膝关节骨关节炎患者软骨炎症因子表达与病变程度的相关性

膝关节骨关节炎患者软骨炎症因子表达与病变程度的相关性

张秋伟

齐齐哈尔市第二医院 黑龙江省 161006

摘要：60 岁以上人群中患病率达50%，75 岁人群则达80%，该病的致残率可高达53%。主要表现为膝关节（单侧或双侧）疼痛、酸胀、关节僵硬，重者站立及行走等活动功能障碍，有部分患者伴有关节肿胀、麻木等症状，病理特征一方面关节软骨变性、变薄甚至皲裂，关节间隙变窄，另一方面软骨下骨丢失，过度骨重建伴异常骨质增生，是导致中老年人下肢功能障碍的重要原因。尽管软骨细胞凋亡以及软骨下骨异常骨重建已经被证实与骨关节炎发病密切相关。

关键词：膝关节骨关节炎患者；软骨炎症因子；病变程度；

骨关节炎(OA)属中医学的“骨痹”范畴，其发病机制至今未完全探明，但近年的研究提示基质金属蛋白酶(MMPs)、白介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等软骨损伤因子在OA 的发病中起到重要作用。而组织型金属蛋白酶抑制剂

(TIMPs)等对MMPS 的活性起重要的调节作用，对于骨关节的退变有保护性作用。

对象和方法

1.对象。骨科医院行人工全膝关节置换的40例骨性关节炎患者，所有患者均自愿捐赠标本，并签署知情同意书，40例标本中男15膝，女25膝；年龄63-85岁，平均77.2岁；病程6-22年，平均11.5年。所有膝关节骨性关节炎患者的诊断均符合美国风湿病协会制定的相关诊断标准。根据Kellgren-Lawrence分级标准评价影像学骨性关节炎的分级及分组，另选6例KL分级均为1级的具有内侧间室病变和髌股关节炎行人工全膝关节置换、且中央负重区完好无病变的患者，作为对照组，其中男2例，女4例；年龄65-85岁，平均76.3岁。

2.方法。共计46个标本，大小为1.2 cm×0.6 cm×0.6 cm。将标本置于体积分数10%甲醛溶液中固定，12%中性EDTA-2Na脱钙，经梯度脱水、透明、浸蜡、石蜡包埋后作厚度为4 μm的连续切片。切片行苏木精-伊红染色采用Mankin病理评分对骨性关节炎软骨病理学改变进行组织形态学评估，并在记录后进行相关性分析。采用免疫组织化学切片脱蜡至水，0.125%胰蛋白酶37 ℃下行抗原修复20 min，用体积分数为3%的H2O2室温阻断5 min，山羊血清封闭15 min，在一抗基质金属蛋白酶3(1∶200)或金属蛋白酶组织抑制因子(1∶400)中4 ℃孵育过夜。冲洗后，分别与生物素标记的山羊抗小鼠IgG反应1 h以及链霉卵白素反应1 h，最后用含有DAB的缓冲液显色，脱水透明，中性树胶封固。

结果

基质金属蛋白酶3染色镜下观察结对照组可见软骨细胞胞质中大量棕褐色显色。骨性关节炎组基质金属蛋白酶3的表达水平均显著高于对照组。

三、讨论

OA 多发于中老年人群， 临床表现以反复关节疼痛，关节活动受限为主，极少数发展为关节畸形。其发病主要与年龄、性别、遗传、关节损伤(包括急慢性损伤)、关节疾病(多为继发性)、气候因素、饮食因素等有关。病理情况下，KOA 在上述致病因素作用下关节滑膜、软骨及其基质上发生免疫反应。炎症反应的产生与免疫细胞分泌大量炎性因子介导软骨损伤有关。骨性关节炎是一种慢性和退行性的关节疾病，是最常见的关节炎类型，通常会引起臀部、膝盖和手部的疼痛。膝关节骨性关节炎是老年人残疾和功能丧失的主要原因，年龄和肥胖是膝关节骨性关节炎的重要危险因素。关节软骨由软骨细胞和细胞外基质组成，其中软骨细胞是软骨仅有的细胞成分，软骨的代谢活动都依赖于它，而细胞外基质主要由胶原、蛋白多糖和辅助蛋白组成。软骨细胞和滑膜细胞产生的基质金属蛋白酶、白细胞介素1 和肿瘤坏死因子a 等致炎性细胞因子、炎性递质及自由基等的水平显著升高。这些炎性成分又可作用于软骨细胞、滑膜细胞及其周围组织进一步促进致炎因子的产生，终至出现软骨破坏。长期以来，软骨的退行性变化及异常代谢被认为是膝关节骨性关节炎的始发病因，随着对骨软骨功能单位研究的不断深入，发现关节软骨退变与软骨下骨重塑的协同作用在骨性关节炎进程中发挥着极其重要的作用。包括辐射层、潮线、钙化层及软骨下骨板在内的各功能单位，不仅在结构上紧密相连，更在生物学功能上相互影响、相互依赖，钙化层和软骨下骨的病变不但加快了软骨退变过程，甚至可能是骨性关节炎的始发原因。基质金属蛋白酶是细胞外锌依赖性内肽酶的大家族，其在生理和病理条件下催化细胞外基质的产生和降解，TIMPs作为基质金属蛋白酶的抑制剂起到平衡基质金属蛋白酶的作用。因此，基质金属蛋白酶和TIMPs活性的不平衡被认为是骨性关节炎进展中的关键。TIMPs是骨代谢的关键调节因子。基质金属蛋白酶3是参与软骨降解的主要基质金属蛋白酶家族成员，并且具有广泛的底物特异性，能够对Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型胶原蛋白，层粘连蛋白，蛋白多糖和纤连蛋白具有活性。此外，基质金属蛋白酶3能够激活其他金属蛋白酶。TIMP1是金属蛋白酶组织抑制因子家族成员，在人的细胞和组织中广泛表达，具有独特的分子特性和特征，已被证明在各种生物过程的调节中表现出多种活性，如细胞生长，凋亡和分化等。TIMP1作为骨中的局部细胞因子，通过抑制成骨细胞分化和诱导成骨细胞凋亡来调节骨代谢。膝骨性关节炎患者定义为至少一侧膝关节KL分级在2 级以上，此次研究分别选取KL分级为2，3，4级的骨性关节炎患者胫骨平台，与KL分级均为0级的患者作为对照，探究组织学状态及炎性因子表达与KL分级及膝关节病变程度的相关性。结果发现，骨性关节炎组基质金属蛋白酶3表达水平均显著高于对照组，并且基质金属蛋白酶3表达水平与Mankin评分存在显著的正相关性，表明随着基质金属蛋白酶3的表达增多，骨性关节炎的程度加重，因此，基质金属蛋白酶3在软骨退变、关节软骨破坏及关节功能障碍的病理变化中具有重要作用。TIMP1表达水平与基质金属蛋白酶3表达水平及Mankin评分存在显著的负相关性，表明TIMP1具有降解基质金属蛋白酶3作用，能够维持关节软骨的完整性。结果提示，骨性关节炎的病程加重会导致基质金属蛋白酶3的增多，TIMP1的减少，且随着KL分级严重程度增高，关节软骨病变也呈现加重的趋势。骨关节炎的发病率很高，特别是在老年人中，严重地影响了患者生活质量及社会生产。骨性关节炎的发病机制至今不甚清楚，深入研究骨性关节炎的发病机制是寻求有效治疗骨性关节炎的基础。骨性关节炎发病机制是一个复杂的过程，多种病理机制参与其中。在骨关节炎软骨退变的各个环节中均有细胞因子的参与，主要起促进分解代谢与骨性关节炎病变进展的有白细胞介素 1、肿瘤坏死因子、转化生长因子等，促进合成代谢及抑制骨性关节炎进展的有胰岛素样生长因子、转化生长因了等，可见关节软骨的骨性病变及自我修复过程受到许多生长因子和细胞因子的共同调节。因此，弄清这种调节的分子机制对于更深入地探讨骨关节炎发病的分子机制，对于进一步研究治疗手段和开发新药都有非常重要的意义。

综上所述，发现骨性关节炎患者关节软骨基质金属蛋白酶3和TIMP1水平都与病变严重程度相关，可用作评价膝关节骨性关节炎病程和进展的有效指标。对骨性关节炎患者基质金属蛋白酶3、TIMP1等炎性因子的进一步研究，有助于阐明骨性关节炎的发病机制并最终为改善骨性关节炎患者的预后提供新的理论依据。

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