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骨性关节炎细胞凋亡

2009/10/29 阅读:

【摘要】软骨细胞凋亡在骨性关节炎(OA)的发病中具有重要作用,其凋亡的途径有NO途径和Fas途径;主要受Bcl2基因家族、Bax、P53、ICE和cmyc基因家族调控;软骨细胞外基质的降解,可诱导软骨细胞凋亡。阐明软骨细胞凋亡在OA的发病机制中的作用,将有助于OA的防治。

【关键词】骨关节炎;软骨细胞;细胞凋亡;综述

Abstract:CartilageapoptosisfunctionsalotinOAoccurrence.ItsapoptosishastwowaysofNOandFas,mainlycontrolledbyBcl2genefamily,Bax,P53,ICEandcmycgenefamily;thedegenerationofcartilagecellbasecaninduceapoptosis.ItshowscartilageapoptosisfunctioninOAoccurrence,helpfultopreventionandtreatmentofOA.

Keywords:OA;cartilagecell;apoptosis;review

骨性关节炎(osteoarthritis,OA)是一种以关节软骨退行性变和继发性骨质增生为主要病理特征的慢性骨关节疾病,临床上以缓慢性关节疼痛、僵硬、肿大伴关节功能障碍为主要表现。细胞凋亡(apoptosis)是一种由基因控制并依赖ATP供能的细胞自主性死亡方式。随着细胞分子生物学的发展,国内外许多学者研究发现软骨细胞凋亡在OA的发生发展中起到关键作用[12]。本文就近年来骨关节炎关节软骨细胞凋亡的研究综述如下。

1软骨细胞凋亡的分布及比例

细胞凋亡即程序性细胞死亡,于1972年首次被Kerr描述,通常认为导致细胞凋亡的程序在机体内、外因素作用下被启动,导致细胞凋亡的发生。研究表明多种因素可引起关节软骨细胞的凋亡,关节软骨细胞凋亡参与了骨关节炎的发病[3]。Kim等[4]应用TUNEL法分析,结果显示OA组软骨细胞凋亡明显高于正常组,细胞凋亡在OA病变区高于非病变区。而对关节软骨细胞凋亡进行观察,发现OA关节软骨细胞凋亡位于软骨表层和中层,而正常关节软骨细胞也可出现凋亡,但检出率低,且主要位于表层[5]。OA软骨的表面有许多类似溶酶体和基质小泡样空的腔隙,是软骨细胞破碎及细胞核固缩所致。Pellettier和Herard的研究也表明,大部分凋亡软骨细胞位于OA软骨受损区的浅表层和中层[67]。此外,对连续切片观察发现关节软骨细胞凋亡表现为病灶性。Blanco等[8]研究也表明软骨细胞凋亡主要位于浅层和中层,但发现细胞凋亡并不是在所有的软骨细胞中同时发生,且发生率并不是很高,这和OA软骨退化是一个缓慢的过程相符合。软骨细胞凋亡的比例各家报道不太一样。Hashimoto用流式细胞仪检测到OA软骨细胞22.3%发生凋亡,而正常软骨细胞为4.8%[5]。胡建华等[9]发现OA病人软骨细胞凋亡发生率为4%~14%,而正常对照组则为0%~2%。Heraud等[6]发现,OA软骨细胞中有18%~21%软骨细胞表现出凋亡特征,而正常关节软骨中只有2%~5%凋亡细胞。在家兔膝关节OA模型中同样发现软骨细胞凋亡增加,OA侧关节软骨有28.7%的软骨细胞凋亡,而非OA侧正常软骨只有6.7%软骨细胞凋亡[10]。

2软骨细胞凋亡的途径

2.1NO途径Pelletier等给予实验性骨性关节炎狗服用N-亚氨基L赖氨酸(LNIL,一氧化氮合酶抑制剂),发现服用LNIL组骨关节炎的病理表现明显低于对照组。LNIL显著降低IL1β及基质金属蛋白酶(MMP)水平,降低Caspase3的活性,减少软骨细胞的凋亡数量[6]。由于NO可诱导软骨细胞的凋亡,故应用NO供体硝普钠(SNP)诱导建立软骨细胞凋亡模型已成为一种常用的实验手段。有研究发现前列腺素E2(PGE2)是一种软骨细胞生长抑制剂,如将其加入培养的牛关节软骨中,可诱发软骨细胞的凋亡。然而PGE2并不诱生NO,其生成也不需要NO的诱生,而硝酸钠可诱生高水平的PGE2,L单甲基精氨酸可减少PGE2的水平,提示PGE2可能为NO诱发软骨细胞凋亡级联反应中的下一激活物[11]。

2.2Fas途径Kim对比正常人及OA患者的关节软骨,发现正常人的软骨几乎看不到凋亡细胞,而在OA患者中,受损区软骨细胞的凋亡比例明显高于未受损区,Fas表达的结果与其相符。Fas及FasL在细胞表面的表达受细胞密度的影响,低密度区细胞(细胞处于未融合状态)Fas及FasL的表达,要高于高密度区细胞(细胞处于融合状态),但后者被主动性抗体诱导而凋亡的软骨细胞数目却是前者的15倍[12],提示在低密度培养时,保护性的抗凋亡机制被激活,使得软骨细胞对Fas途径介导的凋亡敏感性下降,但其具体机制尚不清楚。

3关节软骨细胞凋亡相关癌基因表达

3.1Bcl2基因家族Erlacher等[13]在转录和蛋白水平研究OA患者及健康成人关节软骨中Bcl2的表达发现,OA患者Bcl2mRNA表达水平较高,邻近软骨缺损区的软骨细胞高表达Bcl2蛋白。这反映了机体对凋亡的调控,通过上调Bcl2表达保护软骨细胞免遭凋亡。Kim等也发现,OA患者Bcl2在软骨受损区表达增加,而Bcl2在正常软骨中有更高程度的表达。Bax为编码Bcl2相关蛋白X的基因,它具有诱导细胞凋亡的功能。同其他细胞一样,软骨细胞的存活依赖于癌基因之间的平衡,如Bax过量,形成Bax二聚体,细胞即趋于凋亡。Bax在正常软骨、OA软骨受损区与未受损区中表达并无差异,提示软骨细胞的凋亡主要通过Bcl2调控。

3.2P53基因Okazaki等[14]发现p53mRNA水平、凋亡细胞数量在兔膝OA组中明显高于正常组,从而提示p53在关节软骨细胞凋亡中发挥了重要作用。野生型p53基因可促进NO诱导的软骨细胞的凋亡,其机制可能在于p53基因表达产物的聚集使Bax的表达增加,进而释放细胞色素C并激活Caspase,导致细胞发生凋亡[15]。

3.3cmyc基因Yatsugi等[18]对正常人关节软骨与OA关节软骨细胞比较发现,OA关节软骨细胞凋亡的程度与软骨退变的程度呈正相关,且cmyc参与了软骨细胞凋亡的全过程。cmyc引起细胞凋亡的机理可能是由于正常细胞周期不平衡,在细胞生长受到抑制的情况下,cmyc不成比例的表达导致细胞凋亡。

4软骨细胞凋亡与基质崩解的关系

细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)各成分平衡是维持各层软骨细胞活性的重要条件,凋亡与基质崩解密切相关。连续切片显示,OA患者关节软骨富含凋亡细胞的区域伴有大量蛋白多糖降解,表层软骨细胞凋亡最多,且基质降解最严重[19]。Ⅱ型胶原缺陷的转基因小鼠内可见关节软骨细胞大量凋亡,推测Ⅱ型胶原缺乏的软骨细胞间基质不能供养软骨细胞,而促进其凋亡。Gibson等认为肥大细胞表型X型胶原的表达是引起软骨细胞凋亡的原因。而骨关节炎时X型胶原的表达增加。这可能是软骨细胞凋亡增加的发病机制之一。

在骨性关节炎中,软骨细胞外基质的降解,可使细胞生存环境及生存信号丧失而导致软骨细胞凋亡,而细胞结构的破坏可使基质合成减少,增殖细胞随之发生的凋亡,也限制了基质的修复。ECM的降解产物亦可影响凋亡,蛋白多糖聚合物的降解产物之一G1结构域由于与透明质酸的结合不易进入循环系统,易在滑液中及软骨中积累,通过降低细胞间粘附诱导软骨细胞凋亡[20]。另外,一些物质具有诱发凋亡和激活基质降解的双重作用,如IL1既可诱导前列腺素、NO的合成,又可抑制、X胶原、蛋白多糖的合成。

5总结

近年来从分子水平乃至基因水平研究显示,骨关节炎关节软骨降解的发生除因软骨基质降解和(或)基质合成受到抑制外,软骨细胞凋亡异常也是一个重要原因。随着对软骨细胞凋亡研究的深入,发现细胞凋亡和骨关节炎的发生发展较为密切,其发生机制以及各种因素之间相互作用的关系仍不十分清楚,所以对这些问题的进一步探讨将会对OA的发病机制更加明确,同时为临床治疗OA提供了新的理论依据。

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