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细胞因子对关节软骨基质合成的调节作用 |
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张小红 许增禄
(中国医学科学院中国协和医科大学基础医学研究所，北京 100005)
1.关节软骨的结构与成分
关节软骨是一种特殊的结缔组织，它覆盖在关节的负重面上，关节软骨是由软骨细
胞及细胞外基质所构成，软骨细胞是成人透明软骨的唯一细胞，它合成与分泌高特异性
的软骨基质。软骨基质则是由胶原纤维网和大分子的糖蛋白所构成，胶原纤维具有很强
的张力，而大分子的糖蛋白则可通过吸收与挤压出水分来调节所承受的压力。关节腔液
提供润滑作用，减少关节软骨表面在运动时的摩擦。
1.1软骨细胞：与其他组织相比，软骨细胞很少，它只占总体积的1%～2%。在成熟
的关节软骨中，软骨细胞是终末分化细胞。它们分布在基质的软骨细胞陷窝内。在成长
中的动物软骨细胞仅限于修复损失的胶原，只有蛋白多糖被不断的合成。在正常情况
下，软骨细胞的合成与分解代谢被严格地调节以保持平衡。由于它们的这种性质，成熟
的软骨细胞曾被认为在代谢上是不活跃的。但是现在认为软骨细胞对生化与物理刺激均
起反应。它们合成各种酶、酶的抑制剂、生长因子、细胞因子以及其他的基质成分。
1.2 软骨基质的构成：软骨细胞合成与分泌细胞外基质包括：Ⅱ型胶原，Ⅸ型与Ⅺ
型胶原，蛋白多糖以及小的糖蛋白，还有其他特异性与非特异性的基质蛋白。这些有机
成分仅占湿重的20%，其余则为水与无机盐。
1.3 胶原：主要为Ⅱ型胶原蛋白，它约占干重的50%。Ⅱ型胶原纤维是由3条完全相
同的α链[α1(Ⅱ)]3所组成，以三重螺旋方式排列。其他胶原ⅥⅨⅪⅩⅡ和ⅩⅣ型尽管它
们的数量少，但它们在结构与功能中起重要作用。Ⅸ与Ⅺ型胶原与关节软骨特异相关。
Ⅵ型胶原微纤维少量地存在于软骨细胞周围，它也许与软骨细胞的附着功能有关。Ⅸ型
胶原既是糖蛋白又是胶原。它含有1个硫酸软骨素链，此链附着在非胶原区。在电镜下
可看到Ⅸ型胶原的螺旋区分子与Ⅱ型胶原端肽形成共价连接，“装饰”Ⅱ型胶原纤维表
面。这提示Ⅸ型胶原的功能是作为Ⅱ型胶原与糖蛋白间结构上的媒介体。Ⅸ型胶原的破
坏也许会加速软骨的降解及功能的丧失。Ⅹ型胶原不存在正常成人的关节软骨中，但在
成熟的肥大软骨细胞的钙化期和骨关节炎的某些阶段，它被短暂的表达。
1.4糖蛋白：大的蛋白多糖包含1个225-250kDa的核心蛋白，以共价连接的方式与糖
胺多糖(glycosaminoglycans,GAGs)的边链相连，其中包括大约100个硫酸软骨素(CS)和30
个硫酸角质素(KS)。
2.关节基质的再生、降解与修复
在正常的成熟的关节软骨，细胞外基质的再生与其他的结缔组织相比是缓慢的，并
且它的修复能力也是有限的。除了细胞周围，胶原的再生率是非常低的。由于糖蛋白，
尤其是小的GAG更容易被酶所降解，所以糖蛋白被持续地合成。随着年龄的增长，人的
关节软骨中的蛋白多糖在成分与结构上也发生变化，值得注意的变化包括硫酸角质素
(KS)的增加以及硫酸软骨素(CS)的减少。
除了创伤与遗传缺陷外，关节软骨的老化是最基本的骨关节炎的易感因素，一般认
为，开始是由于机械的重压，导致软骨细胞代谢反应的改变，产生蛋白水解酶，如金属
蛋白酶，它分解软骨基质[1]随着疾病的进展，覆盖于负重表面的软骨基质降解和逐渐丢
失，关节的组织结构发生变化，包括骨化形成和软组织炎症，这些导致疼痛与活动受限
的临床症状。
目前对骨关节炎的研究，着重在确定胶原与糖蛋白被金属蛋白酶和其他酶水解的机
制，力图寻找蛋白酶合成或蛋白酶活性的抑制剂。这对于临床治疗将十分有意义。很明
显，干扰软骨细胞的修复功能可明显地抑制疾病的进程。因为成熟的软骨细胞不能再产
生正常的软骨基质。除非阻断修复过程，否则损害将是不可逆转的。在骨性关节炎的早
期，软骨细胞呈现出短暂的增生反应，细胞因子的合成增加，如IL-1α，TNF-α。软骨
细胞合成不适当数量与类型的基质成分，导致软骨基质丧失它的原始性质。
3.细胞因子对关节软骨基质合成的调节作用
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