TLRs 信号通路介导下相关因子对骨关节炎的干预机制

潘盛强，李 宁

（甘肃中医药大学中医临床学院，甘肃 兰州 730000）

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种常见的以关节软骨不可逆破坏、滑膜炎和破骨细胞活化为特征的慢性关节疾病[1]，其中炎症在OA 中起着关键作用，先天免疫系统是OA 炎症循环的主要贡献者[2]。研究表明[3，4]，终末期OA 患者滑液中促炎细胞因子和趋化因子水平升高。因此慢性炎症和软骨退变已逐渐成为促进OA 疾病进展的主要动力[5]，而Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）及参与其信号转导的重要跨膜蛋白，在促炎症因子、基质金属蛋白酶等导致的OA 软骨退变病理进程中起重要的介导作用[6]，已然成为寻找OA 新治疗靶点和治疗方法的切入点。近年来，越来越多的体内外实验和动物实验证明，TLRs 的表达和信号转导与OA 的发病机制紧密相关[7]。本文将从TLRs 信号通路及其介导的TLR-2 与TLR-4、IL-1、IL-6 干预OA 的机制研究进行综述，旨在为OA 的治疗提供一定的参考依据。

1 TLRs 信号通路的结构及功能

TLR 组属于先天性免疫受体，以已知配体、功能重要性和下游信号通路为特征[8]，TLR 信号通路是感染炎症期间适当激活免疫应答的助力器[9]。根据受体表达部位的不同，TLRs 可分为细胞膜受体及胞内受体。TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 及TLR10表达于细胞膜上，可以识别如微生物的结构等配体；TLR3、TLR7、TLR8 则 可 以 识 别 如 双 链DNA（ds-DNA）、单链RNA（ss RNA）等核酸分子[10，11]。研究证明[12-14]，TLR 信号中的失调紊乱不管是配体识别和结合，还是下游信号炎症因子，都会在相对免疫病理疾病中产生基础效应，如关节炎、自身免疫疾病、过敏、风湿性疾病等。而感染的初始炎症反应由病原体相关分子模式的受体介导，包括TLR。细胞表面TLR包括TLR-2 和TLR-4，其中TLR-2 结合来自原核细胞壁的脂肽，TLR-4 识别来自革兰氏阴性细菌的脂多糖（LPS）,配体与TLR 的结合启动细胞内信号传导，导致炎症基因转录[15]。此外，IL-1、IL-6 是一种广泛存在于人体的促炎分子，是炎症的启动因素，可以通过加速滑膜炎性细胞的增殖来刺激软骨细胞的异常增殖，导致机体软骨损伤、炎性加重[16]。

2 TIRs 参与OA 的作用机制

2.1 TLR2 及TLR4 研究表明[17]，TLR2 和TLR4 在OA 软骨中的表达升高。同时，TLR4 激活增加了IL-1βmRNA 的表达[18]。Wang Y 等[19]研究发现，TLR2和TLR4 缺乏一定程度会降低软骨细胞的抗氧化应激和自噬能力，这可能会由于软骨细胞功能障碍而损害软骨的内环境平衡。有文献报道[20]，成骨细胞表达TLR2 和TLR4，其中TLR4 激活可以调节破骨细胞的形成、存活和活性，可以有效预防骨密度降低对OA 对的风险。此外，TLR4 缺乏被证明在肥胖（通过高脂饮食）诱导的老年雌性小鼠OA 中具有软骨保护作用[21]，软骨的分解代谢（如基质金属蛋白酶的激活）受到TLR 介导的固有免疫反应的严格控制[22]。近年来，TLR4 在介导OA 发病的无菌炎症反应中的主要作用已被确定[22，23]。在OA 炎症和炎症诱导整个阶段，TLR4 在关节病变区的表达增加会激活触发软骨细胞的炎症和分解代谢反应，因此与OA 相关的软骨损伤密切相关[22]。TLR-4 可能是阻断OA 患者关节中damp 介导的病理过程的重要靶点。以上结果表明TLR 可能对特定的OA 表型有不同的影响。

2.2 IL-1 IL-1 作为OA 的靶点，一直是一个有吸引力的概念，它是一种高效的软骨降解诱导剂，可诱导miRNA 表达，并控制疾病相关蛋白酶（如ADAMTS5和MMP13）的生物利用度引发OA，且可诱导其他疾病相关基因[24]。其中基质金属蛋白酶组织抑制剂1（TIMP1）在OA 中明显降低，其机制主要是基质金属蛋白酶的表达和活性增加会导致大量透明OA 软骨基质降解，从而导致OA 关节内缺乏润滑和机械负荷传递不足的功能丧失[25]。研究发现[26]，IL-1 主要通过控制固有免疫过程来调节炎症，其在一定量的组织和细胞中表达合成；而OA 中一些表达水平异常的miRNA（miR-9、miR-27 等）在IL-1β 诱导的细胞外软骨基质降解的调节中发挥着重要作用，已被证明可调节炎症途径的表达，在OA 的发生和进展中发挥重要作用[27，28]。此外，IL-1 做为OA 的潜在靶点，也存在一些争议。在大多数模型中，所研究的关节炎形式更像类风湿性关节炎，而不是OA。Attur M 等[29]分析了该指标在有症状的膝关节OA 患者血浆中是否与关节炎症相关，实验结果表明IL-1Ra 血浆水平与膝关节OA 的严重程度和进展之间存在一定的因果关系，与其他风险因素无关。此外，在过去的几年里，大量的IL-1 基因多态性已经被发现[30]，IL-1本来主要被认为是经典的促炎症细胞因子，但其功能并不局限于炎症。在不同的实验样本中也有与骨骼状况关联的描述，即OA 与椎间盘退变[31，32]。因此，由于OA 是一种无生命威胁的慢性疾病，治疗周期较长，治疗效果缓慢。使用IL-1 抑制剂可能是一种新的OA 治疗方法，但仍需要进一步研究来评估IL-1 区域的基因变异与OA 之间的关联，而对靶细胞IL-1 的反应的研究，可能加速治疗研究的新策略的诞生。

2.3 IL-6 OA 软骨、滑膜、炎症及骨的局部关节是通过其特有的经典信号和反式信号表达IL-6。IL-6 具有通过不同受体激活模式启动信号转导的独特能力，通过膜锚定IL-6（mIL-6R）发出的信号被称为经典信号，对急性期反应、造血和中枢稳态过程非常重要[33]。IL-6 反式信号主要调节促炎症事件，并与许多慢性疾病和OA 有关[33，34]。另一方面，IL-6 反式信号已被证明可促进骨形成[35]，对骨吸收和骨形成的双重作用可以通过核因子-κB 配体（RANKL）的促破骨细胞生成因子受体激活剂水平变化来激活，高水平的RANKL 促进破骨细胞的生成，而低水平的RANKL 则抑制破骨细胞的形成[36]。研究表明，OA 血清或滑膜中较高的IL-6 水平与疾病进展或软骨病理的严重程度相关[37-39]，这表明IL-6 水平可能反映了软骨损伤。当对同一患者的局部和全身IL-6 水平进行比较时，OA 滑液中的IL-6 浓度 [（119.8±193.5）pg/ml]高于血浆样本[（3.1±2.7）pg/ml][40]。还有研究表明，IL-6 诱导金属蛋白酶（MMP）-3、MMP-13和具有血栓反应蛋白基序的去整合素和金属蛋白酶（ADAMTS）酶表达，从而介导软骨退变[41，42]。此外，IL-6 可能直接参与OA 相关肌肉退行性变的过程[43，44]。在临床研究和动物实验研究中，OA 滑液中IL-6 水平在不同关节的表达也可以为相关患者提供靶向治疗参考。例如，与腕掌关节液相比，膝关节OA 患者的IL-6 水平显著升高[45]。此外，与膝关节OA 患者相比，创伤后腕关节OA 患者中检测到IL-6更多[46]，这可能是炎症与手部OA 患者的结构损伤密切相关[47-49]。在小鼠缺血性骨坏死模型中使用托西利珠单抗阻断IL-6R 可保护软骨，并显著增加骨体积[50]。此外，与正常体重患者相比，肥胖OA 患者的滑膜成纤维细胞分泌的IL-6 水平更高[51]，这表明IL-6 可能与肥胖驱动的OA 相关，可能与IL-6 在细胞代谢中起着核心作用有关[52]。

3 总结与展望

在OA 中，TLRs 信号通路具有启动细胞防御和细胞死亡的双重能力，TLRs 激活可导致促生存和促凋亡信号及相关炎性因子，这可能对健康细胞和患病细胞产生不同的相对影响，并增加OA 细胞的死亡趋势。因此，激活TLRs 信号通路介导下相关炎性因子以及明确软骨细胞凋亡在OA 中的作用已成为研究OA 疾病的关键靶向。而明确软骨细胞凋亡与OA 发病机制的逻辑性及因果联系为更加深入探讨OA 提供了方向。另外，TLRs 信号通路介导下相关的炎性因子集中在OA 病理生理学的研究，对OA 动物模型和人类软骨降解（OA 的标志性特征）的影响还有待进一步研究。将TLRs 及其相关炎性因子之间的作用研究转化为临床治疗OA 的思路以及挖掘缓解OA 的潜在靶点可能是下一步OA 新的热点方向。