汪澍：骨關節炎與脂代謝紊亂關系

　　骨關節炎（osteoarthritis,OA）又稱為增生性關節炎、退行性關節炎或骨關節病，是關節炎中最常見的一種，該疾病發病率在中老年人群中較高，隨著年齡增加，關節軟骨破壞，隨后關節僵硬畸形，失去活動能力，最終致殘。在我國OA的總患病率約為15%，并且隨年齡增長而增加，60歲以上達50%，而70歲以上則可高達80%。

　　美國的一項調查數據顯示，社區成年人OA患病率可達10.4%，針對OA的治療費用較高，經濟負擔沉重。目前OA的治療方法很多，但多為對癥治療，尚無治愈或阻止其進展的有效方法。隨著對OA發病機制的深入研究，治療手段也從傳統的緩解癥狀逐漸轉變為以預防為主。

　　近年來，研究發現代謝因素與OA密切相關，尤其是脂代謝紊亂。因此，本文通過探討OA的危險因素及發病機制來闡述脂代謝紊亂與OA之間的相互聯系，從而為積極干預，預防OA的發生發展以及在未來OA的治療提供新思路。

　　1.OA的影響因素

　　OA多見于老年人，且受累部位多是承重關節（如膝關節），傳統觀點上認為OA僅僅是機械因素所致，但新近的流行病學及生物學證據表明OA并不是單純與衰老或機械應力相關的退行性疾病，而是機械因素、代謝紊亂和炎性衰老等多因素共同參與的疾病。在代謝因素中，脂代謝紊亂尤為重要。脂代謝紊亂可造成炎性因子的釋放、促進軟骨骨贅形成、加速軟骨細胞凋亡，同樣脂代謝紊亂病人常伴有肥胖，增加承重關節負荷，加重關節機械損傷。

　　2.脂代謝紊亂與OA的發生發展密切相關

　　OA病因有很多，而脂代謝紊亂作為危險因素是目前主流的研究方向之一，盡管在OA和脂代謝紊亂之間是否有關的這一觀點上存在著爭議，但有研究發現OA的發生發展與脂代謝紊亂存在密切的聯系。Stürmer等對809例因OA所致膝關節或髖關節置換病人的OA模式進行研究，獲取病人對側關節、雙手X線平片以及病人血液樣本，根據對側關節有無OA，將病人分為雙側OA和單側OA；如果存在不同手指關節的影像學OA，該類病人被歸類為全身OA。

　　以此方法將病人的血清膽固醇水平分為三組，再利用Logistic回歸計算血清膽固醇與OA模式相關的優勢比（OR）。分析后發現，高膽固醇病人比無高膽固醇病人更容易患全身性OA（OR1.61），為血清膽固醇作為OA系統風險因素提供了證據。Davies-Tuck等為探討高水平的血清膽固醇和甘油三酯對骨髓損傷基線患病率，以及2年內無疼痛的中年婦女人群骨髓損傷發病率之間的關系而做了一項隊列研究。

　　該研究的實驗對象為148名40～67歲女性，獲取研究對象在基線檢查和2.2年（標準差0.12）后的膝關節磁共振成像，測量兩個時間點的膝關節軟骨下骨骨髓損傷情況，并在磁共振成像前1.5年測量空腹血脂，最后采用Logistic回歸分析軟骨下骨骨髓損傷的概率。

　　在校正年齡和體重指數的潛在混雜因素后的數據顯示：總膽固醇每增加1單位，骨髓損傷發生率為1.84（P=0.048）；甘油三酯每增加1單位，骨髓損傷發生率為8.4（P=0.01），故認為骨髓損傷的發生與總膽固醇和甘油三酯濃度升高有關。

　　Xiong等為證明脂代謝紊亂與OA風險之間的關系，對53,955名參與者進行了系統回顧和薈萃分析。該分析共納入9項研究來探討脂代謝紊亂對OA風險的影響，其中包括4項隊列研究，3項病例對照，2項橫斷面研究。

　　基于病例對照和橫斷面研究的薈萃分析發現，血脂異常組的OA明顯高于無血脂異常組（病例對照：OR1.37；橫斷面：OR1.33），表明了脂代謝紊亂與OA之間存在密切的關系。然而，該研究仍然存在一定的不足。首先，隊列研究的薈萃分析并沒有證實脂代謝紊亂與OA有聯系（RR1.00）；其次，該研究沒有對膝關節、髖關節和手關節不同部位的OA進行薈萃分析。

　　由于不同部位關節對代謝因素易感程度不同，所以脂代謝紊亂對其影響也會有所不同；最后，該研究也未對各種血脂異常的影響進行薈萃分析（如低密度脂蛋白水平、甘油三酯水平和膽固醇水平）。因此，該薈萃分析提供的證據并不完全充分，脂代謝紊亂與OA之間的關系還需要進一步探討。除上述人群研究之外，許多動物實驗也證實脂代謝紊亂可誘導OA的發生發展。

　　Farnaghi等利用8周齡雄性Wistar大鼠作為飲食性高膽固醇血癥模型，將大鼠分為兩組，分別喂食對照飲食和高膽固醇飲食，采用內側半月板切除術誘導大鼠OA，術后8周處死大鼠，取膝關節組織進行組織學檢查。結果顯示，與對照組相比，高膽固醇飲食組的假手術和真手術大鼠的蛋白多糖顯著丟失，且高膽固醇合并真手術大鼠Mankin評分均高于其他三組。

　　由此認為，高膽固醇飲食可以引起大鼠骨關節樣改變，并且在機械因素和脂代謝因素共同作用下，病情更為嚴重，從而也證明了OA是多種因素共同參與。Seo等發現25-羥基膽固醇（25-hydroxycholesterol,25-HC）作為一種氧化膽固醇，可以在不同類型的細胞中誘導凋亡，于是進行了一項關于氧化膽固醇25-HC能否誘導軟骨細胞凋亡的實驗。該實驗使用5日齡SD大鼠的膝關節軟骨細胞作為材料，然后用25-HC處理軟骨細胞24小時后，評估細胞存活程度。

　　加入溴化噻唑藍四氮唑（methylthiazoletetrazolium,MTT）溶液后，進一步培養軟骨細胞4小時，測定細胞活力。與對照組（97.6±4%）相比，用濃度為10和20μg/ml25-HC處理的軟骨細胞存活率分別為77.38±6%、64.85±3%；MTT法檢測結果顯示，與對照組（100±7%）相比，用濃度為10和20μg/ml25-HC處理的軟骨細胞活力降低至73±6%、55±3%，故25-HC可降低軟骨細胞活性，誘導軟骨細胞凋亡。

　　Gierman等采用喂食0.1%的膽固醇西式飲食和喂食0.3%單純膽固醇的方法，將雌性APOE*3Leiden.CETP小鼠分為對照組、低膽固醇組和高膽固醇組，對照組小鼠喂食正常飲食，39周后測定膝關節OA分級及關節滑脫程度，在整個研究過程中兩個實驗組的血漿膽固醇水平明顯高于對照組（P<0.001），低膽固醇組膽固醇暴露量為對照組的3.1倍，高膽固醇組膽固醇暴露量為對照組的5.6倍（P<0.001）。通過對照組（n=12）、低膽固醇組（n=10）、高膽固醇組（n=12）OA評分（數據以平均值表示）。結果發現，低膽固醇組和高膽固醇組內側OA的發生數量明顯多于對照組，并且呈劑量依賴性（對照組：1.57；低膽固醇組：2.96；高膽固醇組：3.46），因此認為飲食膽固醇以及相應升高血漿膽固醇水平在OA的發生中起密切作用。

　　Collins等將連續喂食12周高脂食物的SD大鼠（n=33），隨機分為三組：單側前交叉韌帶切斷組、假手術組和非手術組。術后16周處死，測量體脂、計算膝關節改良Mankin評分。數據顯示：高脂飲食組大鼠的體脂百分比、體脂絕對量和體重均高于低脂飲食組動物（P<0.001），且所有高脂飲食大鼠的實驗肢體（r=0.60,P=0.004）和對側肢體（r=0.75,P<0.001）的改良Mankin評分與體脂百分比均呈正相關，因此可以認為骨關節的損傷與體脂含量有聯系。

　　而Guss等對C57BL/6J小鼠喂食高脂飲食并通過循環壓縮負荷誘導軟骨損傷的方法建立動物模型，在經過6個周期的循環壓縮負荷后，數據顯示：高脂飲食小鼠的血清脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）、趨化因子（chemokines,KC）和白介素-10（interleukin-10,IL-10）水平最高（LPS2990±779；KC269±48.8；IL-1019.8±7.94），循環壓縮負荷后的肢體OARSI評分與體重、脂肪墊質量、KC、IL-10和LPS顯著相關。

　　由此可知，高脂飲食小鼠軟骨損傷增加，OA情況更為嚴重，病情進展更加迅速，故高脂飲食對OA的病情發展有促進作用。

　　綜上所述，高膽固醇和高甘油三酯在OA的發生發展中有重要的作用，是導致OA的危險因素，也為后續對OA致病機制的研究提供了研究的方向。

　　3.脂代謝紊亂導致OA的分子機制及研究進展

　　目前關于脂代謝紊亂對OA致病機制尚不完全明確，但仍有研究探討了OA發病的部分機制：膽固醇轉運基因表達異常、低密度脂蛋白水平升高、脂肪因子分泌、關節炎癥水平增加促使軟骨細胞自噬減少。

　　1）膽固醇轉運基因表達異常

　　Tsezou等通過從OA病人的股骨髁和脛骨平臺中獲取關節軟骨組織，從所有樣本中提取細胞總RNA，經反轉錄為互補DNA后，用實時聚合酶鏈反應（real-time PCR）檢測正常關節軟骨和OA關節軟骨中ATP結合盒轉運體A1（ATP-binding cassette transporterA1,ABCA1）、載脂蛋白A1（apolipoproteinA1,ApoA1）和肝X受體（liver X receptors LXRα和LXRβ）mRNA的表達水平，發現OA病人膽固醇轉運基因ABCA1和ApoA1的mRNA表達比正常軟骨的表達明顯降低，并且LXRα和LXRβ的mRNA表達水平也顯著下降。

　　而后通過采用WesternBlot分析法檢測ApoA1蛋白的表達水平發現，與正常軟骨相比，OA病人的ApoA1蛋白表達也顯著降低，而ABCA1和LXR二者的蛋白表達該實驗中并未闡述。隨后用LXR激動劑TO-901317治療OA軟骨細胞，發現ApoA1和ABCA1的mRNA表達水平以及膽固醇外流顯著增加。

　　此外，OA軟骨細胞呈現細胞內脂質沉積，經TO-901317治療后細胞內脂質積聚顯著減少。由此可以認為OA的發生與調節膽固醇轉運的基因表達有關，當膽固醇轉運發生異常時，會導致膽固醇在軟骨細胞內超負荷蓄積，致使軟骨細胞肥大、軟骨骨化，加重軟骨退變。而LXR激動劑能夠促進膽固醇外流，可能是OA治療干預的靶點。

　　2）低密度脂蛋白水平升高

　　DeMunte等用LDL受體缺陷型（LDLr-/-）小鼠和野生型（wild type,WT）對照小鼠作為實驗動物，兩組小鼠接受高膽固醇或者對照飲食120天，喂養12周后在關節內注射膠原酶誘導實驗性OA，基于關節處異常骨質的形成情況，發現高水平的低密度脂蛋白和高膽固醇飲食是導致實驗性OA期間異位骨加速形成的重要原因（正常飲食+WT小鼠：4/10；高膽固醇飲食+WT小鼠：8/10；正常飲食+LDLr-/-小鼠：8/10；高膽固醇飲食+LDLr-/-小鼠：9/10）。

　　隨后用氧化低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein,oxLDL）刺激巨噬細胞，48小時后檢測轉化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）活性，發現信號顯著增加2.9倍（P<0.05），而單獨使用oxLDL則不增加TGF-β活性。由此可知，滑膜里的巨噬細胞攝取oxLDL激活TGF-β和少量骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein,BMP）是LDL水平增加而促進異位骨形成的一種潛在機制。

　　近年來的研究發現，軟骨細胞外基質中持續的低密度脂蛋白積累可觸發C反應蛋白（C-reactive protein,CRP）和白細胞介素（interleukin-6,IL-6）水平升高，表達研究也顯示OA標本中IL-6mRNA水平升高。

　　轉錄因子核因子-kβ（nuclearfactorkβ,NF-kβ）是另一種在脂質誘導炎癥中起重要作用的分子。基本作用是通過激活不同的基因來調節炎癥和免疫反應，包括編碼粘附分子、生長因子和細胞因子的基因。脂蛋白氧化可產生大量不同的自由基，激活促炎性NF-kβ，從而引起炎癥。

　　3）脂肪因子分泌

　　目前認為，當脂質代謝異常時，機體為維持正常的脂代謝水平會釋放不同的的脂肪因子，從而達到抑制脂肪生成和增加脂肪分解的目的，而脂肪因子除了具有調節血脂、消耗能量的作用之外，還參與軟骨和半月板組織中新合成基質的分解代謝和炎癥反應等功能，這可能與OA的發生有一定的聯系。

　　Nishimuta等用牛軟骨和半月板組織作為材料，在基礎培養基（對照）或添加脂肪因子的培養基（實驗）分別培養，數天后發現，半月板和軟骨對脂肪因子介導的降解具有敏感性，尤其是抵抗素，抵抗素可以刺激半月板組織快速廣泛的分解代謝。目前已知，絕大多數脂肪細胞因子（除脂聯素外）其本身就可以作為促炎因子，同時又可以通過與基質金屬蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9,MMP-9）和基質金屬蛋白酶-13（matrix metalloproteinase-13,MMP-13）等軟骨基質降解酶因子的協同作用，加速OA后期軟骨退變過程，參與OA的炎性反應過程。

　　4）細胞自噬減少

　　細胞自噬是一種重要的細胞內穩態機制，用于清除功能失調的細胞器和大分子。尤其在OA最初的退行性階段中，軟骨細胞自噬會增加，該過程是通過調節細胞凋亡和活性氧（reactive oxygen species,ROS）來調節相關基因表達變化來實現的。通過這種方式，自噬作為一種適應性反應來保護軟骨細胞免受各種環境變化的影響。

　　而后研究發現隨著OA嚴重程度的增加，軟骨細胞的自噬能力減弱。Xue等分離培養了大鼠的關節軟骨細胞，將軟骨細胞分為空白組和IL-1β誘導組（IL-1β組），然后用單丹磺酰戊二胺（dansylcadaverine,MDC）染色檢測細胞自噬；用GFP-LC3熒光顯微鏡觀察軟骨細胞自噬率；用實時聚合酶鏈反應（real-time PCR）檢測自噬基因相關蛋白5（autophagy5,ATG5）和自噬基因相關蛋白7（autophagy7,ATG7）的mRNA表達；用WesternBlot檢測自噬標志物（LC3、Beclin1和p62）。

　　在軟骨細胞培養24小時后，將IL-1β組軟骨細胞與空白對照組進行比較，發現IL-1β組MDC陽性染色細胞減少，染色強度減弱，自噬率降低，并且ATG5和ATG7的mRNA表達以及自噬標志物LC3蛋白、Beclin1和p62表達均顯著下調。因此可以得出結論，炎癥水平的增加可降低軟骨細胞的自噬活動，從而減弱了軟骨細胞對各種應激的抵抗能力，促進軟骨的退行性變。

　　4.通過糾正脂代謝紊亂來治療OA

　　目前，對OA的治療主要集中在改善癥狀上，流行病學和實驗研究也證實OA的致病和發展離不開機體的脂質代謝紊亂的參與，這也給OA的病因治療提供了新的思路。Eymard等通過觀察眾多關于脂代謝紊亂和OA聯系的研究提出了血脂異常治療（他汀類藥物和貝特類藥物）可能對OA放射學進展產生有益影響的假說。一些臨床研究發現他汀類藥物對OA的進展有延緩作用。

　　Clockaert等用2921名55歲及以上的參與者做了一項研究，獲取參與者基線和平均6.5年后的膝/髖關節X光片，并使用OA的Kellgren-Lawrence（K-L評分）進行評分，比較他汀類藥物使用者和非使用者OA的總體進展，采用多變量Logistic回歸模型和廣義估計方程進行分析，在校正混雜變量后計算優勢比（OR）。結果發現膝OA整體進展的減少與他汀類藥物的使用有關（OR0.43；P=0.01）。

　　隨后Kadam等為驗證他汀類藥物能否減少臨床OA的這一假設而進行了一項縱向研究。采用Cox和離散生存期分析，對2年內、4年和10年隨訪期內臨床確定的OA的偶發事件進行評估。Cox回歸比率顯示：四分位數1（最低劑量），比率2.55；四分位數2，比率1.31；四分位數3，比率0.82；四分位數4（最高劑量），比率0.41。因此認為在10年的隨訪期內，他汀類藥物的日平均劑量越高，OA發生的可能性越低，且結果與劑量梯度有關。

　　除了人群研究外，一些動物研究也證實了他汀類藥物對膽固醇誘導的OA有保護作用。Farnaghi等利用載脂蛋白E缺乏（ApoE-/-）小鼠和Wistar大鼠誘導高膽固醇血癥表型，兩種模型均出現了OA樣改變，對一組患有高膽固醇血癥的小鼠和大鼠使用阿托伐他汀，8周后處死，取膝關節組織進行組織學檢查，評估該治療是否對膽固醇引起的OA有任何治療作用，結果發現阿托伐他汀治療顯著減少了高膽固醇血癥動物的軟骨降解，推測降膽固醇藥物可以逆轉小鼠和大鼠的某些變化。

　　有體外和體內的證據表明，他汀類藥物可能通過多種途徑減少OA的進展，包括它們對脂質代謝和炎癥的影響。Gierman等選用與人類脂蛋白代謝相似的小鼠作為動物模型來研究膽固醇和不同降膽固醇處理對OA的影響，發現攝入高膽固醇飲食導致血漿膽固醇水平升高在OA的發生中起促進作用，而阿托伐他汀在降脂的過程中對OA發展具有抑制作用。

　　關于他汀類藥物對OA的保護機制已有部分研究報道，他汀類藥物的抗炎作用似乎與降低膽固醇活性無關，而是可能與作用于細胞膜內固有的膽固醇含量有關，這種改變可能破壞正常的細胞信號[。也有報道稱，阿托伐他汀使促炎細胞因子（干擾素-γ和IL-6）的產生明顯減弱。

　　他汀類藥物降低炎癥因子表達可能是由于其抑制了單核細胞或內皮細胞中NF-kβ通路，而NF-kβ是40多種炎癥基因的轉錄調節因子。

　　5.OA對脂代謝的影響及機制

　　OA與脂代謝紊亂兩者之間存在復雜的關聯，脂質代謝異常可以引起OA的發生，而與此同時兩者又相互影響。理論上來說，患有OA的病人會因肢體疼痛、活動受限，導致體力活動減少引起肥胖，從而造成血清膽固醇和甘油三酯水平升高，而研究也表明OA病人常常會伴隨脂代謝紊亂。

　　Maddah等對625名以膝關節疼痛為主訴的病人進行雙膝負重及前后位平片檢查，根據Kellgren-Lawrence（K-L）評分將等級為2、3和4的參與者歸為OA組，其余歸為非OA組，在隔夜禁食之后，采集參與者血液樣本，測量空腹血脂和血糖。結果以定量變量的平均值±標準差（x±SD）表示，并以分類變量的絕對頻率和百分比進行總結。

　　結果發現，OA組男女病人的血清甘油三酯水平均高于非OA組病人（男性：非OA組80.90±10.46，OA組134.40±11.71，P<0.001；女性：非OA組86.81±9.98，OA組126.12±14.60，P<0.001），且OA組女性病人的體重指數也高于非OA組女性病人（非OA組22.78±4.25,OA組25.14±4.58,P=0.002）。

　　除此之外，血脂正常的OA病人在關節局部也會出現脂質異常。deVisser等進行了一項研究，量化實驗性誘導OA大鼠血漿和滑液中的氧化脂質水平，結果發現，在標準飲食手術誘導的OA大鼠，其關節滑液中可觀察到部分改變的氧化脂質，而血脂并未出現異常。由于OA屬于慢性炎癥，因此產生的一些炎癥因子可能會參與機體正常的脂質代謝。

　　腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor,TNF）增加脂肪分解，導致循環游離脂肪酸水平增加，從而刺激肝臟甘油三酯的產生，從而導致TNF誘導的高脂血癥。實驗證實，對小鼠使用TNF-α、IL-1和干擾素-α后能迅速刺激肝臟脂肪酸合成，表明多種干擾脂質代謝的信號可能是炎癥反應的結果。

　　許多證據表明，IL-6參與脂肪組織代謝、脂蛋白脂酶活性和肝臟甘油三酯分泌，分泌較高的IL-6容易出現脂質異常。Greenberg等給予小鼠IL-6后，觀察小鼠脂肪組織中脂蛋白脂肪酶（lipoprteinlipase,LPL）的活性，發現LPL活性下降，從而導致LPL分解脂蛋白中甘油三酯和磷脂的能力下降，并且也阻礙了脂蛋白之間膽固醇、磷脂及載脂蛋白的轉移。

　　通過上述研究表明，OA的發生發展會伴隨脂質代謝的異常，隨著脂質積累過量可促使游離脂肪酸進入關節液，當甘油三酯和脂肪酸在非脂肪組織中蓄積，從而產生的脂毒性可能影響軟骨細胞的功能，加重OA的進程，造成惡性循環。目前關于OA影響脂代謝紊亂的研究較少，OA導致脂毒性紊亂的分子機制未見明確報道，故可以作為未來研究的一個方向。

　　6.結語與展望

　　盡管目前已經進行了許多臨床和基礎研究，發現脂代謝紊亂在OA發生發展過程中發揮著重要的作用，但OA屬于復雜性疾病，影響因素眾多，針對OA的發病原因尚未完全闡明。在有關OA的發病機制中，脂肪因子與膽固醇代謝紊亂導致OA的機制已見報道，但甘油三酯和脂肪酸異位蓄積引起的脂毒性對OA影響及其分子機制缺乏研究，因此該方面致病機制還需繼續研究，并且關于OA能否對脂毒性紊亂產生影響這方面研究尚不明確，這一問題在將來還需進一步探索。

　　目前關于OA的藥物治療一般傾向于緩解癥狀，而手術治療是OA病人晚期的唯一選擇，因此目前針對OA的治療還應以早期預防為主，合理飲食、適當運動，必要時可服用降脂藥物調節機體脂質水平，可能對OA會起到一定的預防作用。但有關降脂藥對OA的治療效果尚不完全明確，還需進行多項隨機對照試驗進行研究方能證實，與此同時關于降脂藥的研究中以他汀類藥物多見，其他類型降脂藥（如貝特類）研究較少，在未來的藥物研究方面上也可以作為研究方向，以及各類降脂藥物對OA的治療的分子機制還需深入探討研究。