引用本文： 呂慶列, 勾禹, 田發明, 張柳. 蛋白酶激活受體 2 在骨關節炎發病機制中的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(12): 1517-1522. doi: 10.7507/1002-1892.201705025 復制
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是臨床常見的慢性退行性疾病，主要特征是關節軟骨退行性改變和丟失，其退變的速度超過修復及再生的速度，同時伴有軟骨下骨損傷及滑膜炎癥[1]。傳統觀點認為 OA 與衰老、性別、應力損傷等因素有關[2]。隨著研究的深入，越來越多的證據表明該病還與代謝性和炎癥性因素等密切相關[3]。炎性因子最先產生于 OA 關節滑膜，隨后這些炎性因子經滑液擴散到軟骨，其中 IL-1β、IL-6、IL-17 和腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor α，TNF-α）與 OA 關系最密切[4]。
近年研究發現，蛋白酶激活受體（protease-activated receptor，PAR）通過影響軟骨和滑膜的炎性反應，以及軟骨基質分解與合成代謝的平衡，參與 OA 的發生和發展，其中 PAR-2 起著關鍵性作用[5-8]。現對 PAR-2 與 OA 之間關系的研究進展進行總結。
1 PAR-2 概述
PAR 屬于 7 次跨膜 G 蛋白偶聯受體家族，包含 PAR-1、PAR-2、PAR-3、PAR-4 4 個亞型，分別具有不同的 N-末端裂解位點，并具有特殊的激活機制。當 PAR 的 N 端經絲氨酸蛋白酶裂解后又產生新的 N 端，稱為系鎖配體，系鎖配體與細胞外袢相互作用激活 PAR[9]。PAR-1、PAR-3 和 PAR-4 的主要激活劑是凝血酶[10]，PAR-2 的激活劑包括胰蛋白酶、類胰蛋白酶、因子Ⅶa 和Ⅹa，以及人 PAR-2 激活肽（絲-亮-異亮-甘-賴-纈氨酸，SLIGKV）、鼠 PAR-2 激活肽（絲-亮-異亮-甘-精-亮氨酸，SLIGRL）等，其中胰蛋白酶是最有效的 PAR-2 激活劑[11]。
PAR-2 是第 2 個被發現的 PAR，Nystedt 等[12]從小鼠基因組文庫中分離出 1 個編碼 G 蛋白偶聯受體的 DNA 序列，該 DNA 序列在爪蟾卵母細胞中表達的產物在結構上雖與 PAR-1 類似，但不能被凝血酶激活，可以被低濃度的胰蛋白酶和鼠 PAR-2 激活肽（SLIGRL）激活，因此首次將其命名為 PAR-2。胰蛋白酶裂解 PAR-2 的位置為 R34↓S35LIGKV，N 端被裂解后，PAR-2 暴露出新的 N 端，即系鎖配體（SLIGKV），并與受體進行分子內結合產生跨膜轉導的信號，從而發揮系鎖配體的功能。系鎖配體激活受體是獨立進行的，不再需要蛋白酶參與[13]。暴露的系鎖配體能持續作用于受體，而 PAR-2 信號轉導是非持續性的，因此 PAR-2 具有滅活機制，以防止其過度激活。此外，當受到激活劑持續或反復刺激時，PAR-2 對激活劑的反應性下降，即受體脫敏。然而為了維持 PAR-2 對激活劑的反應性，滅活或脫敏的受體還具有恢復敏感性的機制，即復敏[14]。
目前，國內關于 PAR-2 的研究主要集中于心血管系統、呼吸道、胃腸組織等方面[15-17]。而據國外研究報道，PAR-2 在軟骨細胞、成骨細胞等骨組織[18-20]及滑膜[21]中也有表達，并且是 PAR 家族中唯一被證明參與了炎性反應過程以及包含 OA 在內骨關節疾病的成員[6, 21-23]。
2 PAR-2 在 OA 發生和發展中的作用
PAR-2 激活劑可以引起野生型小鼠發生關節腫脹和血管擴張等炎癥改變，而在 PAR-2 基因敲除小鼠關節炎模型中幾乎沒有發現類似的表現[22]，表明 PAR-2 的異常激活可以引起關節病變，有助于 OA 的發生與發展。PAR-2 的激活可以增加細胞內磷酸肌醇和鈣的含量，激活 ERK1/2 和 NF-κB 信號通路[24-25]，繼而刺激細胞增殖以及 IL-1、TNF-α、IL-6、IL-8、粒細胞集落刺激因子、血管細胞黏附分子 1、前列腺素 E2（prostaglandin E2，PGE2）等促炎因子的釋放[26-28]，同時也有基質金屬蛋白酶 1（matrix metalloproteinases 1，MMP-1）和 MMP-13 的激活[8]。
2.1 PAR-2 對軟骨的影響
Huesa 等[29]通過對 PAR-2 基因缺失型和野生型小鼠 OA 模型的研究發現，人 PAR-2 轉染可以加重小鼠軟骨的損傷以及導致骨贅形成，但未發現骨硬化，其原因可能是 PAR-2 通過直接促進軟骨增生與肥大導致骨贅的形成，表明了骨和軟骨的 OA 相關性改變有賴于 PAR-2 的作用，并受 PAR-2 的調節。此外，Milner 等[30]研究表明，PAR-2 在 OA 軟骨中是蛋白裂解酶作用的靶點，抑制 PAR-2 的表達可以有效阻斷蛋白裂解酶誘導的膠原溶解，減輕軟骨的損傷。因此，PAR-2 在 OA 進展過程中對軟骨有重要影響。
2.1.1 PAR-2 與促炎因子
目前，關于 PAR-2 在 OA 中作用的研究相對較少。然而可以肯定的是，PAR-2 在人類 OA 關節軟骨中有表達，并且其表達受促炎因子的影響[8]。
促炎因子在 OA 進展過程中發揮著關鍵作用，其中 IL-1β、TNF-α 在 OA 發病進程中的促炎作用已得到證實[31-33]。人軟骨細胞分泌的促炎因子包括 NO、PGE2、IL-1β、TNF-α、IL-6 和 IL-8[34]等，其中可以顯著增加 OA 軟骨細胞中 PAR-2 及其蛋白合成的促炎因子為 IL-1、TNF-α 以及 PGE2[8]。分泌促炎因子的軟骨細胞位于無血管無神經的軟骨陷窩內，通過自分泌和旁分泌的方式參與軟骨細胞的分解代謝，進而導致 OA 軟骨的進行性損傷[34]。因此，由 OA 軟骨細胞產生和分泌的 IL-1 和 TNF-α[35]可能會通過自分泌及旁分泌的方式，刺激軟骨細胞中 PAR-2 的表達[6]。還有研究發現，在 OA 患者滑膜液中炎性因子 IL-1 和 TNF-α 的影響下，OA 軟骨細胞表達的 PAR-2 同樣高于正常細胞[6]。在體外培養 OA 軟骨的實驗中，PAR-2 的表達也受 IL-1β、TNF-α 及 PAR-2 激活劑的影響[36]。
Xiang 等[6]研究發現，PAR-2 mRNA 是唯一在人軟骨細胞中表達的 PAR mRNA。在人軟骨細胞和體外培養的軟骨細胞中 IL-1 和 TNF-α 都可以上調 PAR-2 mRNA 的表達。然而正常軟骨細胞和 OA 軟骨細胞對 IL-1β、TNF-α 表現出不同的反應性，為了探討 IL-1β 對不同軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 表達的影響，他們用濃度為 10 ng/mL 的 IL-1β 分別刺激體外培養的正常和 OA 軟骨細胞 12、24、48 h。比較兩組細胞中 PAR-2 mRNA 的表達水平以及增長倍數，發現 OA 軟骨細胞對 IL-1β 的敏感性明顯高于正常軟骨細胞，其原因可能是損傷的 OA 軟骨受到包括炎性因子在內的諸多因子的影響。在 12 h 時，OA 軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達增加 10.5 倍，正常軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達增加 5 倍。各時間點結果顯示，IL-1β 均上調了 OA 軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達，盡管在 24 h 以后上調作用減弱。而在 IL-1β 刺激的正常軟骨細胞中，PAR-2 mRNA 的表達在 24 h 均減少。而 TNF-α 則主要上調 OA 軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達，對正常軟骨細胞中 PAR-2mRNA 的表達無顯著影響。因此可以認為 PAR-2 可能介導了 IL-1β 和 TNF-α 在 OA 發生發展過程中的促炎作用。
2.1.2 PAR-2 與代謝性細胞因子
TGF-β 既可以促進炎性細胞活化、浸潤，也可以促進血管增生、組織修復，TGF-β 表達異常會導致軟骨發生 OA 樣改變[37]。研究表明，TGF-β 可以上調正常軟骨細胞中低表達的 PAR-2，下調 OA 軟骨中過度表達的 PAR-2。更重要的是，正常軟骨細胞和 OA 軟骨細胞受 TGF-β 干預后 PAR-2 的表達量接近相同水平。這些研究結果表明 TGF-β 調節合成代謝作用的部分機制為調節正常軟骨細胞和 OA 軟骨細胞中 PAR-2 的表達。據此可知 TGF-β 具有平衡軟骨細胞中 PAR-2 的作用，增加正常軟骨細胞中 PAR-2 的表達以增加骨轉換，抑制 OA 軟骨中 PAR-2 表達來延緩軟骨退變[6]。然而 Boileau 等[8]卻得出不同的研究結果，TGF-β1 在 OA 軟骨細胞中具有促進 PAR-2 及其蛋白表達的作用，而在 OA 軟骨培養體中無此作用，原因可能是 TGF-β1 被包裹在 OA 軟骨培養體的細胞外基質中，使其無法作用于軟骨細胞。盡管各研究的結果不盡相同，但卻證明了 PAR-2 介導了 TGF-β 對 OA 軟骨退變的影響。
已有研究證明，參與 OA 早期軟骨結構改變的酶主要是 MMP[38]。在正常軟骨中，MMP 與其抑制物處于穩態，而在 OA 中這種平衡被打破[39]。Boileau 等[8]首次闡明了人 OA 軟骨細胞中激活的 PAR-2 可以促進分解代謝性因子 MMP-1 和 MMP-13 的合成，這些因子參與 OA 的發展，并且受 Erk1/2 和 p38 信號通路的調節。MMP-1 是分解骨質主要成分Ⅰ型膠原的關鍵酶[40]。MMP-13 則主要降解Ⅱ、Ⅳ、Ⅸ型膠原蛋白及蛋白多糖、骨粘連蛋白、軟骨基底膜聚糖等，這些物質都是軟骨基質的組成成分[41]。此外，呼吸道上皮細胞和前列腺癌細胞中的 PAR-2 也可能刺激 MMP 和類似于胰蛋白酶的物質產生，導致軟骨的退變[6]。
2.2 PAR-2 對軟骨下骨的影響
研究表明，PAR-2 在 OA 軟骨下骨成骨細胞中的含量明顯高于正常軟骨下骨成骨細胞中的含量，過多的 PAR-2 激活使得骨吸收程度高于骨形成，進而導致骨重建的不平衡[42]。由于 MAP 激酶 ERK1/2 和 JNK 在成骨細胞中對多種刺激的反應過程受激活的 G 蛋白偶聯受體調節[43]，因此 PAR-2 對人 OA 成骨細胞的調節作用是由 ERK1/2 和 JNK 介導的[42]。
軟骨下骨成骨細胞中激活的 PAR-2 可以增加軟骨下骨中 MMP-1 和 MMP-9 的合成，還可以誘導炎性因子 RANKL 和 IL-6 的產生[42]。MMP-9 既能以促進破骨細胞遷移的方式參與骨的吸收[44]，也能以類似于膠原酶的方式作用于膠原[45]。RANKL 和 IL-6 可以促進破骨細胞的生成與激活進而參與骨吸收[46-47]。RANKL 被認為是破骨細胞增殖分化和活化所必須的關鍵調控因子[48]。OA 軟骨下骨中 RANKL 的合成受 OPG/RANKL 的影響，OPG/RANKL 異常會增加 RANKL 的合成[49-50]，而激活的 PAR-2 對正常成骨細胞和 OA 成骨細胞 OPG 的合成沒有影響[42]，從而可以認為激活的 PAR-2 誘導 RANKL 合成增加是導致 OPG/RANKL 異常的原因。IL-6 可以作用于前破骨細胞直接促進骨吸收[48, 51]，也可以協同 PGE2 通過增加 RANKL 的水平來調節破骨細胞的分化，間接促進骨吸收[52]。因此，表明 PAR-2 參與破骨細胞調節骨吸收過程中也有 RANKL 和 IL-6 的介導[42]。
2.3 PAR-2 對滑膜的影響
滑膜炎參與 OA 發生，并且與 OA 的嚴重程度相關[53]。膝關節 OA 患者中活動性滑膜炎發生率高達 90% 以上[54]，并且增加 OA 和非 OA 軟骨的丟失，加速 OA 進展[53, 55-56]。在 OA 患者中，滑膜炎嚴重程度和 PAR-2 的表達水平密切相關[57]。
PAR-2 不僅表達于軟骨細胞[6]，也存在于滑液和滑膜細胞中[21, 23, 58]，在慢性炎癥中有廣泛作用。Tindell 等[57]研究顯示，PAR-2 的表達與滑膜厚度、單核細胞滲出有密切相關性。PAR-2 可以調節滑膜釋放促炎因子 IL-1β，進而致軟骨細胞分解代謝[59]。在 OA 患者的滑液中促炎因子 IL-1β 含量明顯升高，OA 的嚴重程度與 IL-1β 含量成正相關[58]。在炎性反應過程中，IL-1β 和 TNF-α 產生增加，不僅對軟骨細胞有作用，而且也可以誘導滑膜細胞產生其他炎性因子，比如 IL-8、IL-6、白細胞抑制因子，還可以刺激蛋白酶和 PGE2 的合成[60-61]。PAR-2 抑制劑則能減少 OA 滑膜細胞中促炎因子 TNF-α 的產生，并有劑量依賴性[57]。這也證明了 PAR-2 通過調節促炎因子的產生參與了滑膜炎發生發展。
2.4 PAR-2 與疼痛
PAR-2 基因缺失型小鼠 OA 模型與野生型小鼠 OA 模型相比，前者對傷害性刺激的敏感性降低[29, 62]，表明 PAR-2 與 OA 相關性疼痛有關，并且具有減輕 OA 相關性疼痛的作用。
Vergnolle 等[62]研究表明，PAR-2 激活劑可以刺激疼痛性神經元產生作用于初級脊髓傳入神經元的信號，引起顯著和持續的痛覺過敏。產生痛覺過敏的原因可能是疼痛性神經元中 PAR-2 激活后，導致 P 物質和降鈣素基因相關肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）局部釋放。研究發現，在 OA 動物模型脊髓中，P 物質和 CGRP 的含量均增加[63]。P 物質和 CGRP 來源于疼痛性神經元，在大鼠的背根神經節中有超過 60% 的疼痛性神經元表達 PAR-2[7]。P 物質和 CGRP 是痛覺及痛覺過敏產生所必需的物質，P 物質是一種強致痛物質，當釋放入關節滑膜組織中時可以直接激活滑膜組織中的痛覺感受器（C 類纖維），并且 P 物質的這些活性會因 CGRP 的存在而增強，兩者呈現協同作用[64]。此外，前列腺素及其 NK-1 受體還能增加脊髓背角神經元對 PAR-2 激活劑的敏感性[62]。OA 關節內釋放出的 P 物質、前列腺素可以增加神經敏感性以及使中樞疼痛通路過敏[65]，同時也增加關節外周感受器對機械痛閾的敏感性[66]，從而使正常刺激出現疼痛的感覺。
另一個關于 PAR-2 激活劑參與激活疼痛通路的證據來源于 Fos 蛋白表達的研究。Fos 蛋白作為神經性疼痛標志物，與疼痛敏化或持續狀態相關[67]，并且在脊髓水平反映傷害性刺激的有效性[68]。大鼠足底注射低于致炎劑量的 PAR-2 激活劑可以顯著增加 Fos 的表達，表明 PAR-2 激活了可以釋放 Fos 的疼痛性神經元[62, 69]。Ray 等[70]研究了狗髖關節發育不良所致 OA 模型的軟骨組織，發現狗 OA 軟骨中 c-Fos 高表達。李良軍等[71]的研究也觀察到輕中度退變的軟骨中 Fos 表達明顯增強。此外，PAR-2 還能與瞬時受體電位香草酸亞型 1（transient receptor potential vanillic acid subtype 1，TRPV1），也稱辣椒素受體，共表達于背根神經節，參與疼痛和痛覺過敏[72]。在 OA 患者滑膜成纖維細胞和軟骨細胞已經發現有 TRPV1 表達[73-74]，并且在膝關節 OA 大鼠模型初級傳入神經元中 TRPV1 的表達增高[75]。在實驗研究及臨床研究中均發現 TRPV1 參與 OA 相關疼痛的產生與傳導，并且 TRPV1 拮抗劑具有減弱 OA 相關性疼痛的作用[76-77]。由此可以認為 PAR-2 和 TRPV1 共同參與了 OA 相關性疼痛的產生與傳導。
這些研究均表明 PAR-2 通過調節致痛性物質的合成與釋放，參與包括 OA 相關性疼痛在內的疼痛產生與傳導。在 OA 治療過程中以 PAR-2 為治療靶點，不僅可以減緩其病理進展，也能緩解其疼痛反應[78]。
3 小結與展望
PAR-2 參與 OA 的發生發展已被廣泛證實。大量研究顯示，OA 軟骨、軟骨下骨及滑膜的各種生理病理變化中都有 PAR-2 參與，并且通過直接或間接途徑發揮重要作用。OA 軟骨損傷病理過程中，炎性因子的產生、細胞基質的過度降解、細胞凋亡及疼痛的產生等過程都與 PAR-2 的異常激活與信號轉導密切相關。PAR-2 的致病機制可能與這種受體驅動軟骨細胞病理性分化、增殖的作用有關。以 PAR-2 為治療靶點，其作用可能不僅在于保護 OA 關節的結構，還能緩解關節的炎性疼痛。
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是臨床常見的慢性退行性疾病，主要特征是關節軟骨退行性改變和丟失，其退變的速度超過修復及再生的速度，同時伴有軟骨下骨損傷及滑膜炎癥[1]。傳統觀點認為 OA 與衰老、性別、應力損傷等因素有關[2]。隨著研究的深入，越來越多的證據表明該病還與代謝性和炎癥性因素等密切相關[3]。炎性因子最先產生于 OA 關節滑膜，隨后這些炎性因子經滑液擴散到軟骨，其中 IL-1β、IL-6、IL-17 和腫瘤壞死因子 α（tumor necrosis factor α，TNF-α）與 OA 關系最密切[4]。
近年研究發現，蛋白酶激活受體（protease-activated receptor，PAR）通過影響軟骨和滑膜的炎性反應，以及軟骨基質分解與合成代謝的平衡，參與 OA 的發生和發展，其中 PAR-2 起著關鍵性作用[5-8]。現對 PAR-2 與 OA 之間關系的研究進展進行總結。
1 PAR-2 概述
PAR 屬于 7 次跨膜 G 蛋白偶聯受體家族，包含 PAR-1、PAR-2、PAR-3、PAR-4 4 個亞型，分別具有不同的 N-末端裂解位點，并具有特殊的激活機制。當 PAR 的 N 端經絲氨酸蛋白酶裂解后又產生新的 N 端，稱為系鎖配體，系鎖配體與細胞外袢相互作用激活 PAR[9]。PAR-1、PAR-3 和 PAR-4 的主要激活劑是凝血酶[10]，PAR-2 的激活劑包括胰蛋白酶、類胰蛋白酶、因子Ⅶa 和Ⅹa，以及人 PAR-2 激活肽（絲-亮-異亮-甘-賴-纈氨酸，SLIGKV）、鼠 PAR-2 激活肽（絲-亮-異亮-甘-精-亮氨酸，SLIGRL）等，其中胰蛋白酶是最有效的 PAR-2 激活劑[11]。
PAR-2 是第 2 個被發現的 PAR，Nystedt 等[12]從小鼠基因組文庫中分離出 1 個編碼 G 蛋白偶聯受體的 DNA 序列，該 DNA 序列在爪蟾卵母細胞中表達的產物在結構上雖與 PAR-1 類似，但不能被凝血酶激活，可以被低濃度的胰蛋白酶和鼠 PAR-2 激活肽（SLIGRL）激活，因此首次將其命名為 PAR-2。胰蛋白酶裂解 PAR-2 的位置為 R34↓S35LIGKV，N 端被裂解后，PAR-2 暴露出新的 N 端，即系鎖配體（SLIGKV），并與受體進行分子內結合產生跨膜轉導的信號，從而發揮系鎖配體的功能。系鎖配體激活受體是獨立進行的，不再需要蛋白酶參與[13]。暴露的系鎖配體能持續作用于受體，而 PAR-2 信號轉導是非持續性的，因此 PAR-2 具有滅活機制，以防止其過度激活。此外，當受到激活劑持續或反復刺激時，PAR-2 對激活劑的反應性下降，即受體脫敏。然而為了維持 PAR-2 對激活劑的反應性，滅活或脫敏的受體還具有恢復敏感性的機制，即復敏[14]。
目前，國內關于 PAR-2 的研究主要集中于心血管系統、呼吸道、胃腸組織等方面[15-17]。而據國外研究報道，PAR-2 在軟骨細胞、成骨細胞等骨組織[18-20]及滑膜[21]中也有表達，并且是 PAR 家族中唯一被證明參與了炎性反應過程以及包含 OA 在內骨關節疾病的成員[6, 21-23]。
2 PAR-2 在 OA 發生和發展中的作用
PAR-2 激活劑可以引起野生型小鼠發生關節腫脹和血管擴張等炎癥改變，而在 PAR-2 基因敲除小鼠關節炎模型中幾乎沒有發現類似的表現[22]，表明 PAR-2 的異常激活可以引起關節病變，有助于 OA 的發生與發展。PAR-2 的激活可以增加細胞內磷酸肌醇和鈣的含量，激活 ERK1/2 和 NF-κB 信號通路[24-25]，繼而刺激細胞增殖以及 IL-1、TNF-α、IL-6、IL-8、粒細胞集落刺激因子、血管細胞黏附分子 1、前列腺素 E2（prostaglandin E2，PGE2）等促炎因子的釋放[26-28]，同時也有基質金屬蛋白酶 1（matrix metalloproteinases 1，MMP-1）和 MMP-13 的激活[8]。
2.1 PAR-2 對軟骨的影響
Huesa 等[29]通過對 PAR-2 基因缺失型和野生型小鼠 OA 模型的研究發現，人 PAR-2 轉染可以加重小鼠軟骨的損傷以及導致骨贅形成，但未發現骨硬化，其原因可能是 PAR-2 通過直接促進軟骨增生與肥大導致骨贅的形成，表明了骨和軟骨的 OA 相關性改變有賴于 PAR-2 的作用，并受 PAR-2 的調節。此外，Milner 等[30]研究表明，PAR-2 在 OA 軟骨中是蛋白裂解酶作用的靶點，抑制 PAR-2 的表達可以有效阻斷蛋白裂解酶誘導的膠原溶解，減輕軟骨的損傷。因此，PAR-2 在 OA 進展過程中對軟骨有重要影響。
2.1.1 PAR-2 與促炎因子
目前，關于 PAR-2 在 OA 中作用的研究相對較少。然而可以肯定的是，PAR-2 在人類 OA 關節軟骨中有表達，并且其表達受促炎因子的影響[8]。
促炎因子在 OA 進展過程中發揮著關鍵作用，其中 IL-1β、TNF-α 在 OA 發病進程中的促炎作用已得到證實[31-33]。人軟骨細胞分泌的促炎因子包括 NO、PGE2、IL-1β、TNF-α、IL-6 和 IL-8[34]等，其中可以顯著增加 OA 軟骨細胞中 PAR-2 及其蛋白合成的促炎因子為 IL-1、TNF-α 以及 PGE2[8]。分泌促炎因子的軟骨細胞位于無血管無神經的軟骨陷窩內，通過自分泌和旁分泌的方式參與軟骨細胞的分解代謝，進而導致 OA 軟骨的進行性損傷[34]。因此，由 OA 軟骨細胞產生和分泌的 IL-1 和 TNF-α[35]可能會通過自分泌及旁分泌的方式，刺激軟骨細胞中 PAR-2 的表達[6]。還有研究發現，在 OA 患者滑膜液中炎性因子 IL-1 和 TNF-α 的影響下，OA 軟骨細胞表達的 PAR-2 同樣高于正常細胞[6]。在體外培養 OA 軟骨的實驗中，PAR-2 的表達也受 IL-1β、TNF-α 及 PAR-2 激活劑的影響[36]。
Xiang 等[6]研究發現，PAR-2 mRNA 是唯一在人軟骨細胞中表達的 PAR mRNA。在人軟骨細胞和體外培養的軟骨細胞中 IL-1 和 TNF-α 都可以上調 PAR-2 mRNA 的表達。然而正常軟骨細胞和 OA 軟骨細胞對 IL-1β、TNF-α 表現出不同的反應性，為了探討 IL-1β 對不同軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 表達的影響，他們用濃度為 10 ng/mL 的 IL-1β 分別刺激體外培養的正常和 OA 軟骨細胞 12、24、48 h。比較兩組細胞中 PAR-2 mRNA 的表達水平以及增長倍數，發現 OA 軟骨細胞對 IL-1β 的敏感性明顯高于正常軟骨細胞，其原因可能是損傷的 OA 軟骨受到包括炎性因子在內的諸多因子的影響。在 12 h 時，OA 軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達增加 10.5 倍，正常軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達增加 5 倍。各時間點結果顯示，IL-1β 均上調了 OA 軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達，盡管在 24 h 以后上調作用減弱。而在 IL-1β 刺激的正常軟骨細胞中，PAR-2 mRNA 的表達在 24 h 均減少。而 TNF-α 則主要上調 OA 軟骨細胞中 PAR-2 mRNA 的表達，對正常軟骨細胞中 PAR-2mRNA 的表達無顯著影響。因此可以認為 PAR-2 可能介導了 IL-1β 和 TNF-α 在 OA 發生發展過程中的促炎作用。
2.1.2 PAR-2 與代謝性細胞因子
TGF-β 既可以促進炎性細胞活化、浸潤，也可以促進血管增生、組織修復，TGF-β 表達異常會導致軟骨發生 OA 樣改變[37]。研究表明，TGF-β 可以上調正常軟骨細胞中低表達的 PAR-2，下調 OA 軟骨中過度表達的 PAR-2。更重要的是，正常軟骨細胞和 OA 軟骨細胞受 TGF-β 干預后 PAR-2 的表達量接近相同水平。這些研究結果表明 TGF-β 調節合成代謝作用的部分機制為調節正常軟骨細胞和 OA 軟骨細胞中 PAR-2 的表達。據此可知 TGF-β 具有平衡軟骨細胞中 PAR-2 的作用，增加正常軟骨細胞中 PAR-2 的表達以增加骨轉換，抑制 OA 軟骨中 PAR-2 表達來延緩軟骨退變[6]。然而 Boileau 等[8]卻得出不同的研究結果，TGF-β1 在 OA 軟骨細胞中具有促進 PAR-2 及其蛋白表達的作用，而在 OA 軟骨培養體中無此作用，原因可能是 TGF-β1 被包裹在 OA 軟骨培養體的細胞外基質中，使其無法作用于軟骨細胞。盡管各研究的結果不盡相同，但卻證明了 PAR-2 介導了 TGF-β 對 OA 軟骨退變的影響。
已有研究證明，參與 OA 早期軟骨結構改變的酶主要是 MMP[38]。在正常軟骨中，MMP 與其抑制物處于穩態，而在 OA 中這種平衡被打破[39]。Boileau 等[8]首次闡明了人 OA 軟骨細胞中激活的 PAR-2 可以促進分解代謝性因子 MMP-1 和 MMP-13 的合成，這些因子參與 OA 的發展，并且受 Erk1/2 和 p38 信號通路的調節。MMP-1 是分解骨質主要成分Ⅰ型膠原的關鍵酶[40]。MMP-13 則主要降解Ⅱ、Ⅳ、Ⅸ型膠原蛋白及蛋白多糖、骨粘連蛋白、軟骨基底膜聚糖等，這些物質都是軟骨基質的組成成分[41]。此外，呼吸道上皮細胞和前列腺癌細胞中的 PAR-2 也可能刺激 MMP 和類似于胰蛋白酶的物質產生，導致軟骨的退變[6]。
2.2 PAR-2 對軟骨下骨的影響
研究表明，PAR-2 在 OA 軟骨下骨成骨細胞中的含量明顯高于正常軟骨下骨成骨細胞中的含量，過多的 PAR-2 激活使得骨吸收程度高于骨形成，進而導致骨重建的不平衡[42]。由于 MAP 激酶 ERK1/2 和 JNK 在成骨細胞中對多種刺激的反應過程受激活的 G 蛋白偶聯受體調節[43]，因此 PAR-2 對人 OA 成骨細胞的調節作用是由 ERK1/2 和 JNK 介導的[42]。
軟骨下骨成骨細胞中激活的 PAR-2 可以增加軟骨下骨中 MMP-1 和 MMP-9 的合成，還可以誘導炎性因子 RANKL 和 IL-6 的產生[42]。MMP-9 既能以促進破骨細胞遷移的方式參與骨的吸收[44]，也能以類似于膠原酶的方式作用于膠原[45]。RANKL 和 IL-6 可以促進破骨細胞的生成與激活進而參與骨吸收[46-47]。RANKL 被認為是破骨細胞增殖分化和活化所必須的關鍵調控因子[48]。OA 軟骨下骨中 RANKL 的合成受 OPG/RANKL 的影響，OPG/RANKL 異常會增加 RANKL 的合成[49-50]，而激活的 PAR-2 對正常成骨細胞和 OA 成骨細胞 OPG 的合成沒有影響[42]，從而可以認為激活的 PAR-2 誘導 RANKL 合成增加是導致 OPG/RANKL 異常的原因。IL-6 可以作用于前破骨細胞直接促進骨吸收[48, 51]，也可以協同 PGE2 通過增加 RANKL 的水平來調節破骨細胞的分化，間接促進骨吸收[52]。因此，表明 PAR-2 參與破骨細胞調節骨吸收過程中也有 RANKL 和 IL-6 的介導[42]。
2.3 PAR-2 對滑膜的影響
滑膜炎參與 OA 發生，并且與 OA 的嚴重程度相關[53]。膝關節 OA 患者中活動性滑膜炎發生率高達 90% 以上[54]，并且增加 OA 和非 OA 軟骨的丟失，加速 OA 進展[53, 55-56]。在 OA 患者中，滑膜炎嚴重程度和 PAR-2 的表達水平密切相關[57]。
PAR-2 不僅表達于軟骨細胞[6]，也存在于滑液和滑膜細胞中[21, 23, 58]，在慢性炎癥中有廣泛作用。Tindell 等[57]研究顯示，PAR-2 的表達與滑膜厚度、單核細胞滲出有密切相關性。PAR-2 可以調節滑膜釋放促炎因子 IL-1β，進而致軟骨細胞分解代謝[59]。在 OA 患者的滑液中促炎因子 IL-1β 含量明顯升高，OA 的嚴重程度與 IL-1β 含量成正相關[58]。在炎性反應過程中，IL-1β 和 TNF-α 產生增加，不僅對軟骨細胞有作用，而且也可以誘導滑膜細胞產生其他炎性因子，比如 IL-8、IL-6、白細胞抑制因子，還可以刺激蛋白酶和 PGE2 的合成[60-61]。PAR-2 抑制劑則能減少 OA 滑膜細胞中促炎因子 TNF-α 的產生，并有劑量依賴性[57]。這也證明了 PAR-2 通過調節促炎因子的產生參與了滑膜炎發生發展。
2.4 PAR-2 與疼痛
PAR-2 基因缺失型小鼠 OA 模型與野生型小鼠 OA 模型相比，前者對傷害性刺激的敏感性降低[29, 62]，表明 PAR-2 與 OA 相關性疼痛有關，并且具有減輕 OA 相關性疼痛的作用。
Vergnolle 等[62]研究表明，PAR-2 激活劑可以刺激疼痛性神經元產生作用于初級脊髓傳入神經元的信號，引起顯著和持續的痛覺過敏。產生痛覺過敏的原因可能是疼痛性神經元中 PAR-2 激活后，導致 P 物質和降鈣素基因相關肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）局部釋放。研究發現，在 OA 動物模型脊髓中，P 物質和 CGRP 的含量均增加[63]。P 物質和 CGRP 來源于疼痛性神經元，在大鼠的背根神經節中有超過 60% 的疼痛性神經元表達 PAR-2[7]。P 物質和 CGRP 是痛覺及痛覺過敏產生所必需的物質，P 物質是一種強致痛物質，當釋放入關節滑膜組織中時可以直接激活滑膜組織中的痛覺感受器（C 類纖維），并且 P 物質的這些活性會因 CGRP 的存在而增強，兩者呈現協同作用[64]。此外，前列腺素及其 NK-1 受體還能增加脊髓背角神經元對 PAR-2 激活劑的敏感性[62]。OA 關節內釋放出的 P 物質、前列腺素可以增加神經敏感性以及使中樞疼痛通路過敏[65]，同時也增加關節外周感受器對機械痛閾的敏感性[66]，從而使正常刺激出現疼痛的感覺。
另一個關于 PAR-2 激活劑參與激活疼痛通路的證據來源于 Fos 蛋白表達的研究。Fos 蛋白作為神經性疼痛標志物，與疼痛敏化或持續狀態相關[67]，并且在脊髓水平反映傷害性刺激的有效性[68]。大鼠足底注射低于致炎劑量的 PAR-2 激活劑可以顯著增加 Fos 的表達，表明 PAR-2 激活了可以釋放 Fos 的疼痛性神經元[62, 69]。Ray 等[70]研究了狗髖關節發育不良所致 OA 模型的軟骨組織，發現狗 OA 軟骨中 c-Fos 高表達。李良軍等[71]的研究也觀察到輕中度退變的軟骨中 Fos 表達明顯增強。此外，PAR-2 還能與瞬時受體電位香草酸亞型 1（transient receptor potential vanillic acid subtype 1，TRPV1），也稱辣椒素受體，共表達于背根神經節，參與疼痛和痛覺過敏[72]。在 OA 患者滑膜成纖維細胞和軟骨細胞已經發現有 TRPV1 表達[73-74]，并且在膝關節 OA 大鼠模型初級傳入神經元中 TRPV1 的表達增高[75]。在實驗研究及臨床研究中均發現 TRPV1 參與 OA 相關疼痛的產生與傳導，并且 TRPV1 拮抗劑具有減弱 OA 相關性疼痛的作用[76-77]。由此可以認為 PAR-2 和 TRPV1 共同參與了 OA 相關性疼痛的產生與傳導。
這些研究均表明 PAR-2 通過調節致痛性物質的合成與釋放，參與包括 OA 相關性疼痛在內的疼痛產生與傳導。在 OA 治療過程中以 PAR-2 為治療靶點，不僅可以減緩其病理進展，也能緩解其疼痛反應[78]。
3 小結與展望
PAR-2 參與 OA 的發生發展已被廣泛證實。大量研究顯示，OA 軟骨、軟骨下骨及滑膜的各種生理病理變化中都有 PAR-2 參與，并且通過直接或間接途徑發揮重要作用。OA 軟骨損傷病理過程中，炎性因子的產生、細胞基質的過度降解、細胞凋亡及疼痛的產生等過程都與 PAR-2 的異常激活與信號轉導密切相關。PAR-2 的致病機制可能與這種受體驅動軟骨細胞病理性分化、增殖的作用有關。以 PAR-2 為治療靶點，其作用可能不僅在于保護 OA 關節的結構，還能緩解關節的炎性疼痛。