老年性骨关节炎的分子生物学机制及治疗上的展望

     骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种慢性退行性关节病变，表现为关节软骨基质崩解、滑膜肥厚增生，炎性因子分泌增多。在美国50岁以上人群中，OA的发病率位居第二位，仅次于心血管疾病，累计约2100万人，每年用于直接和间接治疗OA的医疗费约546至650亿美元。我国流行病学显示，我国总人口中OA的发病率约为4%，主要集中在老龄人群当中，在65岁以上人群中大于50%，在75岁以上人群中大于80%，每年用于治疗OA的费用超过1500亿元人民币。本文主要在分子生物学层面对OA的发病机制及治疗进展进行综述。徐州市中心医院关节骨科那键
1．骨关节炎的病因学研究
越来越多的证据证明了OA为多基因疾病。多个基因中每一对等位基因均可轻度增加OA的危险性，累积到一定程度引起OA发生。原发性OA（general OA，GOA）表现为种族性以及家族性，有研究证明OA患者的直系亲戚（父母、兄弟、姐妹、子女）中OA患病率明显高于普通人群[1]，患者的同卵孪生者中OA发病率比异卵孪生者中高 [2] 。        
     Ⅱ型胶原的基因是编码骨软骨萎缩变异基因，发生突变或其多形性与OA的发生密切相关。如胶原2A1的R75C基因突变（精氨酸75被替换为半胱氨酸）导致脊柱骨骺发育不良及早发性OA，伴轻度身材矮小，患者常因此提前行关节成形术  。编码Ⅸ型胶原(CⅨ)基因异常可引起骨骺发育不良  。血清中蛋白聚糖和I型胶原参与软骨合成，蛋白聚糖和I型胶原水平是反映软骨代谢改变的较敏感的指标，I型胶原基因突变可导致软骨合成障碍 [3] 。维生素D受体基因（VDR基因）亦参与了骨质及软骨代谢，其变异可以导致OA风险性增加。
       95%的OA滑膜细胞中7号染色体呈三倍体。三倍体滑膜细胞可使染色体7上细胞因子白介素-6（IL-6）、血小板衍生生长因子（PDGF）基因表达明显增强，从而引起IL-6、PDGF分泌增加。IL-6分泌增加可使OA滑膜细胞培养液中杂质Versican（一种细胞外基质蛋白聚糖）含量增加，而Versican等杂质是促使OA软骨降解的物质，但Versican基因并不在染色体7上，而在染色体5上。由于细胞因子对基因表达有调节作用，故推测三倍体滑膜细胞分泌的IL-6可能通过调节染色体5上杂质Versican的基因表达，促进OA的软骨基质降解。
     某些细胞因子基因的多形性与OA有关，如IL -1α，IL-1β、转化生长因子-β1（TGF-β1）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、基质金属蛋白酶（MMPs）、骨形态发生蛋白2（BMP-2）、BMP-7等，常常是单个核苷酸的多态性（SNPS）或微卫星多态性变化导致对其转录的明显影响效应。
      IL-1和TNF-α是OA 发病过程中促进分解代谢、导致OA滑膜炎症，加重OA软骨退行性变的主要的细胞因子[4,5]， IL-1和TNF-α可以增加体外的破骨性骨重吸收，激活MMPs，使软骨胶原及蛋白多糖降解加速，使一氧化氮(NO) 生成增加，加快软骨细胞凋亡 [6]。IL-1受体a 是IL-1 的抑制物，能阻断IL-1的生物活性，抑制MMPs的释放。人们还发现OA患者关节液中IL-1受体a 水平下降，其下降可能与胶原酶和酪蛋白酶活性增加有关。IL-1受体 a/ IL-1 的比值失调与软骨破坏相平行，被认为是OA形成的重要环节[7] 。加入抗TNF-α抗体可以使滑膜细胞充分减少炎性细胞因子如IL-1、IL-6等的产生。IL-10 基因转染则强烈抑制滑膜炎症对软骨的侵蚀作用(近100 %) ,但对软骨无保护作用[8]。TGF-β1在骨质修复及骨质形成中起重要作用，对软骨细胞的作用是受到机体内环境和细胞分化状态强烈影响的[9]。
      编码TGF-1信号序列的基因区域核苷酸869的胸腺嘧啶转变为胞嘧啶（TyC转变），导致TGF-β1氨基酸10位置亮氨酸与脯氨酸（LeuyPro）的替换。研究表明IL-18与前列腺素 (PG)参与了OA的发病机制。IL-18的增高可引起PG含量的增高，从而在OA的发病机制中发挥重要作用。PG降低与髋OA有显著相关性，髋OA发病年龄提前和性别差异与PG降低有关，PG可作为45岁以前尤其是轻、中度髋OA患者的监测指标[10]。

      雌激素对细胞炎性细胞因子具有直接抑制效应, 对OA 提供保护作用[11,12]，间接地抑制PG的降解，长期服用雌激素的老年女性OA的发病率显著减少[16] 。大鼠被切除卵巢后，雌激素缺乏，加速关节软骨退变，故去势大鼠可作为绝经后OA的动物模型[13] 。PDGF-BB在体内促进成骨细胞的成骨以及OA关节软骨修复 [14] 。BMP-2、BMP-7等可促进软骨细胞增殖与分化，对关节软骨基质的合成代谢起重要作用。
       有研究表明软骨细胞依赖生存的细胞外基质（ECM）降解异常是导致软骨退变的重要原因之一[15]。ECM的合成和降解处于动态平衡，由细胞合成和分泌后在细胞外基质代谢酶类的作用下降解，其中MMPs起主要作用。MMPs功能的发挥受到其特异性组织抑制因子即金属蛋白酶抑制因子（TIMPs）影响，另有报道称雌激素对MMPS mRNA 的表达有明显的抑制作用[16]。研究MMPs和TIMPs在OA中的作用，对揭示OA的发病机制有重要意义。
       骨保护素（OPG）、核因子-KB受体活化因子(receptor activator of NF-KB)、核因子-KB受体活化因子配体(receptor activator of NF-KB)，即OPG／RANK／RANKL系统是调节破骨细胞生成的基本信号系统[17]，在炎性关节炎局灶性骨侵蚀和系统性骨丢失中具有重要作用。在实验性OA模型中加入药理剂量的OPG可以抑制局灶性骨侵蚀，但并不影响滑膜炎症。OPG在TNF驱动性关节炎模型中( T细胞非依赖的) 也影响骨侵蚀 [18] ,但对滑膜炎症没有大作用, 提示其对破骨细胞的产生和功能阻断是其中的作用机制。
        对其他基因诸如肥胖基因、雌激素受体基因，抗衰老的Klotho基因、性染色体X上sedlin基因与OA易感性的关系研究也已经展开，但它们与OA易感性的确切关系尚未得到证实。
2．基因治疗
      目前传统的治疗方法疗效欠佳，随着对OA病因学研究的深入，人们尝试着从基因的角度进行干预治疗。所谓基因治疗是将能抑制软骨损坏、增加软骨合成的基因用一定的方法转移到滑膜中或关节软骨细胞中。目前，基因治疗OA的研究中所用的基因转移载体有逆转录病毒载体、腺病毒载体、HVJ 脂质体复合载体及非病毒载体等。滑膜细胞、软骨细胞或软骨母细胞等均可作为OA基因治疗的靶细胞。目前所用治疗基因有TGF-β1基因、Ⅱ型IL-1受体基因、IL-1受体a基因等。Otani 等[19] 和Makarov 等[20]1996 年分别报道了用逆转录病毒载体IL-1受体a基因转染离体滑膜细胞，再回植关节腔内，关节腔内大量表达IL-1受体a ，表达时间可长达6W，从而有效地抑制兔抗原诱导性OA的关节炎症，同时保护了关节软骨。Pelletier 等同样用逆转录病毒载体携带IL-1受体a基因，以间接体内转基因的方法，治疗狗OA模型，结果证明IL-1受体a 能在关节腔内表达，使关节腔局部IL-1受体a水平明显升高，使关节软骨病理改变及软骨基质降解受到抑制[21]。

3．展望
       新型钙离子通道TRPV5、TRPV6[22，23]对维护机体内钙离子平衡、对骨代谢起着至关重要的作用，已经成为骨代谢方面新的研究热点。在OA患者及许多实验动物骨组织中，TRPV5、TRPV6都有明显的表达量变化，有研究表明,[24]敲除TRPV5、TRPV6基因的老鼠存在明显的骨代谢紊乱和骨质疏松。另有研究表明[25]TRPV5、TRPV6基因表达量和骨质疏松程度具有年龄依赖性，随着年龄的增加表达量下降。目前对肾脏和小肠中TRPV5、TRPV6通道的研究较多，但是骨组织中TRPV5和TRPV6的表达情况仍不清楚。TRPV5和TRPV6对骨代谢是如何影响的，其在软骨细胞、成骨细胞内的具体表达特点、某些药物对TRPV5和TRPV6表达的调节机制、TRPV5和TRPV6与OA的关系、是否可以将TRPV5、TRPV6的基因用一定的方法转染到滑膜细胞、软骨细胞或软骨母细胞中使其成为OA基因治疗的靶细胞等已经成为新的研究热点。
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