酶和細胞因子在骨關節炎發病中的作用

近年來，研究人員多的注意力集中在負責骨關節炎關節軟骨的細胞外基質降解蛋白酶的鑑定。根據現代觀念，基質金屬蛋白酶（MMP）在骨關節炎的發病中起重要作用。骨關節炎患者的MMP - 膠原酶，基質溶素和明膠酶的代表水平有所提高。膠原酶是負責天然膠原，基質溶素的降解 - IV型膠原，層粘連蛋白和蛋白聚醣，azhelatinaza - 為明膠，膠原蛋白IV的降解，VH XI類型彈性蛋白。此外，它假定另一種酶的存在 - 聚集蛋白聚醣酶，其具有的屬性MMP，並且負責軟骨蛋白聚醣聚集體的蛋白水解。

人類膠原酶的關節軟骨識別三種類型的水平，從而升高在患者骨關節炎 -膠原酶-1（MMP-1），膠原酶-2（MMP-8），膠原酶-3（MMP-13）。在關節軟骨中共存三種不同類型的膠原酶表明它們各自起著其特定的作用。實際上，膠原酶-1和-2是主要定位於關節軟骨的淺表和上部中間區域，而膠原酶-3在中層和深層區域的底部被發現。此外，免疫組織化學研究的結果表明，膠原酶-3的骨關節炎水平的進展期間達到平台或者甚至降低，而膠原酶-1的電平逐漸增加。有證據表明，骨關節炎膠原酶-1主要涉及關節軟骨炎症過程，而膠原酶-3 -組織重塑。在OA患者的軟骨中表達的軟骨素-3比膠原酶-1更強烈地執行II型膠原降解。

第二組的代表的金屬蛋白酶識別為3人stromelizinovu - 溶基質蛋白酶-1（MMP-3），溶基質蛋白酶-2（MMP-10）和溶基質蛋白酶-3（MMP-11）。今天知道，只有stromelysin-1參與了骨關節炎的病理過程。在骨關節炎患者滑膜不溶基質蛋白酶-2決定的，但它是在非常小的量發現的類風濕關節炎患者滑膜成纖維細胞。在成纖維細胞附近的類風濕性關節炎患者的滑膜中也發現了溶基質素-3，特別是在纖維化區域。

在確定只有兩個組中的人類軟骨組織明膠酶 - 92 kDa的明膠酶（明膠酶B，或者MMP-9）和72 kDa的明膠酶（明膠酶A，或MMP-2）; 在骨關節炎患者中，確定了92kD明膠酶水平的增加。

不久前，另一組MMPs被鑑定出位於細胞膜表面，被稱為MMP膜型（MMP-MT）。該組屬於四種酶--MMP-MT1-MMP-MT-4。MMP-MT表達存在於人類關節軟骨中。儘管MMP-MT-1具有膠原酶的性質，但MMP-MT-1和MMP-MT-2都能夠激活明膠酶-72kD和膠原酶-3。這組MMP在OA發病機制中的作用需要細化。

蛋白酶以酶原形式分泌，被其他蛋白酶或汞有機化合物激活。MMP的催化活性取決於酶活性區域中鋅的存在。

MMP的生物學活性受特定TIMP控制。迄今為止，在人類關節組織TIMP-1-TIMP-3中發現了三種類型的TIMP。第四種類型的TIMP被鑑定和克隆，但在人類關節組織中尚未檢測到。這些分子特異性結合MMP的活性位點，儘管它們中的一些能夠與72kDa前明膠酶（TIMP-2，-3，-4）和92 kDa的明膠酶原的活性位點結合（TIMP-1和-3）。數據顯示，在MMP和TIMP之間的不平衡所產生的是可以部分地與在組織中增加的MMP活性的抑製劑的相對缺乏的OA關節軟骨。TIMP-1和-2在關節軟骨中發現，它們由軟骨細胞合成。隨著滑膜和滑液中的骨關節炎，僅檢測到第一種類型的TIMP。TIMP-3僅在ECM中檢測到。TIMP-4具有幾乎與TIMP-2和-ZINA約38％-STIMP-1幾乎相同的氨基酸序列幾乎50％。TIMP-4的其它靶細胞是負責激活的調製前明膠酶72 kD的細胞表面，這表明作為組織特異性的ECM重塑的調節中起重要作用。

控制MMP的生物活性的另一種機制是它們的生理活化。據信來自絲氨酸和半胱氨酸蛋白酶家族的酶，例如AP /纖溶酶和組織蛋白酶B分別是MMP的生理活化劑。在骨關節炎患者的關節軟骨中，檢測到尿激酶（UAP）和纖溶酶水平升高。

儘管在關節組織中發現了幾種類型的組織蛋白酶，但組織蛋白酶-B被認為是軟骨中最可能的MMP激活劑。在人類關節的組織中，檢測到絲氨酸和半胱氨酸蛋白酶的生理抑製劑。在骨關節炎患者中，抑製劑AP-1（IAP-1）以及半胱氨酸蛋白酶的活性降低。同樣地，MMP / TIMP - 絲氨酸和半胱氨酸蛋白酶和它們的抑製劑之間的不平衡，即可以解釋在關節MMP的活性增加hryashe骨關節炎患者。另外，MMPs能夠相互激活。例如，溶基質素-1激活膠原酶-1，膠原酶-3和明膠酶92kD; 膠原酶-3激活92kD明膠酶; MMP-MT激活膠原酶-3，明膠酶72kD加強這種活化; MMP-MT還激活72kD明膠酶。細胞因子可分為三組 - 破壞性（促炎症），調節性（包括抗炎）和合成代謝（生長因子）。

細胞因子的類型（根據van den Berg WB等人）

有害	白細胞介素1 TNF-α 白血病抑制因子 白細胞介素17
監管	白細胞介素4 白細胞介素10 白介素-13 酶抑製劑
合成代謝的	Msulin樣生長因子 TGF-B 骨形態發生蛋白 來源於軟骨的形態發生蛋白

破壞性細胞因子，特別是IL-1誘導的蛋白酶的釋放增加和抑制蛋白聚醣的合成和膠原的軟骨細胞。調節性細胞因子，特別是IL-4和-10，抑制產生IL-1受體拮抗劑，以提高產量的IL-1（IL-1 RA），並減少在軟骨細胞的水平和NO合酶的活性。因此，IL-4拮抗IL-1在三個方面：1）降低了生產，並防止它的效果，2）增加了生產基本“清道夫”IL-1帕的和3）降低了生產初級次級“信使»NO的。另外，IL-4降低酶組織降解。在體內條件下，用IL-4和IL-10的組合可以獲得最佳的治療效果。合成代謝因子，例如kakTFR-P，和IGF-1，並沒有真正與IL-1的產生或作用干擾，但是示出了相反的活性，例如，刺激蛋白聚醣和膠原蛋白的合成，抑制蛋白酶活性和TGF（3，也抑制酶的釋放並刺激它們的抑製劑。

促炎細胞因子負責增加關節組織中MMP的合成和表達。它們在滑膜中合成，然後通過滑液滲入關節軟骨。促炎細胞因子激活軟骨細胞，而軟骨細胞又能夠產生促炎細胞因子。在受骨關節病影響的關節中，炎症效應物的作用主要由滑膜細胞發揮。巨噬細胞類型的滑膜炎分泌蛋白酶和炎症介質。其中，骨關節病的發病機制中的最大程度“接合”IL-F，TNF-α，IL-6，白血病抑制因子（LIF）和IL-17。

促進骨關節炎中關節軟骨退化的生物活性物質

• 白細胞介素1
• 白細胞介素3
• 白細胞介素4
• TNF-α
• 集落刺激因子：巨噬細胞（單核細胞）和粒細胞巨噬細胞
• 物質P
• PGE ₂
• 纖溶酶原激活劑（組織和尿激酶類型）和纖溶酶
• 金屬蛋白酶（膠原酶，彈性蛋白酶，基質溶素）
• 組織蛋白酶A和B
• 驚悚
• 細菌脂多醣
• 磷脂酶Ag

文獻資料表明，IL-ip和可能的TNF-α是骨關節炎中關節組織破壞的主要介質。但是，它們是否獨立運作還是它們之間存在功能層次結構仍然不清楚。對動物骨關節炎的模型已表明IL-1阻斷有效地防止關節軟骨的破壞，而TNF-α的阻斷導致炎症的關節組織的削弱。在滑膜，患者的滑液和軟骨中，檢測到兩種細胞因子濃度的增加。軟骨細胞是能夠增加不僅蛋白酶（MMP和主要AP）而且次要膠原的合成，如I型和III，以及減少膠原II型和IX和蛋白聚醣的合成。這些細胞因子還刺激活性氧物質和炎症介質如PGE ₂。在骨關節炎中的關節軟骨，例如大分子變化的結果是無效的修復過程，這導致軟骨的進一步退化。

上述促炎症細胞因子調節骨關節炎中MMP的抑制/活化過程。例如，TIMP-1的骨關節炎中的水平和基質金屬蛋白酶在軟骨之間的不平衡可能由IL-IP來介導，因為研究在體外證明，增加IL-1β的濃度降低了TIMP-1和MMP的濃度由軟骨細胞合成增加。AP的合成也由IL-1β調節。刺激在體外與合成和IL-1 vyzyvet劑量依賴性增加PAI-1的合成的急劇減少AP關節軟骨的軟骨細胞。IL-1的降低的PAI-1合成的合成和刺激AP的能力對於纖溶酶激活和MMP的生成的功能強大的機制。此外，纖溶酶不僅激活其它酶的酶，它也參與軟骨的直接蛋白水解作用的降解。

IL-IP被合成為無活性前體質量31 kD的（預IL-IP），阿扎特，信號肽的切割之後，從17.5 kD的重量轉化為活性細胞因子。在關節，包括滑膜和關節軟骨的滑液組織中，IL-IP以活性形式檢測到，並且在研究在體內表現出的滑膜在骨關節炎中分泌該細胞因子的能力。一些絲氨酸蛋白酶能夠將pre-IL-ip轉化為其生物活性形式。在哺乳動物中，這種性質在僅一種蛋白酶中發現，屬於半胱氨酸aspartatspetsificheskih酶的家族被稱為IL-1β轉化酶（IKF或胱天蛋白酶-1）。該酶能夠將IL-1β前體特異性轉化為質量為17.5kD的具有生物活性的“成熟”IL-ip。IKF是一種分子量為45 kD的原酶（p45），位於細胞膜中。在酶原p45蛋白水解切割形成兩個亞基，稱為p10和p20，其特徵在於酶活性。

TNF-α也被合成為質量為26kD的膜結合前體; 通過蛋白水解切割，其從細胞釋放為具有17kD質量的活性可溶形式。蛋白水解切割通過屬於adamalysins家族的TNF-α轉換酶（TNF-KF）進行。AR Amin和合著者（1997）發現骨關節炎患者的關節軟骨中TNF-αmRNA的表達增加。

軟骨細胞和滑膜細胞IL-1和TNF-α的生物活化是通過與細胞表面特異性受體（IL-R和TNF-R）結合而介導的。對於每種細胞因子，已經鑑定了兩種類型的受體：I型和II型的IL-IP和TNF-P I（P55）和II型（P75）型。為了在關節組織的細胞中傳遞信號，IL-1PI和p55響應。I型IL-1P對IL-1β的親和力略高於對IL-1α的親和力; 相反，IL-1P II型對IL-1a的親和力高於對IL-1β的親和力。II型IL-IIII是否可以介導IL-1信號還是僅用於競爭性抑制IL-1與IL-1PI型的結合尚不清楚。在骨關節炎患者的軟骨和滑膜成纖維細胞中，發現了大量的IL-1PI和p55，這反過來解釋了這些細胞對用合適的細胞因子刺激的高度敏感性。這個過程既導致蛋白水解酶分泌增加，也導致關節軟骨的破壞。

不排除IL-6參與骨關節炎的病理過程。該假設基於以下觀察結果：

• IL-6增加滑膜中炎症細胞的數量，
• IL-6刺激軟骨細胞的增殖，
• IL-6增強IL-1在增加MMP合成和抑制蛋白聚醣合成中的作用。

然而，IL-6能夠誘導產生TIMP的，但並不影響因而生產MMPs的被認為是該細胞因子參與關節軟骨，這是通過反饋機制進行的蛋白水解降解的遏制的過程。

所述IL-6家族的另一有代表性的是LIF - 細胞因子，其通過與骨關節炎從患者獲得的，響應於刺激軟骨細胞產生促炎細胞因子IL-IP和TNF-α。LIF刺激軟骨蛋白多醣的再吸收，以及MMP和NO合成。這種細胞因子在骨關節炎中的作用尚未完全了解。

IL-17是具有IL-1樣作用的20-30kD同源二聚體，但是更不明顯。IL-17刺激靶細胞（例如人巨噬細胞）中許多促炎細胞因子的合成和分離，包括IL-ip，TNF-α，IL-6和MMP。另外，IL-17刺激軟骨細胞產生NO。像LIF一樣，IL-17在OA發病機制中的作用一直沒有研究。

無機自由基NO在OA關節軟骨降解過程中起著重要作用。與正常細胞相比，從骨關節炎患者獲得的軟骨細胞產生更多的NO，如自發的以及用促炎細胞因子刺激後。在骨關節炎患者的滑液和血清中發現高NO含量 - 誘導NO合成酶（hNOC）（負責NO產生的酶）的表達和合成增加的結果。最近，克隆了軟骨細胞特異性hNOC的DNA，確定了該酶的氨基酸序列。氨基酸序列表明與內皮和神經組織特異的hNOC具有50％的同一性和70％的相似性。

NO抑制關節軟骨ECM大分子的合成並刺激MMP的合成。此外，NO產生的增加伴隨著軟骨細胞合成拮抗性IL-1β（IL-1RA）的減少。因此，IL-1水平的升高和IL-1 RA的降低導致NO軟骨細胞過度刺激，這又導致軟骨基質降解增加。有報導稱選擇性hNOC抑製劑在體內對實驗性骨關節炎的進展具有治療作用。

天然細胞因子抑製劑可以直接抑制細胞因子與細胞膜受體的結合，降低它們的促炎活性。細胞因子的天然抑製劑可根據其作用模式分為三類。

第一類抑製劑包括受體拮抗劑，其通過競爭結合位點來阻止配體與其受體的結合。迄今為止，這種抑製劑僅用於IL-1--這是上述IL-1 / ILIP IL-1 PA系統的競爭性抑製劑。IL-1 RA塊許多，其將在關節的組織中觀察到在骨關節炎中，包括由滑膜細胞的前列腺素合成的作用，通過軟骨細胞和在內閣關節軟骨的降解生產膠原酶。

IL-1RA以各種形式被檢測到 - 一種可溶性（rIL-1PA）和兩種細胞間（μIL-1PAI和μIL-1APAP）。可溶形式的IL-1RA的親和力是細胞間形式的5倍。儘管進行了大量的科學研究，後者的功能仍然未知。體外實驗顯示，為了抑制IL-1β的活性，需要IL-1PA的濃度比正常高10-100倍，體內需要IL-1PA濃度增加1000倍。這一事實可以部分解釋骨關節炎患者滑膜中IL-1 RA和過量IL-1的相對缺失。

細胞因子的第二類天然抑製劑由細胞因子的可溶性受體表示。與骨關節病的發病相關的這類抑製劑的例子是pIL-1P和pp55。可溶性細胞因子受體通過結合細胞因子截短正常受體的形式，它們防止其結合到靶細胞的膜結合的受體，通過一個機構競爭性拮抗作用。

可溶性受體的主要前體是膜結合的IL-1PP。rIL-IP與IL-1和IL-1PA的親和力不同。因此，pIL-1PH對IL-1p具有比對IL-1PA更大的親和力，並且pIL-1PI對IL-1RA顯示出比IL-1β更大的親和力。

對於TNF還有兩種類型的可溶性受體-pp55和pp75，如可溶性IL-1受體，它們通過“剪切”（傾卸）形成。在體內，兩種受體都存在於受影響關節的組織中。討論可溶性TNF受體在骨關節炎發病中的作用。建議在低濃度下它們穩定TNF的三維結構並增加生物活性細胞因子的半衰期，而高濃度的pp55和pp75可通過競爭性拮抗作用降低TNF活性。顯然，pp75可以充當TNF的載體，促進其與膜相關受體的結合。

第三類細胞因子的天然抑製劑由一組抗炎細胞因子代表，其包括TGF-β，IL-4，IL-10和IL-13。抗炎細胞因子減少促炎症產物以及一些蛋白酶，刺激IL-1RA和TIMP的產生。