形成、软骨下骨改变以及滑膜炎症等[2-3]。20世纪中期以来，骨关节炎的患病率一直居高不下[4]，在世界范围内约10%的男性和18%的女性受累，而每年新增的骨关节炎患者也呈上升趋势[5]。骨关节炎疾病负担较重，若患者得不到有效的诊治，则可能严重影响患者的生活质量，甚至导致残疾或需要进行关节置换[6]。传统研究认为，骨关节炎与个体和关节层面的因素有关，如性别、年龄、肥胖、遗传、种族、民族以及关节损伤、关节错位、关节负荷异常等[7]，但另有研究表明，骨关节炎不仅与以上因素相关，还与免疫因素相关[8]。目前已在骨关节炎患者的关节中发现了各种免疫应答细胞，如巨噬细胞、肥大细胞、自然杀伤细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞等。T淋巴细胞在机体适应性免疫环节中发挥重要作用。在疾病微环境状态改变下，被激活的T淋巴细胞产生大量细胞因子和炎症介质，T淋巴细胞与骨关节炎的发生、发展及转归密切相关[9-10]。因此，了解T淋巴细胞在疾病状态下的激活机制和干预过程，有助于找到调控T淋巴细胞的作用靶点，从而达到控制疾病进展和治疗的目的。现就T淋巴细胞在骨关节炎中的作用予以综述。

1 T淋巴细胞的作用机制

1.1T淋巴细胞与滑膜 在骨关节炎发病初期软骨碎片落入关节中，免疫细胞被激活并募集到滑膜组织产生炎症介质，如白细胞介素(interleukin，IL)-1β和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)等，因此，骨关节炎患者的滑膜组织中存在炎症因子浸润，且滑膜炎的严重程度与骨关节炎症状及疾病进展密切相关[11]。早在20世纪80年代，Lindblad和Hedfors[12]就在骨关节炎患者的软骨与滑膜交界附近区域发现了T淋巴细胞灶，而表达激活抗原的T细胞亚群也在后续的研究中逐渐被发现[13-14]。Sakkas等[15]通过免疫组织化学分析以及聚合酶链反应证实，65%的骨关节炎患者滑膜组织中有淋巴样细胞聚集，滑膜组织中可见处于各分期的T淋巴细胞，早期活化的T淋巴细胞表达CD69，中间期活化的T淋巴细胞表达CD25和CD3，晚期活化的T淋巴细胞表达CD45RO和人类白细胞抗原Ⅱ类抗原。Hsieh等[16]通过CD8+T淋巴细胞基因敲除(CD8-/-)小鼠和前十字韧带横切术(anterior cruciate ligament transaction，ACLT)手术模型发现，与ACLT组小鼠相比，第90天CD8-/-/ACLT组小鼠滑膜组织增生、肥大以及肉芽组织的增殖病变均减轻。提示滑膜组织中的T淋巴细胞与骨关节炎进展具有相关性，但具体机制目前尚不明确。有研究显示，T淋巴细胞的募集可能与酶促过程相关，学者利用酶联免疫吸附法检测培养T淋巴细胞缺失的滑膜细胞上清液发现，T淋巴细胞缺失导致基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-1、MMP-3和MMP-9水平均降低[17]。表明滑膜中激活的T淋巴细胞可诱导MMP释放、加速软骨破坏过程。

1.2T淋巴细胞与软骨 关节软骨主要由软骨细胞和细胞外基质组成，软骨基质降解是骨关节炎疾病发展的重要标志。软骨基质降解的主要过程由酶促过程介导，这一酶促过程由MMP和血小板反应蛋白解整合素金属肽酶驱动，MMP和血小板反应蛋白解整合素金属肽酶能降解软骨的主要成分(如胶原蛋白和聚集蛋白聚糖)[18-19]。Nakamura等[20]通过研究共培养人骨关节炎软骨细胞与自体T淋巴细胞发现，培养基内MMP-1、MMP-3和MMP-13水平均升高。另有研究从骨关节炎患者外周血中分离出了耐受性树突状细胞，在脂多糖刺激下，耐受性树突状细胞可以诱导T淋巴细胞分化，且耐受性树突状细胞和分化的T淋巴细胞可以协同抑制软骨细胞分泌MMP-1和MMP-13[21]。软骨细胞表面具有抗原呈递特性，可共享人类白细胞抗原、血管细胞黏附分子-1和细胞间黏附分子-1[22-23]，因此可以黏附于T淋巴细胞等其他细胞。由此推测，MMP的增加可能与软骨细胞、T淋巴细胞表面的CD和人类白细胞抗原分子介导的黏附反应相关，但目前尚缺乏进一步的体内试验验证这一观点。Shen等[24]通过研究ACLT的骨关节炎模型，发现CD4+T细胞激活可以诱导巨噬细胞炎症蛋白-1γ和核因子κB的表达，这一结论在后续敲除CD4+T淋巴细胞的B6小鼠模型中也得到了证实。由此推测，CD4+T淋巴细胞在骨关节炎发病早期被激活，并通过诱导巨噬细胞炎症蛋白-1γ表达使骨关节炎进一步发展。另外，T淋巴细胞还可通过金属蛋白酶组织抑制剂-1的持续表达调节血管生成和软骨破坏。如Hsieh等[16]通过研究敲除CD8+T淋巴细胞的骨关节炎小鼠模型发现，与野生型小鼠相比，CD8-/-骨关节炎模型小鼠软骨变性程度发展缓慢；造模第90天时检测发现，CD8-/-的骨关节炎模型小鼠关节中血管内皮生长因子、金属蛋白酶组织抑制物-1和MMP-13水平均升高。由此可见，T淋巴细胞激活后与软骨细胞发生黏附反应，并诱导相关炎症蛋白产生，导致软骨基质降解、破坏。

1.3T淋巴细胞与软骨下骨 软骨下骨由软骨下骨板和软骨下骨小梁组成。骨关节炎初期，应力导致软骨下骨小梁微骨折，这些微骨折启动了骨重塑，即成骨细胞与破骨细胞之间的动态平衡被打破，可进一步导致骨关节炎的发生、发展。T淋巴细胞在软骨下骨聚集，可能打乱骨重塑的动态偶联平衡状态。Shen等[24]研究表明，在ACLT的骨关节炎小鼠模型中，造模1个月后即发现CD4+T淋巴细胞不仅渗入滑膜，还出现在软骨下骨中。Chen等[25]通过检测50例骨关节炎患者的软骨下骨发现了肥大细胞和CD8+T淋巴细胞聚集。核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL)作为骨转换和炎症密切相关的转录因子，可影响成骨细胞功能，而活化的T淋巴细胞可过表达RANKL，高水平的RANKL侵入软骨下骨可直接影响骨吸收，导致软骨下骨代谢障碍[26]。在机械负荷异常的情况下，软骨下骨可能会发生骨髓水肿，而骨髓水肿是骨关节炎患者磁共振成像早期诊断特征，与骨关节炎患者疼痛的严重程度密切相关[27]。Zhu等[28]利用维生素D在骨关节炎中的效应研究数据对192例骨关节炎患者的炎症细胞因子进行分析，结果发现，IL-6、IL-17和IL-23等水平升高与患者骨髓水肿面积相关。Kuttapitiya等[29]利用微阵列分析对72例行关节置换的晚期骨关节炎患者的关节组织进行检测，结果发现，骨关节炎患者骨髓病变区域细胞与健康人群组织转录组的表达存在差异，骨关节炎转录组多处于细胞因子信号转导通路和T淋巴细胞活化过程。可见，T淋巴细胞参与软骨下骨病变过程，可能通过释放相关炎症因子以及核因子κB受体活化因子(receptor activator for nuclear factor-κB，RANK)/RANKL通路激活破骨细胞，影响软骨下骨的骨吸收和骨代谢功能。

2 T淋巴细胞与骨关节炎

2.1辅助性T细胞(helper T cell，Th)1/Th2比例失衡 Th1/Th2细胞是一组互相作用的效应性T细胞，其比例失衡是骨关节炎发展的因素之一。Th1细胞主要产生TNF-β、γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)和IL-2等细胞因子，而Th2细胞主要产生IL-4，IL-4可抑制Th1细胞的功能[30]。Rosshirt等[31]分析55例终末期膝骨关节炎患者的滑膜、滑液和外周血样品发现，与外周血相比，滑液中的免疫调节细胞因子(如IFN-γ、IL-2和IL-10)水平均显著升高，但IL-4水平降低，大量T淋巴细胞被极化为CD3+、CD4+和CD8+T细胞亚群，其中Th1细胞增加最为显著。Lùrati等[32]运用流式细胞术检测注射透明质酸患者外周血中Th1细胞水平，结果发现，活化的Th1细胞水平显著高于健康对照者。可见，Th1细胞在骨关节炎患者病灶中富集，且可能通过RANKL/RANK信号通路激活软骨下骨破骨细胞而加速炎症反应。Monasterio等[33]研究证实，Th1/Th2细胞比例失衡后产生的系列细胞因子通过干扰RANKL/RANK信号通路，并诱导破骨细胞形成而加速炎症反应，导致骨关节炎患者的病情进一步加重。Th1细胞分泌的IL-2和TNF-α对破骨细胞均有激活作用，其中TNF-α可延缓破骨细胞的存活，加重软骨下骨骨质破坏，骨质发生重建，进而导致新的骨赘形成[34-35]。Castrogiovanni等[36]对ACLT模型大鼠进行体育锻炼治疗，通过检测滑膜分析发现，与骨关节炎模型大鼠相比，ACLT模型大鼠的IL-4和IL-10水平均显著升高，而TNF-α和MMP-13水平降低。He等[37]发现，IL-4基因敲除的小鼠MMP-13水平降低。以上研究表明，Th1/Th2细胞比例失衡可激活破骨细胞、加速炎症反应，并导致软骨基质降解，破坏软骨细胞外稳态。

2.2Th17/调节性T细胞(regulatory T cell，Treg细胞)比例失衡 Th17细胞和Treg细胞是一对作用相反的T细胞亚群，Th17/Treg细胞比例失衡与骨关节炎的病情进展相关。Zhu等[38]收集了30例骨关节炎患者的外周血，运用流式细胞仪建立谱系亚群和单克隆抗体标记，结果显示，美国西部Ontario与McMaster大学骨关节炎指数疼痛评分与CD3+CD4+CXCR5-PD-1+T细胞和Th17细胞均呈正相关。Poursamimi等[39]研究显示，与安慰剂组(空白对照)相比，用藏红花治疗的骨关节炎患者外周血中Th17细胞的水平显著降低，但Treg细胞水平则升高。Ponchel等[40]对114例骨关节炎患者与121例健康对照者的血液进行分析发现，调整患者年龄差异后，骨关节炎患者的Treg细胞水平较健康对照者显著降低。而在骨关节炎患者的滑膜中同样发现了CD+T细胞向Th17细胞分化的现象[41]。上述研究说明，骨关节炎患者体内存在Th17/Treg细胞比例失衡，Th17细胞在骨关节炎患者中聚集可能影响骨关节炎的进展。Th17细胞主要分泌IL-17，而IL-17是炎症早期启动因子之一，具有强大的促炎效应。有研究通过检测骨关节炎患者的滑膜组织发现IL-17信使RNA高表达，且与健康者相比，骨关节炎患者滑液中的IL-17水平高于检测阈值[42]。在动物研究中，与骨关节炎模型小鼠相比，IL-17基因缺乏的小鼠软骨损伤程度更低[43]。IL-17的作用主要是促进软骨降解和破坏，其通过诱导软骨细胞趋化因子释放导致软骨变形，而IL-17与TNF-α协同作用可促进软骨破坏，进一步增加MMP释放，促进软骨基质降解；IL-17还可通过核因子κB通路致使破骨细胞活化，导致骨形成与骨破坏失衡[44-45]。而Treg细胞则可抑制Th17细胞分化，调节成骨细胞活化[46]；同时，Treg细胞还可分泌转化生长因子-β和IL-10细胞因子，抑制自身反应性淋巴细胞的功能，发挥免疫抑制作用[47]。

2.3其他T细胞亚群与骨关节炎

2.3.1Th9细胞与骨关节炎 Th9细胞是近年发现的一种新型效应CD+T淋巴细胞亚群，主要以分泌细胞因子IL-9为特征。Kundu-Raychaudhuri等[48]研究发现，在骨关节炎患者的外周血和滑液中检测到高水平的IL-9，但其水平低于类风湿关节炎患者。另有研究发现，与健康人群相比，骨关节炎患者的Th9细胞数量与血清IL-9水平均显著升高，且差异有统计学意义[40]；IL-9水平和Th9细胞数量与西安大略麦克马斯特大学骨关节炎指数评分呈正相关[42]。以上研究提示，骨关节炎患者的病情程度、关节功能情况与IL-9水平相关。IL-9在维持和增加炎症微环境中起作用，有吸引炎症细胞迁移的功能；且IL-9还可诱导T淋巴细胞、树突状细胞、肥大细胞和自然杀伤细胞增殖[49]。但目前的研究尚局限于观察水平，缺乏动物实验的验证，无法揭示Th9细胞与骨关节炎的直接关系，且Th9细胞与T细胞亚群的相互联系和特定作用也尚不清楚，仍需进一步研究。

2.3.2滤泡辅助性T细胞(follicular helper T cell，Tfh细胞)与骨关节炎 Tfh细胞是一种独立的CD4+T效应细胞亚群，通过协助B淋巴细胞的分化在体液免疫应答过程中起作用。Zhu等[38]的临床研究证实，随着骨关节炎病情的加重，西安大略麦克马斯特大学骨关节炎指数评分与Tfh细胞的表达呈正相关。Tfh细胞表面表达B细胞淋巴瘤/白血病-6，B细胞淋巴瘤/白血病-6可抑制软骨细胞周期转录功能，进而导致细胞凋亡[50]。Tfh细胞分泌的IL-21可以与干细胞因子协同刺激人类自然杀伤细胞的成熟和活化，并诱导IFN-γ及Th1细胞相关转录因子T-bet基因表达，激活记忆T细胞，增加IFN-γ的产生和细胞毒性，促进炎症因子释放，导致骨关节炎加重或促进软骨基质降解、刺激软骨细胞坏死凋亡和滑膜炎的产生[51-52]。Askari等[53]通过检测骨关节炎患者的血清发现，骨关节炎患者血清中的IL-21、IL-17和IFN-γ水平均显著高于健康对照者，间接说明了Tfh细胞与Th1细胞之间存在协同作用，但目前缺乏动物实验探讨Tfh细胞与Th1细胞相互作用的具体机制。

总之，T淋巴细胞在维持软骨、滑膜和软骨下骨组织稳态方面发挥重要作用，并影响骨关节炎的进展，具体的作用靶点和通路见图1[54]。

Th细胞：辅助性T细胞；Tfh细胞：滤泡辅助性T细胞；Treg细胞：调节性T细胞；IL：白细胞介素；TNF-β：肿瘤坏死因子-β；IFN-γ：γ干扰素；TGF-β：转化生长因子-β；MMPs：基质金属蛋白酶；NF-κB：核因子κB；RANK-RANKL：核因子κB受体活化因子-核因子κB受体活化因子配体；Bcl-6：B细胞淋巴瘤/白血病-6；OA：骨关节炎

3 小 结

骨关节炎的发生、发展是一个复杂的病理过程，不仅是简单的关节磨损，还是一种异质性关节疾病。T淋巴细胞的活化与亚群失衡贯穿骨关节炎整个病理机制，可加快软骨退化损伤，启动软骨下骨骨重塑、滑膜炎症恶化以及骨赘形成。目前尚无抑制疾病进展的治疗方法和策略，现有的治疗手段仅限于治疗疾病发作和控制进展期的症状。鉴于T淋巴细胞在骨关节炎发生、发展中的重要作用，未来应着重开展T淋巴细胞与骨关节炎方面的机制研究，以有助于进一步开发新型调节T淋巴细胞免疫药物，逆转骨关节炎病程恶化。关于免疫相关性骨关节炎的研究将为骨关节炎的早期治疗提供新思路，明确病变过程中的关键靶点和信号分子通路是未来研究的关键。