賞后來綜述，郭 亭，趙建寧審校

0 引 言

目前對OA的實驗室診斷研究熱點是體內(nèi)各種酶以及細胞因子等在疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用，通過檢測患者外周血液或關(guān)節(jié)液等其他體液中的相應(yīng)酶或細胞因子等作為輔助指標早期發(fā)現(xiàn)并診斷OA。本文介紹目前認為較有價值的新的診斷OA的實驗室指標。

1 蛋白酶

在OA發(fā)生發(fā)展過程中，細胞外基質(zhì)的降解超過合成，導(dǎo)致了軟骨基質(zhì)總量減少和關(guān)節(jié)軟骨破壞。此過程主要是由蛋白酶活性升高所致。蛋白酶在炎癥性細胞因子介導(dǎo)下在關(guān)節(jié)軟骨與滑膜中高表達，引起關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)膠原纖維網(wǎng)及蛋白多糖降解，最終導(dǎo)致軟骨的退行性變。

研究認為蛋白酶中最重要的是基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)。MMP是酶活性依賴鋅離子的蛋白酶超家族，目前已發(fā)現(xiàn)20余種。根據(jù)作用底物不同，可分為膠原酶(MMP－1、8、13)、基質(zhì)溶解素(MMP－3、7、10、11)及明膠酶(MMP－2、9)等亞族。此外，金屬彈性蛋白酶(MMP－12)和膜Ⅰ型金屬蛋白酶(MMP－14)也屬于 MMP 成員［1］。

多種MMP對關(guān)節(jié)軟骨細胞外基質(zhì)有降解作用，使關(guān)節(jié)軟骨腫脹，抗外力作用下降，最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨進行性破壞。關(guān)節(jié)軟骨細胞外基質(zhì)主要成分為Ⅱ型膠原，其次為蛋白聚糖。MMP－1、8、13、10、7 等可使Ⅱ型膠原變性裂解，繼而被MMP－2和MMP－9進一步降解。OA滑膜和軟骨細胞都有高表達的MMP－1和 MMP－3，而組織源性金屬蛋白酶抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)增加甚少，呈現(xiàn)MMP/TIMP失衡，導(dǎo)致軟骨降解增加。軟骨破壞的嚴重程度與MMP/TIMP的比值呈正相關(guān)［2］。

班吉鶴等［3］用蛋白芯片檢測骨關(guān)節(jié)炎患者血清及關(guān)節(jié)液中MMP－13含量，發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液中熒光強度明顯高于血清，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。檢測MMP的水平可用于評估其對關(guān)節(jié)軟骨的破壞作用，近年來更側(cè)重于研發(fā)針對MMP的抑制藥物，從而延緩關(guān)節(jié)軟骨的破壞。針對MMP在OA關(guān)節(jié)軟骨破壞中的作用，已研發(fā)了一些抑制MMP的藥物。四環(huán)素族抗生素等傳統(tǒng)藥物經(jīng)動物試驗顯示亦具有抑制軟骨破壞和緩解病情的作用［4］。

2 細胞因子

關(guān)節(jié)軟骨主要是由軟骨細胞和細胞外基質(zhì)所組成。生理狀態(tài)下，軟骨細胞在合成與分解代謝之間保持平衡，并調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)及其功能。但在OA患者中，軟骨細胞的合成與分解代謝失去平衡，降解代謝高于合成代謝，出現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨的凈丟失，此過程主要是由于細胞因子的表達失控所致［5］。

細胞因子多由滑液、滑膜及軟骨細胞釋放，大致可分成3大類，即促分解性細胞因子、促合成性細胞因子和調(diào)節(jié)性細胞因子。這些細胞因子可上調(diào)OA軟骨中多種MMP的表達，是OA軟骨降解時重要的前炎癥因子，其平衡決定軟骨損傷的嚴重程度［6］，各種細胞因子通過不同的受體、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，將生物化學(xué)信號傳遞給各種轉(zhuǎn)錄因子，參與對 MMP表達的調(diào)控，引起關(guān)節(jié)軟骨的破壞。

在OA發(fā)病過程中，以促分解性細胞因子的作用最為重要。其中，白細胞介素－1(IL－1)和腫瘤壞死因子－α(TNF－α)是最重要細胞因子［7］。

IL－1可通過刺激滑膜細胞產(chǎn)生膠原酶和酪蛋白酶［8］，刺激軟骨細胞產(chǎn)生 MMP，抑制 TIMP－1 的產(chǎn)生。IL－1還有快速強大的促炎癥作用［9］。此外，IL－1還可通過人軟骨細胞中的IL－6介導(dǎo)抑制蛋白聚糖(proteoglycan，PG)的合成，也可通過內(nèi)源性一氧化氮的介導(dǎo)抑制 PG的合成及軟骨細胞的增生［10］。有研究者用 IL－1 受體拮抗劑(IL－1 receptor antagonist，IL－1Ra)抑制 IL－1 來治療骨性關(guān)節(jié)炎，動物實驗結(jié)果表明將hIL－1Ra基因轉(zhuǎn)入兔或狗膝關(guān)節(jié)組織細胞中可有效減少軟骨損傷［11］。對這些細胞因子和蛋白酶同時進行檢測可用于OA的診斷并判斷其進程發(fā)展用。

3 組織結(jié)構(gòu)性成分

除上述蛋白酶及細胞因子外，OA患者所有構(gòu)成關(guān)節(jié)的組織，包括軟骨、滑膜、軟骨下骨等結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在均可能發(fā)生改變。通過檢測這些組織中相應(yīng)的成分的變化可為OA的早期診斷提供更多的依據(jù)。

3.1 Ⅱ型膠原 關(guān)節(jié)軟骨的基本成分是軟骨細胞和細胞外基質(zhì)，其中軟骨細胞僅占1%，而細胞外基質(zhì)占99%?；|(zhì)中以Ⅱ型膠原纖維為主，還有少量Ⅵ型及Ⅺ型膠原?；|(zhì)中30%為糖氨聚糖，主要成分為硫酸軟骨素及硫酸皮膚素等［12］。

Ⅱ型膠原的降解產(chǎn)物α鏈和Ⅱ型膠原端肽均可進入體液。其中Garnero等［13］用免疫組化法測定OA患者的尿液后發(fā)現(xiàn)，Ⅱ型膠原的降解產(chǎn)物C末端肽的含量與軟骨受損程度相關(guān)，可以作為軟骨受損的指標。同時OA患者軟骨組織的變性、破壞可導(dǎo)致Ⅱ型膠原解螺旋，暴露抗原決定簇。由此可針對這些抗原決定簇制備抗體直接檢測膠原纖維的破壞程度。如col2－3/4 m抗體能特異性識別變性的Ⅱ型膠原遠3/4片段的COOH端。除了Ⅱ型膠原外，軟骨基質(zhì)蛋白多糖代謝產(chǎn)物硫酸角質(zhì)素(keratan sulfate，KS)含量也能反映軟骨的破壞情況。目前已研制出針對硫酸角質(zhì)素抗原決定簇的2種抗體5－D－4和 AN9P1［14］。

3.2 葡糖氨基聚糖(glucose amino glycon，GAG)PG是由蛋白質(zhì)和糖胺聚糖以共價鍵連接所構(gòu)成的復(fù)合糖，是結(jié)締組織主要成分之一，由結(jié)締組織特化細胞或纖維細胞和軟骨細胞產(chǎn)生。其主要功能是作為結(jié)締組織的纖維成分(膠原和彈性蛋白)埋置或被覆的基質(zhì)，也可當作墊組織使關(guān)節(jié)滑潤。PG由核心蛋白和GAG側(cè)鏈以共價連接形成，PG單體再與透明質(zhì)酸(hyaluronic acid，HA)以非共價連接形成聚合體［15］。GAG占PG相對分子質(zhì)量的90%以上，是PG的決定性功能基團。研究認為GAG更能反映PG轉(zhuǎn)化的參數(shù)［16］。

GAG的生理功能為調(diào)節(jié)細胞的增生與分化、細胞與基質(zhì)間連接、大分子物在細胞間擴散的調(diào)節(jié)、細胞與細胞間相互作用介導(dǎo)、局部炎癥反應(yīng)中的細胞因子產(chǎn)物的調(diào)節(jié)及細胞因子黏附等。在OA的病理過程中，有多種機制參與 PG的破壞過程。首先是機械因素，過度的應(yīng)力集中使軟骨細胞的表型改變［17］，導(dǎo)致PG代謝的異常增加，早期合成多于分解。隨著細胞功能的喪失，PG的分解大于合成，最終PG大量丟失。此外許多酶類參與PG的降解過程，主要包括金屬蛋白酶家族和軟骨蛋白多糖酶。酶作用的結(jié)果是直接導(dǎo)致 PG的降解，同時也激活某些細胞活性因子，這些小分子蛋白通過復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，直接或間接地促進PG的降解［18］。

衛(wèi)曉恩等［19］用 Alcian－blue法測 GAG 總量，證實OA時關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)中所含PG的量與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變有一定相關(guān)性，并隨病變的程度不同而變化。

3.3 軟骨寡基質(zhì)蛋白(cartilage oligomeric matrix protein，COMP)COMP是透明軟骨的重要組成成分，主要由軟骨細胞和滑膜細胞分泌。其C端球狀區(qū)可以連接Ⅰ、Ⅱ和Ⅸ型膠原，提示其可能參與調(diào)節(jié)纖維結(jié)構(gòu)和維持膠原蛋白網(wǎng)的完整性。COMP的生物學(xué)功能尚不明確。最初認為COMP具有軟骨特異性，表達于軟骨細胞周圍的基質(zhì)中。但近年研究表明，COMP在所有關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中均有表達，包括韌帶、半月板、肌腱、滑膜。此外，視網(wǎng)膜和血管平滑肌細胞內(nèi)也能表達COMP。

Saxne等［20］也發(fā)現(xiàn)COMP有綁定Ⅱ型膠原和維持關(guān)節(jié)軟骨膠原網(wǎng)穩(wěn)定的作用。Geng等［21］研究表明，缺乏 COMP的小鼠呈現(xiàn)明顯早發(fā) OA癥狀，且嚴重程度高，但COMP對Ⅱ型膠原所致自身免疫無影響。Hashimoto等［22］也發(fā)現(xiàn)COMP突變可以阻礙軟骨細胞正常的分泌過程，而且表達突變COMP的軟骨細胞凋亡率較高。Gagarina等［23］認為，COMP可以上調(diào)凋亡蛋白抑制因子，保護軟骨細胞，阻止細胞凋亡發(fā)生。

關(guān)節(jié)軟骨損傷后，COMP首先釋放入滑液中，然后進入血液。血清和關(guān)節(jié)液中COMP水平可反映關(guān)節(jié)軟骨的降解破壞程度和滑膜炎的炎癥程度［24］。最初的研究顯示，血清中COMP水平升高與骨關(guān)節(jié)炎的影像學(xué)進展呈正相關(guān)［25］。新近的研究證實，在OA早期血清中COMP水平即明顯升高，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的血清中COMP變化程度與OA相比不顯著［26］。由于COMP只在關(guān)節(jié)內(nèi)高表達，有明顯的組織特異性，因此作為關(guān)節(jié)損傷標志物已日益受到重視。Salminen等［27］在鼠骨關(guān)節(jié)炎模型中觀察到關(guān)節(jié)滑液COMPmRNA表達上調(diào)。COMP不僅反映組織分解加速，也反映軟骨和滑膜新近合成率增加。但是COMP的測定受多種因素的影響，如性別、年齡、種族、遺傳、運動、生物節(jié)律、進食、創(chuàng)傷等。故在臨床實際應(yīng)用時影響因素較多，檢測結(jié)果可能并不能完全反映病情的真實情況。

4 總結(jié)與展望

迄今為止，OA早期的實驗室診斷依然是臨床工作的難點，尚無準確的特異性指標。隨著分子生物學(xué)研究的發(fā)展，上述各項指標的臨床意義將會更加明確，可能發(fā)現(xiàn)若干項指標聯(lián)合檢測對OA有診斷意義，使OA能夠早期診斷和治療，有助于延緩病情進展、提高患者生活質(zhì)量［28－29］。

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