创伤性关节炎关节滑液中炎性细胞因子、氧化应激水平与免疫平衡的关系

赖俊成，刘健休，唐久阳

（深圳市龙华区人民医院创伤骨关节外科，广东 深圳 518109）

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是老年人慢性残障的主要原因，膝关节骨性关节炎是导致其活动受限和生活质量下降的最常见原因，膝骨性关节炎被认为是一种由生物力学和促炎因素共同驱动的活动性疾病过程[1]。许多促炎细胞因子可能参与创伤性关节炎的发病，创伤性关节炎患者关节滑液中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平升高[2]。促炎细胞因子与氧化应激关系密切，氧化应激反映了活性氧系统的表现或生物系统中容易解毒的活性中间体及修复损伤的能力。细胞正常氧化还原状态出现紊乱，会通过产生过氧化物和自由基而产生毒性效应，从而损害细胞的蛋白质、脂质和DNA。氧化代谢产生的氧化应激则会导致碱基损伤，以及DNA链的断裂。碱基损伤主要是间接的，由生成的活性氧物种引起，此外，一些活性氧化物质在氧化还原信号中充当细胞信使。因此，氧化应激可导致细胞信号传导的正常机制中断。而且，促炎细胞因子的增加通常伴随着氧化应激标志物水平的增加，而创伤性关节炎增加了氧化过程，降低了系统的抗氧化能力，这可降低机体的免疫平衡[3]。然而，创伤性关节炎关节滑液中炎性细胞因子、氧化应激水平与免疫平衡之间的关系尚不确定，因此，本研究选取了40例创伤性关节炎患者和10例健康志愿者，探究上述三者之间的相关性，以期为临床治疗提供理论支持。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取2019年5月至2022年5月深圳市龙华区人民医院收治的40例创伤性关节炎患者，根据患病程度[4]分为轻度组（20例）和重度组（20例），同时选择10例健康志愿者作为本研究的对照组。三组受试者一般资料比较见表1，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究获得深圳市龙华区人民医院医学伦理委员会的批准。参与研究者均签署知情同意书。纳入标准：①至少1个膝关节表现为关节炎且有明显的创伤史；②未接受任何药物的治疗；③膝关节存在明显的疼痛及功能障碍；④患者无其他身体疾病。排除标准：①膝关节炎为非创伤性的；②合并有严重的心脏、肝脏及肾脏等器官功能衰竭的患者。

表1 三组受试者一般资料比较（例/ ±s）

表1 三组受试者一般资料比较（例/ ±s）

组别 例数 性别（男/女） 年龄（岁） 病程（月）重度组 20 9/11 50.35±11.20 23.79±7.51轻度组 20 10/10 48.23±10.19 22.65±6.16对照组 10 11/9 49.01±12.36 22.79±6.52 χ2/F值 0.168 0.049 0.144 P值 0.765 0.721 0.219

1.2 观察指标

1.2.1 关节液细胞因子对患者膝关节穿刺，收集关节滑膜液，置于4 ℃低温离心机中以3 000 r/min离心处理10 min，取上清液备用。采用酶联免疫吸附法测定滑膜液中的白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的水平。

1.2.2 氧化应激水平氧化应激指标水平以1.2.1中的上清液为检测样本，采用原位末端标记法测定一氧化氮（NO）的水平；采用双抗体夹心法测定丙二醛（MDA）的水平；采用酶联免疫吸附法测定超氧化物歧化酶（SOD）和脂联素（ANP）的水平。

1.2.3 免疫平衡测定免疫平衡指标水平以1.2.1中的上清液为检测样本，采用常规的三阶段免疫过氧化物酶标记技术测定血成熟T淋巴细胞（CD3+）、CD4+T淋巴细胞（CD4+）、抑制性T细胞（CD8+）水平。

1.3 统计学分析使用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析。计量资料以(±s)表示，组间数据差异采用双侧Student’st检验，P＜0.05表明差异有统计学意义。应用Pearson相关性分析创伤性关节炎关节滑液中炎症细胞因子、氧化应激水平与免疫平衡的相关性。

2 结果

2.1 各组关节液细胞因子和氧化应激指标水平对比重度组患者关节液细胞因子水平均显著高于轻度组和对照组（P＜0.05），氧化应激指标中的NO和MDA水平显著高于轻度组和对照组，SOD和ANP水平则显著低于轻度组和对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 各组关节液细胞因子和氧化应激指标水平对比（±s）

表2 各组关节液细胞因子和氧化应激指标水平对比（±s）

TNF-α：肿瘤坏死因子-α；IL-6：白细胞介素-6；IL-1β：白细胞介素-1β；NO：一氧化氮；MDA：丙二醛；SOD：超氧化物歧化酶；ANP：心房钠尿肽。

组别 例数 TNF-α（pg/mL） IL-6（pg/mL） IL-1β（pg/mL） NO（μmol/L） MDA（mg/kg） SOD（U/kg） ANP（pg/mL）重度组 20 145.66±16.70 236.83±19.08 98.32±6.75 87.91±6.74 6.83±0.31 8.42±3.41 6.44±1.21轻度组 20 89.03±9.72 177.75±24.49 64.98±8.43 78.08±7.73 5.03±0.43 9.14±0.77 11.23±1.76对照组 10 65.73±9.03 143.25±23.41 46.13±4.59 41.23±6.79 3.29±0.27 14.36±1.28 16.67±2.11 t值 11.023 10.923 12.990 15.568 12.114 9.378 18.904 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 各组关节液免疫平衡指标水平对比重度组患者关节液免疫平衡指标CD3+、CD4+和CD8+水平均显著低于轻度组和对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 各组关节液免疫平衡指标水平对比（±s）

表3 各组关节液免疫平衡指标水平对比（±s）

CD3+：成熟T淋巴细胞；CD4+：辅助淋巴细胞；CD8+：抑制性T细胞。

组别 例数 CD3+ CD4+ CD8+重度组 20 56.65±1.87 26.12±3.65 20.42±2.88轻度组 20 72.34±3.45 42.35±4.12 26.22±3.15对照组 10 86.44±9.34 54.53±6.51 42.21±2.00 t值 8.745 12.312 10.327 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.3 炎性细胞因子、氧化应激水平与免疫平衡的相关性炎性细胞因子（r=-0.654，P＜0.001）与免疫平衡之间存在显著的负相关关系（P＜0.05）、氧化应激水平（r=0.552，P＜0.001）与免疫平衡之间存在显著的正相关关系（P＜0.05），见表4。

表4 炎症细胞因子、氧化应激水平与免疫平衡的相关性

3 讨论

创伤后关节炎是一种由骨折或脱位等损伤引起的骨关节炎。尽管其终末期与特发性OA难以区分，但许多创伤后OA患者比特发性OA患者更年轻，而且这类患者有明确的诱发性损伤。临床试验研究表明，过度的急性冲击能量或慢性机械过载会导致创伤后OA的关节面退化[5-6]。关节炎与氧化应激有关，氧化应激是一种反应性氧物质随着时间的推移而增加的情况，其原因可能是它们的产量增加、抗氧化防御能力降低，或两者兼而有之，最终意味着氧化还原信号的衰减。目前，临床认为氧化应激可能导致创伤性关节炎局部（关节环境中）和全身炎症的发生，但持续的确切机制仍有待确定。

近年来的研究发现，局部炎症包括促炎细胞因子，如白细胞介素和肿瘤坏死因子，在骨关节炎尤其是创伤性关节炎的发生和发展过程中发挥着至关重要的作用[7]。本研究结果表明，重度组患者关节液细胞因子水平均显著高于轻度组和对照组（P＜0.05），氧化应激指标中的NO和MDA水平显著高于轻度组和对照组，SOD、ANP、CD3+、CD4+和CD8+水平则显著低于轻度组和对照组（P＜0.05）。本研究结果还发现，炎性细胞因子（r=-0.654，P＜0.001）与免疫平衡之间存在显著的负相关关系（P＜0.05）。有研究指出，在早期创伤性关节炎患者的滑膜液中已检测到几种细胞因子，其中包括TNF-α和IL-6[8]。TNF-α是主要的促炎细胞因子，负责软骨内稳态向分解代谢和软骨降解的转变，它通过受体直接激活感觉神经元，增加其他促炎细胞因子如IL-6和IL-8的合成，并导致软骨基质的流失。另外，它可以诱导软骨细胞合成基质金属蛋白酶和其他蛋白酶，并通过抑制蛋白多糖和Ⅱ型胶原蛋白的合成来抑制软骨合成代谢[9]。创伤性关节炎患者的特点是炎症发作，而CD3+、CD4+和CD8+细胞免疫应答的减少会导致局部黏膜免疫调节的丧失；相反，CD3+、CD4+和CD8+细胞免疫应答也可以提供一种把关功能。

氧化应激发生在许多自身免疫性疾病中，伴随着活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的过量产生。这些活性物质的来源包括NADPH氧化酶（NOX）、线粒体电子运输链、一氧化氮合酶、亚硝酸盐还原酶和硫化氢等所产生的酶胱硫醚-β合成酶和胱硫醚γ裂解酶。超氧化物发生歧化反应生成过氧化氢，在过多金属离子（例如亚铁离子）的存在下，过氧化氢形成羟基自由基。炎症细胞中存在的髓过氧化物酶会产生次氯酸，在健康个体中，吞噬细胞产生的ROS和RNS在微生物杀灭中起重要作用。低分子量的抗氧化分子和抗氧化酶，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物酶都能去除ROS。然而，当ROS产生超过抗氧化保护时，就会发生氧化应激。一些天然和合成的基于氧化还原的治疗化合物可以作为活性物质的清除剂，或其来源的抑制剂，或内源性抗氧化系统的激活剂。本研究发现，氧化应激水平（r=0.552，P＜0.001）与免疫平衡之间存在显著的正相关关系（P＜0.05）。有报道称，氧化应激是创伤性关节炎的诱导因素之一[10]。活性氧，包括在人体生理条件下产生并被细胞抗氧化剂清除的氧化剂，会导致软骨细胞的结构和功能损伤。据报道[11]，创伤性关节炎患者的血浆和滑膜液中亚硝酸盐增加，这是NO存在的稳定分解生化标志。创伤性关节炎患者血浆中MDA水平是升高的，且创伤性关节炎患者的血浆氧化应激参数水平高于健康对照组，但血浆抗氧化参数水平较低。而氧化应激的发生会形成多种复杂化合物，从而干扰滑膜液中的免疫平衡。当致病因子侵入人体后，可导致CD3+、CD4+和CD8+细胞产生一系列细胞因子，引发一系列的免疫反应，造成组织损伤。

综上所述，创伤性关节炎患者关节滑液中炎症细胞因子、氧化应激水平与免疫平衡之间存在一定的相关性，三者可作为创伤性关节炎严重程度的预测因子。