引用本文： 謝錦偉, 黃澤宇, 裴福興. 固有免疫系統在骨關節炎發病機制中的作用及研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2019, 33(3): 370-376. doi: 10.7507/1002-1892.201810068 復制
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是一種以關節軟骨退變為主的關節疾病，多累及膝、髖關節及遠端指間關節。目前 OA 發病機制尚未明確，研究表明其與性別、肥胖、衰老、創傷等多種因素相關[1]。世界衛生組織統計數據顯示，所有關節疾病中，OA 占導致疼痛、殘疾疾病首位。我國大型流行病學調查結果顯示，40 歲以上人群原發性骨關節炎總體患病率為 46.3%，其中男性為 41.6%、女性為 50.4%[2]。近年來 OA 治療方法和手段不斷改進，但仍缺乏干預性藥物，絕大部分晚期患者需通過關節置換手術緩解疼痛，恢復關節功能[3]。傳統觀點認為 OA 是一種非炎癥性疾病[4]，但隨著研究的深入，越來越多的學者發現滑膜炎癥與 OA 的發生、發展密切相關，并開始將其定義為一種低度炎癥狀態。該觀點從免疫系統的全新視角對 OA 發病機制進行了探索，為 OA 的治療提供了全新的潛在靶點。現對固有免疫系統在 OA 發病機制中的作用及相關研究進展進行綜述，旨在為深入研究 OA 發病機制及研發干預性藥物提供證據及方向。
1 固有免疫系統與炎癥
固有免疫是機體在種系發育和進化過程中形成的天然免疫防御功能，是機體對抗外來病原體的第一道屏障，同時也參與清除體內損傷、衰老細胞以及啟動、效應和調節特異性免疫應答。固有免疫系統主要由屏障結構、單核巨噬細胞、自然殺傷細胞、T 細胞、補體及一系列細胞因子組成。固有免疫系統的激活依賴于免疫細胞對外來病原體及自身損傷、衰老細胞保守區域的識別；激活方式主要包括病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）和損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）兩種。不同的 PAMP 及 DAMP 均可被模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）所識別，例如 Toll 樣受體（Toll like receptor，TLR）、核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（NOD like receptor，NLR）[5]，從而激活下游炎癥信號通路，引起細胞因子、趨化因子大量釋放。
2 炎癥與組織損傷修復
人體內正常的組織修復過程是一個受到精密調控的過程，包括炎癥啟動、細胞增殖、炎癥消退 3 個階段，局部炎性反應是組織修復過程中的重要環節。該過程被比喻為“炎癥交響曲”，巨噬細胞是這一過程中最關鍵的細胞[6-7]。它們可以通過自動清創，即吞噬死亡細胞、失活或受損組織，加速后續修復過程。在炎癥修復過程中，受損組織釋放的死亡細胞碎片或者蛋白水解產物可以與細胞表面或細胞質內的各種受體（如 TLR）結合，激活下游的 NF-κB 等炎癥相關信號通路[8]，從而激活巨噬細胞發揮其生理功能。急性炎癥期巨噬細胞的生理學功能為吞噬細胞碎片以及分泌炎性因子（IL-1β、IL-6、TNF-α），趨化其他細胞在損傷區域聚集[9-10]。隨著炎癥進一步發展，巨噬細胞開始發揮抑制炎癥、促進組織修復的生理學功能。它們分泌的 ω-3 脂肪酸可以轉化為前消散分子，如消除素、保護素以及促消退介質等，起到終止炎癥、保護器官、促進組織再生的作用[10-11]。因此，創傷修復過程中炎癥過程的正確轉變對于促進局部炎癥消除、組織再生具有重要的生理學意義。
3 炎癥消散異常與 OA
盡管 OA 未劃分為炎癥性關節病，但是越來越多的研究表明它是一種持續的慢性炎癥狀態。組織病理學研究證實，OA 組織學標本中常見炎性細胞浸潤，但浸潤程度未達類風濕性關節炎[12]。此外，生物學標志物研究表明，OA 患者體液（血液、關節液）內的炎性因子，如 IL-1β、TNF-α 等，均較正常人明顯上升[13-14]。影像學檢測進一步證實了低度炎癥在 OA 病理生理過程中的作用。Aryal 等[15]對 422 例 Kellgren-Lawrence 2～3 級 OA 患者行連續 12 個月的 MRI 觀察，發現膝關節內側滑膜炎癥范圍可以作為預測 OA 預后的指標。Daghestani 等[16]在 OA 患者體內利用 99mTc-Etarfolatide 示蹤顯像技術標記激活巨噬細胞，發現受累膝關節的 99mTc-Etarfolatide 信號強度不僅與患者體液（血液、關節液）內炎癥標志物 CD14、CD163 等成正相關，還與關節間隙狹窄程度明顯相關。Roemer 等[17]對 514 例正常人的膝關節進行了長達 30 個月的 MRI 研究，發現滑膜炎的累及范圍與軟骨退變程度成正相關。這些研究結果均表明 OA 是一個持續的慢性炎癥狀態。
從組織損傷修復角度來看，關節損傷后的局部愈合反應決定了 OA 的個體易感性。盡管損傷后的急性炎性反應具有保護機體的特點，但持續的慢性炎癥對機體是有害的[8]。關節一旦損傷，滑膜組織內被凝血酶激活后的血小板可以分泌含 IL-1β 的微泡[18]，這一過程可以促使基質金屬蛋白酶（metalloproteinase，MMP）的生成[19]。MMP 既可以分解受損軟骨實現“自動清創”，同時分解軟骨后釋放出來的組織碎片，如纖維連接蛋白[20]、超小分子量透明質酸[21-22]、蛋白多糖碎片[23]，可激活固有免疫系統，誘發局部炎性反應[24-25]。
然而在 OA 的發生發展過程中，“自動清創”誘發的局部炎性反應往往會進入一個惡性循環。研究發現，超級愈合小鼠脛骨平臺骨折后，局部炎性反應激烈程度及持續時間均明顯低于野生型小鼠，導致前者創傷后 OA 發生率及嚴重程度明顯低于后者[26-27]。這些研究結果表明，OA 組織修復過程中炎癥消退期的轉變失敗是惡性循環持續的關鍵。
4 固有免疫系統與 OA
OA 發生發展過程中，軟骨細胞及細胞外基質因創傷、老化凋亡產生的各種碎片（蛋白質、蛋白多糖、透明質酸）均可成為 DAMP，進而被免疫細胞膜上的 PRR 或胞內的 NLR 識別，通過 cAMP 反應元件結合蛋白、干擾素調節因子、NF-κB 激活下游的炎癥信號通路，引起炎性因子大量釋放[28-30]。
關節中的主要免疫細胞是滑膜細胞層中的 A 型滑膜細胞（巨噬細胞），研究已證實 OA 滑膜組織及軟骨細胞中的 TLR2、TLR4 表達均存在上調趨勢[31-32]。盡管滑膜細胞及軟骨細胞均表達 TLR，但目前研究認為 DAMP、PAMP 與滑膜巨噬細胞表面的 PRR 結合，激活炎癥信號通路引起炎性因子及蛋白酶的釋放，一方面可加重局部炎癥，另一方面可與軟骨細胞表面的 TLR 結合，激活軟骨細胞 NF-κB 通路，進一步釋放分解性因子，引起軟骨細胞死亡及軟骨基質降解，釋放 DAMP，從而形成惡性循環[33]。但軟骨細胞、滑膜巨噬細胞、滑膜成纖維細胞之間的具體交叉聯系機制目前尚不清楚，仍需要進行大量研究。
4.1 巨噬細胞與 OA
巨噬細胞在固有免疫中處于中心地位，具有很強的吞噬能力，參與了炎癥的啟動及消退。巨噬細胞的激活主要有兩種途徑，其中經典激活途徑為分化成 M1 亞群。巨噬細胞表面的模式識別受體（PRR）可識別關節腔中的 PAMP 及 DAMP，同時與 TLR/IL-1 受體結合，激活 NF-κB 通路上調炎性因子的釋放。另一重要激活途徑是通過細胞在應激情況下產生的炎癥小體，與核苷酸結合寡聚化結構域樣受體結合，從而誘導炎性因子的釋放[34]。巨噬細胞還可通過選擇性途徑激活，分化成 M2 亞群，從而表現出抑制炎癥、促進組織修復的作用。激活的巨噬細胞在 IL-4 或/和 IL-13 刺激下可高表達甘露糖受體（CD206），同時 IL-4 可刺激巨噬細胞內的精氨酸向鳥氨酸轉變，從而使膠原及聚胺類蛋白多糖等細胞基質成分合成增加[35]。M2 亞群的修復功能減弱可導致組織損傷持續存在，修復功能過強可導致組織纖維化[36]。
滑膜組織內的巨噬細胞在正常情況下處于靜止狀態，在關節損傷或老化應激導致細胞凋亡發生時，軟骨細胞及細胞外基質崩解所產生的 DAMP 可激活巨噬細胞[33]。激活的巨噬細胞可高表達葉酸受體，Piscaer 等[37]使用 SPECT/CT 示蹤111InCl3 標記的葉酸受體，分別對采用碘乙酸鹽注射及前交叉韌帶切斷方法制備的大鼠 OA 模型進行觀察，結果均發現大鼠膝關節中有較強的葉酸受體信號聚集，提示了激活巨噬細胞在 OA 中的重要地位。de Visser 等[38]利用另一種葉酸受體耦合劑進行觀察，發現在高脂飲食誘導的大鼠 OA 模型中111Incm09 信號較正常大鼠增加了 28.4%。Daghestani 等[16]利用 SPECT/CT 觀察 OA 患者體內 99mTc-EC20 標記的葉酸受體分布情況，發現受累膝關節 99mTc-EC20 信號強度與 OA 患者體液內炎性標志物及關節間隙狹窄程度相關。這一結果直接證明了激活的巨噬細胞在 OA 進展中的作用，但該研究沒有明確巨噬細胞亞群的分布情況。
巨噬細胞 M1、M2 亞群的時間及空間差異性分布對炎癥及組織損傷修復的精準調控發揮重要作用。M1 亞群主要參與炎癥啟動階段，M2 亞群主要參與炎癥消退階段。有關超級愈合小鼠的研究發現，創傷發生后小鼠滑膜組織內激活的巨噬細胞中 M1 亞群占主導地位的現象僅維持數周，而在野生型小鼠體內該現象可持續 2 個月甚至更久[27]。據此，學者們提出去除巨噬細胞能消除炎癥，進而延緩 OA 進展的設想，并進行了大量相關研究。Wu 等[39]構建了 CSF-1R-GFP 綠色熒光標記巨噬細胞的 MaFIA（macrophage Fas-induced apoptosis）基因工程鼠，該動物模型既可通過熒光成像觀察體內巨噬細胞的分布，也可在小分子 AP20187 的誘導下促使巨噬細胞凋亡，達到去除巨噬細胞的目的。首先，利用 MaFIA 基因工程鼠構建 OA 模型，造模后即刻關節腔內注射 AP20187，去除滑膜組織內所有亞群的激活巨噬細胞。結果發現，MaFIA 基因工程鼠的巨噬細胞 M1、M2 亞群數量均少于野生型小鼠，造模 1 周后骨贅形成減少，但是造模 9 周后滑膜炎癥及軟骨退變更嚴重。這一結果表明炎癥在 OA 進展中具有“雙刃劍”作用，持續慢性炎癥的形成可能與激活巨噬細胞的數量無關，與 M1 亞群向 M2 亞群轉變失敗有關。這可能是 OA 炎性反應消散失敗，進入持續慢性炎癥惡性循環的關鍵環節。近期一項研究通過免疫組織化學及免疫熒光標記 M1、M2 特異性分子標志物進行觀察，結果發現人及小鼠 OA 滑膜中均以 M1 亞群聚集為主[40]，進一步說明 M1 亞群向 M2 亞群轉換失敗在 OA 的病理作用。
目前，對于激活巨噬細胞誘發 OA 或加重 OA 進展的作用機制尚未明確。Bondeson 等[41]從 OA 患者滑膜組織中提取滑膜細胞，通過流式分選技術去除 CD14 陽性的滑膜巨噬細胞后，發現成纖維樣滑膜細胞分泌 IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、MMP-1、MMP-3、ADAMTs-4，表明滑膜巨噬細胞在誘發滑膜炎癥過程中有啟動作用。Blom 等[42]采用大鼠進行研究，他們首先通過關節腔注射氯膦酸鹽脂質體誘導巨噬細胞凋亡以去除滑膜巨噬細胞，7 d 后通過關節腔注射Ⅱ型膠原酶構建 OA 模型；觀察發現造模 7、14 d 后 OA 模型軟骨退變程度較未誘導巨噬細胞凋亡的 OA 模型減輕，滑膜組織中的 MMP-3、MMP-9 表達也明顯減少，但軟骨組織中的 MMP-3、MMP-9 表達無明顯變化。Blom 等[43]的另一研究發現，氯膦酸鹽去除巨噬細胞的小鼠 OA 模型在造模后 7、14 d 骨贅生成較對照組減少了 84%、66%，滑膜淺層 TGF-β、BMP-2、BMP-4 表達也明顯降低，而骨面生長因子無明顯變化。以上研究結果均提示，滑膜巨噬細胞可能通過誘導成纖維樣滑膜細胞釋放 MMP 及生長因子加速 OA 進展，在疾病早期針對性去除促炎作用的 M1 亞群巨噬細胞，可以延緩 OA 進展。
巨噬細胞影響 OA 發生發展的另一可能機制是通過旁分泌作用直接影響軟骨細胞的合成分解代謝功能。Samavedi 等 [44]的研究將激活巨噬細胞與軟骨細胞進行共培養，觀察發現軟骨細胞中 MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13 及 IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-8 表達均明顯增加，可能與 M1 亞群分泌的 Rspo2（R-spondin-2）蛋白激活軟骨細胞的 β-catenin 通路有關[45]。Utomo 等[46]將含 M1、M2 亞群巨噬細胞上清液的 DMEM 條件培養基與軟骨細胞進行間接共培養，結果發現 γ-IFN +TNF-α 刺激后的 M1 條件培養基可以明顯上調軟骨細胞 IL-β、MMP-13、ADAMTs-5 基因表達，下調 Col2A1、Aggrecan 基因表達；而 IL-10+IL-4 刺激后的 M2 條件培養基不能逆轉這一現象。因此，Utomo 等認為 OA 治療關鍵在于抑制促炎因子釋放或者刺激抗炎巨噬細胞（M2 亞群）的分化。Dai 等[47]的研究發現魷魚Ⅱ型膠原蛋白可以通過免疫調節作用激活 M2 亞群巨噬細胞，從而增加 TGF-β1 及 TGF-β3 的分泌，促進軟骨修復，提示了 M2 亞群巨噬細胞作為 OA 治療靶點的可能性。
巨噬細胞具有較強可塑性，可以根據所處微環境進行重編程，可以是啟動炎癥、釋放大量促炎因子的 M1 亞群，也可以是抑制炎癥、重塑組織、釋放抗炎因子及生長因子的 M2 亞群。但隨著研究的深入，學者們認為 M1、M2 亞群可能只是巨噬細胞分化的兩種極端類型，可能還存在著第 3 種過渡類型。因為有研究發現即使同一種物質、同樣的低氧環境，既可促使巨噬細胞向 M1 亞群分化，也可向 M2 亞群分化，導致這一差異的原因僅僅是刺激物質濃度不同[48]。這種由一種亞群向另一種亞群轉變的過程稱為重編程，目前相關研究有限，發現的涉及重編程通路可能包括 JNK、PI3K/Akt、Notch、JAK/STAT、TGF-β、TLR/NF-κB，同時重編程還受到 microRNA 的調節[49]。Topoluk 等[50]將 OA 軟骨細胞、M1/M2 亞群巨噬細胞及胎盤 MSCs 進行共培養后發現，M1/M2 比例的減少可以增加軟骨細胞活性及糖胺聚糖的含量，而胎盤 MSCs 可以降低 M1/M2 比例，其作用機制可能與前列腺素 E2 有關[51]。因此，探索合適的促使巨噬細胞 M1 亞群向 M2 亞群重編程的物質及其具體機制將有助于 OA 的早期防治。
4.2 T 細胞與 OA
現有證據表明，OA 滑膜組織（特別是炎癥明顯的滑膜組織）中的免疫細胞主要包括巨噬細胞、T 細胞、B 細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞等[52]。其中，巨噬細胞占 65%、T 細胞占 22% [53]。Symons 等[54]利用 ELISA 法檢測 OA 關節液中的可溶性 CD4，發現 OA 患者可溶性 CD4 濃度低于類風濕性關節炎患者，但高于正常人。Hussein 等[55]利用流式細胞技術對比 OA 與類風濕性關節炎患者滑液中 CD4+、CD8+ T 細胞的比例，發現兩者 CD4+/CD8+的比例相似，且 CD4+ T 細胞占優勢。Kriegova 等[56]的研究也獲得相同結果，同時還發現女性患者 CD4+ T 細胞更高。這些研究結果均說明 T 細胞與 OA 的病理過程密切相關。
T 細胞參與 OA 病理過程的機制可能與其識別軟骨基質蛋白聚糖的分解產物有關。de Jong 等[57]的研究發現，T 細胞可特異性識別蛋白聚糖 16-39、263-282 氨基酸位點，從而增加炎性因子的釋放。T 細胞有多種亞群，包括 Th1、Th2、Th9、Th17、Th22、Treg 細胞等，目前研究證據提示與 OA 病理相關的細胞亞群主要為 Th1、Th9、Th17 細胞。有研究通過比較 OA 與類風濕性關節炎患者外周血、關節液、滑膜中的 Th1/Th17 細胞比例，發現 OA 患者外周血及滑膜中 Th1/Th17 細胞比例均較高，滑膜中的 Th1 細胞增多，Th17 細胞較少[58-59]。這種循環 T 細胞的細胞毒性更大，而髕下脂肪墊中的 T 細胞同時出現了分泌表型的改變[60]。各種亞型在 OA 中的具體激活機制尚未明確，可能與 mTOR 自噬通路、氨基酸代謝及腸道菌群有關[61]。
4.3 補體與 OA
補體系統由三十余種蛋白質成分構成，其激活途徑包括經典激活途徑、選擇性激活途徑及甘露糖結合蛋白激活途徑，3 種途徑的共同交匯點均為 C3 的激活及 C5-7 形成膜攻擊復合物（membrane attack complex，MAC）[62]。已有文獻報道補體蛋白在 OA 滑膜組織及滑液中的表達量均增加，同時 MAC 含量與滑膜炎癥程度成正相關[63-64]。但軟骨細胞在 IL-1β、TNF-α 的刺激下也能分泌補體蛋白。作為補體系統的交匯點，C3、C5 對于 OA 更重要。在內側半月板切除的小鼠 OA 模型中，Wang 等[65]發現 C5、C6 基因敲除小鼠的 OA 程度更輕；而敲除 MAC 抑制蛋白 CD59 則加重 OA 病變，而羧肽酶 B 可以減少 MAC 的形成而對軟骨有保護作用。因此，明確補體系統與其他固有免疫細胞及軟骨細胞之間的交互作用，定向阻斷補體系統，對于有效防治 OA 進展有重要意義。
5 診療進展及展望
隨著對 OA 發病機制研究的深入，學者們對固有免疫系統在 OA 病理中的作用越來越重視。明確固有免疫不同細胞及成分在 OA 中的作用及其與軟骨細胞之間的交互效應，有助于精準治療 OA；對于滑膜炎癥明顯的亞型，已有研究開始探索給予炎性介質拮抗劑或細胞拮抗劑，從而抑制炎癥級聯效應。盡管目前具體機制尚未明確，但對固有免疫系統在 OA 中的作用研究為該病的診療提供了一個全新視角。
骨關節炎（osteoarthritis，OA）是一種以關節軟骨退變為主的關節疾病，多累及膝、髖關節及遠端指間關節。目前 OA 發病機制尚未明確，研究表明其與性別、肥胖、衰老、創傷等多種因素相關[1]。世界衛生組織統計數據顯示，所有關節疾病中，OA 占導致疼痛、殘疾疾病首位。我國大型流行病學調查結果顯示，40 歲以上人群原發性骨關節炎總體患病率為 46.3%，其中男性為 41.6%、女性為 50.4%[2]。近年來 OA 治療方法和手段不斷改進，但仍缺乏干預性藥物，絕大部分晚期患者需通過關節置換手術緩解疼痛，恢復關節功能[3]。傳統觀點認為 OA 是一種非炎癥性疾病[4]，但隨著研究的深入，越來越多的學者發現滑膜炎癥與 OA 的發生、發展密切相關，并開始將其定義為一種低度炎癥狀態。該觀點從免疫系統的全新視角對 OA 發病機制進行了探索，為 OA 的治療提供了全新的潛在靶點。現對固有免疫系統在 OA 發病機制中的作用及相關研究進展進行綜述，旨在為深入研究 OA 發病機制及研發干預性藥物提供證據及方向。
1 固有免疫系統與炎癥
固有免疫是機體在種系發育和進化過程中形成的天然免疫防御功能，是機體對抗外來病原體的第一道屏障，同時也參與清除體內損傷、衰老細胞以及啟動、效應和調節特異性免疫應答。固有免疫系統主要由屏障結構、單核巨噬細胞、自然殺傷細胞、T 細胞、補體及一系列細胞因子組成。固有免疫系統的激活依賴于免疫細胞對外來病原體及自身損傷、衰老細胞保守區域的識別；激活方式主要包括病原相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）和損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP）兩種。不同的 PAMP 及 DAMP 均可被模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）所識別，例如 Toll 樣受體（Toll like receptor，TLR）、核苷酸結合寡聚化結構域樣受體（NOD like receptor，NLR）[5]，從而激活下游炎癥信號通路，引起細胞因子、趨化因子大量釋放。
2 炎癥與組織損傷修復
人體內正常的組織修復過程是一個受到精密調控的過程，包括炎癥啟動、細胞增殖、炎癥消退 3 個階段，局部炎性反應是組織修復過程中的重要環節。該過程被比喻為“炎癥交響曲”，巨噬細胞是這一過程中最關鍵的細胞[6-7]。它們可以通過自動清創，即吞噬死亡細胞、失活或受損組織，加速后續修復過程。在炎癥修復過程中，受損組織釋放的死亡細胞碎片或者蛋白水解產物可以與細胞表面或細胞質內的各種受體（如 TLR）結合，激活下游的 NF-κB 等炎癥相關信號通路[8]，從而激活巨噬細胞發揮其生理功能。急性炎癥期巨噬細胞的生理學功能為吞噬細胞碎片以及分泌炎性因子（IL-1β、IL-6、TNF-α），趨化其他細胞在損傷區域聚集[9-10]。隨著炎癥進一步發展，巨噬細胞開始發揮抑制炎癥、促進組織修復的生理學功能。它們分泌的 ω-3 脂肪酸可以轉化為前消散分子，如消除素、保護素以及促消退介質等，起到終止炎癥、保護器官、促進組織再生的作用[10-11]。因此，創傷修復過程中炎癥過程的正確轉變對于促進局部炎癥消除、組織再生具有重要的生理學意義。
3 炎癥消散異常與 OA
盡管 OA 未劃分為炎癥性關節病，但是越來越多的研究表明它是一種持續的慢性炎癥狀態。組織病理學研究證實，OA 組織學標本中常見炎性細胞浸潤，但浸潤程度未達類風濕性關節炎[12]。此外，生物學標志物研究表明，OA 患者體液（血液、關節液）內的炎性因子，如 IL-1β、TNF-α 等，均較正常人明顯上升[13-14]。影像學檢測進一步證實了低度炎癥在 OA 病理生理過程中的作用。Aryal 等[15]對 422 例 Kellgren-Lawrence 2～3 級 OA 患者行連續 12 個月的 MRI 觀察，發現膝關節內側滑膜炎癥范圍可以作為預測 OA 預后的指標。Daghestani 等[16]在 OA 患者體內利用 99mTc-Etarfolatide 示蹤顯像技術標記激活巨噬細胞，發現受累膝關節的 99mTc-Etarfolatide 信號強度不僅與患者體液（血液、關節液）內炎癥標志物 CD14、CD163 等成正相關，還與關節間隙狹窄程度明顯相關。Roemer 等[17]對 514 例正常人的膝關節進行了長達 30 個月的 MRI 研究，發現滑膜炎的累及范圍與軟骨退變程度成正相關。這些研究結果均表明 OA 是一個持續的慢性炎癥狀態。
從組織損傷修復角度來看，關節損傷后的局部愈合反應決定了 OA 的個體易感性。盡管損傷后的急性炎性反應具有保護機體的特點，但持續的慢性炎癥對機體是有害的[8]。關節一旦損傷，滑膜組織內被凝血酶激活后的血小板可以分泌含 IL-1β 的微泡[18]，這一過程可以促使基質金屬蛋白酶（metalloproteinase，MMP）的生成[19]。MMP 既可以分解受損軟骨實現“自動清創”，同時分解軟骨后釋放出來的組織碎片，如纖維連接蛋白[20]、超小分子量透明質酸[21-22]、蛋白多糖碎片[23]，可激活固有免疫系統，誘發局部炎性反應[24-25]。
然而在 OA 的發生發展過程中，“自動清創”誘發的局部炎性反應往往會進入一個惡性循環。研究發現，超級愈合小鼠脛骨平臺骨折后，局部炎性反應激烈程度及持續時間均明顯低于野生型小鼠，導致前者創傷后 OA 發生率及嚴重程度明顯低于后者[26-27]。這些研究結果表明，OA 組織修復過程中炎癥消退期的轉變失敗是惡性循環持續的關鍵。
4 固有免疫系統與 OA
OA 發生發展過程中，軟骨細胞及細胞外基質因創傷、老化凋亡產生的各種碎片（蛋白質、蛋白多糖、透明質酸）均可成為 DAMP，進而被免疫細胞膜上的 PRR 或胞內的 NLR 識別，通過 cAMP 反應元件結合蛋白、干擾素調節因子、NF-κB 激活下游的炎癥信號通路，引起炎性因子大量釋放[28-30]。
關節中的主要免疫細胞是滑膜細胞層中的 A 型滑膜細胞（巨噬細胞），研究已證實 OA 滑膜組織及軟骨細胞中的 TLR2、TLR4 表達均存在上調趨勢[31-32]。盡管滑膜細胞及軟骨細胞均表達 TLR，但目前研究認為 DAMP、PAMP 與滑膜巨噬細胞表面的 PRR 結合，激活炎癥信號通路引起炎性因子及蛋白酶的釋放，一方面可加重局部炎癥，另一方面可與軟骨細胞表面的 TLR 結合，激活軟骨細胞 NF-κB 通路，進一步釋放分解性因子，引起軟骨細胞死亡及軟骨基質降解，釋放 DAMP，從而形成惡性循環[33]。但軟骨細胞、滑膜巨噬細胞、滑膜成纖維細胞之間的具體交叉聯系機制目前尚不清楚，仍需要進行大量研究。
4.1 巨噬細胞與 OA
巨噬細胞在固有免疫中處于中心地位，具有很強的吞噬能力，參與了炎癥的啟動及消退。巨噬細胞的激活主要有兩種途徑，其中經典激活途徑為分化成 M1 亞群。巨噬細胞表面的模式識別受體（PRR）可識別關節腔中的 PAMP 及 DAMP，同時與 TLR/IL-1 受體結合，激活 NF-κB 通路上調炎性因子的釋放。另一重要激活途徑是通過細胞在應激情況下產生的炎癥小體，與核苷酸結合寡聚化結構域樣受體結合，從而誘導炎性因子的釋放[34]。巨噬細胞還可通過選擇性途徑激活，分化成 M2 亞群，從而表現出抑制炎癥、促進組織修復的作用。激活的巨噬細胞在 IL-4 或/和 IL-13 刺激下可高表達甘露糖受體（CD206），同時 IL-4 可刺激巨噬細胞內的精氨酸向鳥氨酸轉變，從而使膠原及聚胺類蛋白多糖等細胞基質成分合成增加[35]。M2 亞群的修復功能減弱可導致組織損傷持續存在，修復功能過強可導致組織纖維化[36]。
滑膜組織內的巨噬細胞在正常情況下處于靜止狀態，在關節損傷或老化應激導致細胞凋亡發生時，軟骨細胞及細胞外基質崩解所產生的 DAMP 可激活巨噬細胞[33]。激活的巨噬細胞可高表達葉酸受體，Piscaer 等[37]使用 SPECT/CT 示蹤111InCl3 標記的葉酸受體，分別對采用碘乙酸鹽注射及前交叉韌帶切斷方法制備的大鼠 OA 模型進行觀察，結果均發現大鼠膝關節中有較強的葉酸受體信號聚集，提示了激活巨噬細胞在 OA 中的重要地位。de Visser 等[38]利用另一種葉酸受體耦合劑進行觀察，發現在高脂飲食誘導的大鼠 OA 模型中111Incm09 信號較正常大鼠增加了 28.4%。Daghestani 等[16]利用 SPECT/CT 觀察 OA 患者體內 99mTc-EC20 標記的葉酸受體分布情況，發現受累膝關節 99mTc-EC20 信號強度與 OA 患者體液內炎性標志物及關節間隙狹窄程度相關。這一結果直接證明了激活的巨噬細胞在 OA 進展中的作用，但該研究沒有明確巨噬細胞亞群的分布情況。
巨噬細胞 M1、M2 亞群的時間及空間差異性分布對炎癥及組織損傷修復的精準調控發揮重要作用。M1 亞群主要參與炎癥啟動階段，M2 亞群主要參與炎癥消退階段。有關超級愈合小鼠的研究發現，創傷發生后小鼠滑膜組織內激活的巨噬細胞中 M1 亞群占主導地位的現象僅維持數周，而在野生型小鼠體內該現象可持續 2 個月甚至更久[27]。據此，學者們提出去除巨噬細胞能消除炎癥，進而延緩 OA 進展的設想，并進行了大量相關研究。Wu 等[39]構建了 CSF-1R-GFP 綠色熒光標記巨噬細胞的 MaFIA（macrophage Fas-induced apoptosis）基因工程鼠，該動物模型既可通過熒光成像觀察體內巨噬細胞的分布，也可在小分子 AP20187 的誘導下促使巨噬細胞凋亡，達到去除巨噬細胞的目的。首先，利用 MaFIA 基因工程鼠構建 OA 模型，造模后即刻關節腔內注射 AP20187，去除滑膜組織內所有亞群的激活巨噬細胞。結果發現，MaFIA 基因工程鼠的巨噬細胞 M1、M2 亞群數量均少于野生型小鼠，造模 1 周后骨贅形成減少，但是造模 9 周后滑膜炎癥及軟骨退變更嚴重。這一結果表明炎癥在 OA 進展中具有“雙刃劍”作用，持續慢性炎癥的形成可能與激活巨噬細胞的數量無關，與 M1 亞群向 M2 亞群轉變失敗有關。這可能是 OA 炎性反應消散失敗，進入持續慢性炎癥惡性循環的關鍵環節。近期一項研究通過免疫組織化學及免疫熒光標記 M1、M2 特異性分子標志物進行觀察，結果發現人及小鼠 OA 滑膜中均以 M1 亞群聚集為主[40]，進一步說明 M1 亞群向 M2 亞群轉換失敗在 OA 的病理作用。
目前，對于激活巨噬細胞誘發 OA 或加重 OA 進展的作用機制尚未明確。Bondeson 等[41]從 OA 患者滑膜組織中提取滑膜細胞，通過流式分選技術去除 CD14 陽性的滑膜巨噬細胞后，發現成纖維樣滑膜細胞分泌 IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、MMP-1、MMP-3、ADAMTs-4，表明滑膜巨噬細胞在誘發滑膜炎癥過程中有啟動作用。Blom 等[42]采用大鼠進行研究，他們首先通過關節腔注射氯膦酸鹽脂質體誘導巨噬細胞凋亡以去除滑膜巨噬細胞，7 d 后通過關節腔注射Ⅱ型膠原酶構建 OA 模型；觀察發現造模 7、14 d 后 OA 模型軟骨退變程度較未誘導巨噬細胞凋亡的 OA 模型減輕，滑膜組織中的 MMP-3、MMP-9 表達也明顯減少，但軟骨組織中的 MMP-3、MMP-9 表達無明顯變化。Blom 等[43]的另一研究發現，氯膦酸鹽去除巨噬細胞的小鼠 OA 模型在造模后 7、14 d 骨贅生成較對照組減少了 84%、66%，滑膜淺層 TGF-β、BMP-2、BMP-4 表達也明顯降低，而骨面生長因子無明顯變化。以上研究結果均提示，滑膜巨噬細胞可能通過誘導成纖維樣滑膜細胞釋放 MMP 及生長因子加速 OA 進展，在疾病早期針對性去除促炎作用的 M1 亞群巨噬細胞，可以延緩 OA 進展。
巨噬細胞影響 OA 發生發展的另一可能機制是通過旁分泌作用直接影響軟骨細胞的合成分解代謝功能。Samavedi 等 [44]的研究將激活巨噬細胞與軟骨細胞進行共培養，觀察發現軟骨細胞中 MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13 及 IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-8 表達均明顯增加，可能與 M1 亞群分泌的 Rspo2（R-spondin-2）蛋白激活軟骨細胞的 β-catenin 通路有關[45]。Utomo 等[46]將含 M1、M2 亞群巨噬細胞上清液的 DMEM 條件培養基與軟骨細胞進行間接共培養，結果發現 γ-IFN +TNF-α 刺激后的 M1 條件培養基可以明顯上調軟骨細胞 IL-β、MMP-13、ADAMTs-5 基因表達，下調 Col2A1、Aggrecan 基因表達；而 IL-10+IL-4 刺激后的 M2 條件培養基不能逆轉這一現象。因此，Utomo 等認為 OA 治療關鍵在于抑制促炎因子釋放或者刺激抗炎巨噬細胞（M2 亞群）的分化。Dai 等[47]的研究發現魷魚Ⅱ型膠原蛋白可以通過免疫調節作用激活 M2 亞群巨噬細胞，從而增加 TGF-β1 及 TGF-β3 的分泌，促進軟骨修復，提示了 M2 亞群巨噬細胞作為 OA 治療靶點的可能性。
巨噬細胞具有較強可塑性，可以根據所處微環境進行重編程，可以是啟動炎癥、釋放大量促炎因子的 M1 亞群，也可以是抑制炎癥、重塑組織、釋放抗炎因子及生長因子的 M2 亞群。但隨著研究的深入，學者們認為 M1、M2 亞群可能只是巨噬細胞分化的兩種極端類型，可能還存在著第 3 種過渡類型。因為有研究發現即使同一種物質、同樣的低氧環境，既可促使巨噬細胞向 M1 亞群分化，也可向 M2 亞群分化，導致這一差異的原因僅僅是刺激物質濃度不同[48]。這種由一種亞群向另一種亞群轉變的過程稱為重編程，目前相關研究有限，發現的涉及重編程通路可能包括 JNK、PI3K/Akt、Notch、JAK/STAT、TGF-β、TLR/NF-κB，同時重編程還受到 microRNA 的調節[49]。Topoluk 等[50]將 OA 軟骨細胞、M1/M2 亞群巨噬細胞及胎盤 MSCs 進行共培養后發現，M1/M2 比例的減少可以增加軟骨細胞活性及糖胺聚糖的含量，而胎盤 MSCs 可以降低 M1/M2 比例，其作用機制可能與前列腺素 E2 有關[51]。因此，探索合適的促使巨噬細胞 M1 亞群向 M2 亞群重編程的物質及其具體機制將有助于 OA 的早期防治。
4.2 T 細胞與 OA
現有證據表明，OA 滑膜組織（特別是炎癥明顯的滑膜組織）中的免疫細胞主要包括巨噬細胞、T 細胞、B 細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞等[52]。其中，巨噬細胞占 65%、T 細胞占 22% [53]。Symons 等[54]利用 ELISA 法檢測 OA 關節液中的可溶性 CD4，發現 OA 患者可溶性 CD4 濃度低于類風濕性關節炎患者，但高于正常人。Hussein 等[55]利用流式細胞技術對比 OA 與類風濕性關節炎患者滑液中 CD4+、CD8+ T 細胞的比例，發現兩者 CD4+/CD8+的比例相似，且 CD4+ T 細胞占優勢。Kriegova 等[56]的研究也獲得相同結果，同時還發現女性患者 CD4+ T 細胞更高。這些研究結果均說明 T 細胞與 OA 的病理過程密切相關。
T 細胞參與 OA 病理過程的機制可能與其識別軟骨基質蛋白聚糖的分解產物有關。de Jong 等[57]的研究發現，T 細胞可特異性識別蛋白聚糖 16-39、263-282 氨基酸位點，從而增加炎性因子的釋放。T 細胞有多種亞群，包括 Th1、Th2、Th9、Th17、Th22、Treg 細胞等，目前研究證據提示與 OA 病理相關的細胞亞群主要為 Th1、Th9、Th17 細胞。有研究通過比較 OA 與類風濕性關節炎患者外周血、關節液、滑膜中的 Th1/Th17 細胞比例，發現 OA 患者外周血及滑膜中 Th1/Th17 細胞比例均較高，滑膜中的 Th1 細胞增多，Th17 細胞較少[58-59]。這種循環 T 細胞的細胞毒性更大，而髕下脂肪墊中的 T 細胞同時出現了分泌表型的改變[60]。各種亞型在 OA 中的具體激活機制尚未明確，可能與 mTOR 自噬通路、氨基酸代謝及腸道菌群有關[61]。
4.3 補體與 OA
補體系統由三十余種蛋白質成分構成，其激活途徑包括經典激活途徑、選擇性激活途徑及甘露糖結合蛋白激活途徑，3 種途徑的共同交匯點均為 C3 的激活及 C5-7 形成膜攻擊復合物（membrane attack complex，MAC）[62]。已有文獻報道補體蛋白在 OA 滑膜組織及滑液中的表達量均增加，同時 MAC 含量與滑膜炎癥程度成正相關[63-64]。但軟骨細胞在 IL-1β、TNF-α 的刺激下也能分泌補體蛋白。作為補體系統的交匯點，C3、C5 對于 OA 更重要。在內側半月板切除的小鼠 OA 模型中，Wang 等[65]發現 C5、C6 基因敲除小鼠的 OA 程度更輕；而敲除 MAC 抑制蛋白 CD59 則加重 OA 病變，而羧肽酶 B 可以減少 MAC 的形成而對軟骨有保護作用。因此，明確補體系統與其他固有免疫細胞及軟骨細胞之間的交互作用，定向阻斷補體系統，對于有效防治 OA 進展有重要意義。
5 診療進展及展望
隨著對 OA 發病機制研究的深入，學者們對固有免疫系統在 OA 病理中的作用越來越重視。明確固有免疫不同細胞及成分在 OA 中的作用及其與軟骨細胞之間的交互效應，有助于精準治療 OA；對于滑膜炎癥明顯的亞型，已有研究開始探索給予炎性介質拮抗劑或細胞拮抗劑，從而抑制炎癥級聯效應。盡管目前具體機制尚未明確，但對固有免疫系統在 OA 中的作用研究為該病的診療提供了一個全新視角。