罗淦，汤样华，康仪，辛大伟，
熊振飞，徐灿达，岳振双，曾林如
浙江中医药大学附属江南医院，浙江 杭州
摘 要：骨关节炎是一种严重影响患者生活质量的关节退行性疾病，其病因及发病机制尚不完全清楚。目前，国内外大量研究已证实骨关节炎的病理变化过程与众多信号通路有密切联系，其中部分信号通路与介导骨关节炎软骨破坏及调控软骨细胞凋亡有关，如 ｐ３８丝裂原活化蛋白激酶、ｃ－Ｊｕｎ氨基末端激酶、Ｔｏｌｌ样受体等信号通路等；还有部分信号通路对骨关节炎软骨细胞增殖和凋亡具有双重调节作用，如细胞外调节蛋白激酶、Ｎｏｔｃｈ、Ｗｎｔ等信号通路。本文就骨关节炎相关信号通路的研究进展进行了综述。
关键词骨关节炎；ｐ３８丝裂原活化蛋白激酶类；ｃ－Ｊｕｎ氨基末端激酶；Ｔｏｌｌ样受体；蛋白酪氨酸激酶类；ＳＴＡＴ３转录因子；趋化因子 ＣＸＣＬ１２；受体，ＣＸＣＲ４；受体，Ｎｏｔｃｈ；Ｗｎｔ信号通路；转化生长因子 β；骨保护素；核因子 κＢ受体活化因子；综述
骨关节炎（ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ，ＯＡ）是临床上常见的慢性退行性骨关节疾病，又称退行性关节炎、老年性关节炎、肥大性关节炎等。临床上主要表现为缓慢发展的关节疼痛、压痛、肿胀、畸形及关节僵硬。该病以中老年患者多见，女性多于男性，６０岁以上的患病率可达 ５０％、７５岁以上则达 ８０％，严重影响患者生活质量并有较高的致残率［１］。目前有关该病的病因尚不明确，学者们认为可能与年龄、肥胖、炎症、创伤及遗传因素有关；其发病机制也尚未阐明，大多数学者认为可能是关节软骨细胞、细胞外基质和软骨下骨三者降解与合成耦联失衡的结果［２］。近年来，大量的研究表明多条信号通路与 ＯＡ的发生、发展均有密切联系，对其深入研究可为 ＯＡ的早期确诊和靶向治疗提供新的方向［３］。本文就 ＯＡ相关信号通路的研究进展进行了综述，以期为骨关节炎的研究和治疗提供新的思路。
与 ＯＡ软骨破坏及软骨细胞凋亡相关的信号通路
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ｐ３８ＭＡＰＫ信号通路ｐ３８丝裂原活化蛋白激酶（ｐ３８ｍｉｔｏｇｅｎ－ａｃｔｉｖａｔｅｄｐｒｏｔｅｉｎｋｉｎａｓｅｓ，ｐ３８ＭＡＰＫ）属丝氛酸/苏氨酸蛋白激酶，主要分为 ４种亚型：ｐ３８α、ｐ３８β、ｐ３８δ和 ｐ３８γ，其中 ｐ３８α和 ｐ３８β几乎可以在全身各个组织细胞中得到表达，ｐ３８δ和 ｐ３８γ的分布则相对具有组织特异性。研究表明，ｐ３８ＭＡＰＫ信号通路在 ＯＡ病理过程中可被炎症因子、生长因子等多种细胞外的应激原激活，然后将信号传递给转录因子，调节靶基因的表达，具有调节软骨细胞增殖和分化、调控基质金属蛋白酶 （ｍａｔｒｉｘｍｅｔａｌｌｏｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ，ＭＭＰ）的合成以及介导炎症因子的分泌和疼痛介质的产生等作用，在 ＯＡ软骨破坏中处于枢纽地位［４］。除此以外，该通路还能通过一氧化氮（ｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅ，ＮＯ）途径和 Ｆａｓ途径诱导关节软骨细胞凋亡［５］。研究证实，ｐ３８的特异阻断剂 ＳＢ２０３５８０不仅可以明显抑制软骨细胞的凋亡，减轻关节退变，还可以抑制炎症因子如环氧化酶 －２、膜结合型前列腺素 ２、一氧化氮合成酶的产生及 ＭＭＰ－１３的表达，达到阻止细胞外基质降解的目的［６］，这为 ＯＡ的治疗方法指出了新的方向。见图 １。
02
ＪＮＫ信号通路ｃ－Ｊｕｎ氨基末端激酶（ｃ－ＪｕｎＮ－ｔｅｒｍｉｎａｌｋｉｎａｓｅ，ＪＮＫ）也称为激激活蛋白激酶，包括 ３种基因编码：ＪＮＫ１、ＪＮＫ２和 ＪＮＫ３，其中 ＪＮＫ１和ＪＮＫ２在全身广泛表达，而 ＪＮＫ３在脑、心脏、睾丸等组织特异表达。ＪＮＫ对调控细胞的调亡发挥着重要作用；当肿瘤坏死因子（ｔｕｍｏｒｎｅｃｒｏｓｉｓｆａｃｔｏｒ，ＴＮＦ）－α水平升高，ＪＮＫ信号通路被激活并开始参于软骨细胞凋亡过程，而且凋亡抑制蛋白如 Ｂ淋巴细胞瘤 －２（Ｂ－ｃｅｌｌｌｙｍｐｈｏｍａ－２，Ｂｃｌ－２）、髓样细胞白血病 －１（ｍｙｅｌｏｉｄｃｅｌｌｌｅｕｋｅｍｉａ－１，Ｍｃｌ－１）的表达也明显下降［７］。此外，ＪＮＫ还参与抑制 Ｓｏｘ－９的表达，阻断 ＮＯ诱导软骨细胞凋亡，而 ＪＮＫ的抑制剂 ＳＰ６００１２５可以明显抑制软骨的病理性损伤［８］，为 ＯＡ的治疗又提供了一个方向。
03
ＴＬＲ信号通路Ｔｏｌｌ样受体（Ｔｏｌｌ－ｌｉｋｅｒｅｃｅｐｔｏｒ，ＴＬＲ）是一类天然免疫受体，目前被发现的人类ＴＬＲ有 １０种（ＴＬＲ１～ＴＬＲ１０）。其中，ＴＬＲ４是人类发现的第一个 ＴＬＲ相关蛋白，也是介导内毒素/脂多糖应答的最主要受体，在 ＯＡ的病理进展中起着关键作用［９］。根据信号转导过程中衔接蛋白的不同，ＴＬＲ４信号转导途径分为 ＭｙＤ８８依赖途径和 ＭｙＤ８８非依赖途径，而两种信号传导途径最终均需激活核因子 κＢ（ｎｕｃｌｅａｒｆａｃｔｏｒｋａｐｐａ－Ｂ，ＮＦ－κＢ）引起下游级联反应（图 ２）。ＴＬＲ２、ＴＬＲ４均在 ＯＡ的关节软骨和滑膜成纤维细胞中表达，且 ＴＬＲ４及其下游信号转导通路参与并介导了 ＯＡ的软骨和滑膜的破坏过程［１０］。过度活化 ＣＤ１４/ＴＬＲ－４－ＮＦ－κＢ信号，下游 ＮＦ－κＢｐ６５及 ＭＭＰｓ－１３的表达会升高，这可能是导致关节软骨破坏，从而诱发 ＯＡ发展的重要原因之一［１１］。因此，可尝试通过抑制 ＴＬＲ４下游信号的转录因子 ＮＦ－κＢ，来减缓 ＯＡ的关节破坏过程。此外，ＴＬＲ４信号通路还参与了软骨细胞的凋亡。钱臣等［１２］使用凋亡抑制剂 ＺＶＦ和凋亡诱导剂喜树碱刺激体外培养的膝ＯＡ软骨细胞，发现 ＴＬＲ４的表达活化与软骨细胞的凋亡有密切联系，并认为这可能与 ＴＬＲ４－ＭｙＤＤ８信号通路的活化引发促炎性因子白细胞介素 －１β（ｉｎｔｅｒｌｅｕｋｉｎ－１β，ＩＬ－１β）释放有关。
ｐ３８ＭＡＰＫ：ｐ３８丝裂原活化蛋白激酶
图 １ ｐ３８ＭＡＰＫ信号通路对骨关节炎的作用机制示意图
ＴＬＲ：Ｔｏｌｌ样受体
图 ２ Ｔｏｌｌ样受体 ４信号通路对骨关节炎的作用机制示意图
04
ＪＡＫ２/ＳＴＡＴ３信号通路近年来，酪氨酸蛋白激酶/信号转导和转录激活子（ｊａｎｕｓａｃｔｉｖａｔｅｄｋｉｎａｓｅ/ｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄａｃｔｉｖａｔｏｒｏｆｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，ＪＡＫ/ＳＴＡＴ）被发现是重要的细胞内信号转导通路。其中，ＪＡＫ２/ＳＴＡＴ３信号通路是重要的炎症通路及细胞促存活通路，在 ＯＡ中主要介导软骨细胞代谢、抗氧化应激及调控软骨细胞的凋亡［１３］。研究显示，在 ＯＡ大鼠模型的关节软骨中，Ｐ－ＪＡＫ２、Ｐ－ＳＴＡＴ３、Ｂｃｌ－２蛋白表达水平降低，而 Ｂａｘ蛋白表达水平升高，这表明ＪＡＫ２/ＳＴＡＴ３信号通路受到抑制，使软骨细胞的凋亡加快，从而加速了 ＯＡ的病理进程［１４］。而使用染料木素、薯蓣皂苷元、姜黄素可以激活 ＯＡ关节软骨细胞中的 ＪＡＫ２/ＳＴＡＴ３信号通路，进而降低凋亡相关蛋白Ｂａｘ的表达，增加促细胞存活蛋白 Ｂｃｌ－２的表达，最终起到抑制 ＯＡ软骨细胞凋亡的作用［１４－１６］。
05
ＳＤＦ－１/ＣＸＣＲ４信号通路基质细胞衍生因子 －１（ｓｔｒｏｍａｌｃｅｌｌｄｅｒｉｖｅｄｆａｃｔｏｒ－１，ＳＤＦ－１）是由骨髓基质细胞持续分泌的一种炎性趋化因子，属于 Ｇ蛋白偶联受体超家族。ＣＸＣＲ４是 ＳＤＦ－１的受体，属于 ＣＸＣＲ类趋化因子。研究表明，当 ＳＤＦ－１与 ＣＸＣＲ相互结合就能启动相关信号通路，激活软骨溶解的过程，诱导软骨细胞释放 ＭＭＰ－３、ＭＭＰ－９和 ＭＭＰ－１３，使软骨细胞遭到破坏，最终导致 ＯＡ的发生［１７］。ＣＸＣＲ４受体拮抗剂 ＡＭＤ３１００、Ｔ１４０和 ＴＮ１４００３均能阻止 ＳＤＦ－１与 ＣＸＣＲ４结 合，但 其 效 果 各 有 差 异［１８］。其 中ＡＭＤ３１００为部分阻滞剂，且不良反应较大；Ｔ１４０虽是完全阻滞剂且不良反应较小，但因其 Ｃ－末端 Ａｒｇ容易裂解，使其血清稳定性极差；而 ＴＮ１４００３作为 Ｔ１４０的衍生物，具有更好的阻断效果，并且可以克服 Ｔ１４０的血清不稳定性［１９］，有望成为治疗 ＯＡ的理想药物。
对 ＯＡ软骨细胞增殖和凋亡具有双重调节作用的信号通路
01
ＥＲＫ信号通路细胞外调节蛋白激酶（ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｒｅｇｕｌａｔｅｄｐｒｏｔｅｉｎｋｉｎａｓｅｓ，ＥＲＫ）是脯氨酸导向的丝氨酸/苏氨酸激酶，广泛存在于哺乳动物细胞中。ＥＲＫ包括 ＥＲＫ１－５、ＥＲＫ７/８等亚型，其中 ＥＲＫ１和ＥＲＫ２与 ＥＲＫ同源性高达 ９０％。与 ｐ３８、ＪＮＫ不同的是，ＥＲＫ在 ＭＭＰｓ的产生中没有起到促进作用，对细胞外基质降解也没有直接影响，其主要介导软骨细胞的增殖和终末分化，导致软骨钙化和骨赘的形成。Ｒａｓ蛋白和 ＥＲＫ相互之间构成了一条完整 Ｒａｓ/Ｒａｆ/ＭＥＫ/ＥＲＫ信号通路，并依次激活可参与细胞增殖和凋亡等信号传导［２０］。陈泽华等［２１］也发现 ＥＲＫ１/２信号转导通路在 ＯＡ发病过程中持续发挥作用，能被多种细胞外刺激信号激活，进而参与调节细胞的增殖、分化和凋亡。另有研究［２２－２３］表示，一方面，ＥＲＫ１/２的激活可以使转录因子磷酸化，来调节基因表达、促进细胞增殖和阻止细胞凋亡；另一方面，ＥＲＫ１/２又可以通过增加 ｐ５３活性、增强 Ｂａｘ表达等引起细胞凋亡。
02
Ｎｏｔｃｈ信号通路Ｎｏｔｃｈ信号通路广泛存在于无脊椎动物和哺乳动物中，是高度保守的细胞间信号通路，由 Ｎｏｔｃｈ受体、配体和细胞内效应器分子 ３部分组成。只有当 Ｎｏｔｃｈ受体与配体相结合而激活 Ｎｏｔｃｈ信号时，才能在细胞增殖、分化、凋亡中发挥重要的调控作用。目前在哺乳动物体内已被证实 Ｎｏｔｃｈ受体有 ４个（Ｎｏｔｃｈｌ、Ｎｏｔｃｈ２、Ｎｏｔｃｈ３和 Ｎｏｔｃｈ４）、配体有 ５种 （Ｊａｇｇｅｄ１、Ｊａｇｇｅｄ２、ＤＬＬ１、ＤＬＬ３ 和 ＤＬＬ４）［２４］。Ｎｏｔｃｈ信号通路主要在调节软骨细胞增殖与分化、维持软骨细胞表型以及平衡软骨基质代谢等方面起着重要作用［２５］。Ｎｏｔｃｈ信号通路在 ＯＡ发病中具有保护和破坏双重作用。Ｌｉｕ等［２６］发现，持续的 Ｎｏｔｃｈ信号通路被激活会引起早期 ＯＡ进一步发展，而短暂的 Ｎｏｔｃｈ激活能在正常生理条件下促进软骨基质的合成和抑制软骨的退变。吴绍军等［２７］研究结果显示，Ｎｏｔｃｈ信号通路被激活后，通过凋亡途径上调 Ｂａｘ蛋白和下调Ｂｃｌ－２蛋白，能促进软骨细胞凋亡，进而使 ＯＡ病情加重。相反，Ｎｏｔｃｈ信号通路被抑制后，通过凋亡途径下调 Ｂａｘ蛋白和上调 Ｂｃｌ－２蛋白，可抑制软骨细胞凋亡，从而减轻 ＯＡ病情。因此，通过调整 Ｂａｘ蛋白和Ｂｃｌ－２蛋白的表达，可以减轻关节软骨的损伤而抑制ＯＡ的发展。另外，在软骨细胞的分化过程中，ＲＢＰｊ可能是 Ｎｏｔｃｈ信号通路唯一的调节物［２８］，转录因子Ｈｅｓ１可能是 Ｎｏｔｃｈ信号通路下游调节软骨细胞的重要基因［２９］。而 Ｎｏｔｃｈ信号通路特异性阻断剂 ２、４－二氨基 －５－苯噻唑可以特异性地抑制 γ－分泌酶，并通过抑制关节软骨内 ＭＭＰ－１３表达而减少Ⅱ型胶原蛋白降解，进而控制 ＯＡ的发展［３０］。见图 ３。
03
Ｗｎｔ信号通路Ｗｎｔ通路是一类高度保守的信号通路，其信号途径由配体（Ｗｎｔ家族分子）、调节蛋白（腺瘤性结肠息肉病蛋白、散乱蛋白、糖原合成酶激酶 －３β、轴蛋白等）、跨膜受体（低密度脂蛋白受体相关蛋白 －５/６、Ｆｒｉｚｚｌｌｅｄ家族分子）以及核内转录因子（Ｔ细胞因子/淋巴增强结合因子 １家族）组成。目前，大部分学者认为 Ｗｎｔ通路包括了一条经典的Ｗｎｔ/β连环蛋白（β－ｃａｔｅｎｉｎ）信号通路和其他 ３条非经典的信号通路（平面极细胞信号通路、Ｗｎｔ/Ｃａ２＋信号通路、调节纺锤体定向和不对称细胞分裂的信号通路）［３１］。其中，经典的 Ｗｎｔ/β－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路是一条以 Ｗｎｔ/Ｆｒｉｚｚｌｅｄ蛋白 －β－ｃａｔｅｎｉｎ－Ｔ细胞因子为主干的线性通路，也是目前研究最多、最清晰的一条信号通路（图 ４）。Ｗｎｔ/β－ｃａｔｅｎｉｎ通路主要参与调节软骨基质分解代谢、关节软骨细胞的去分化以及软骨细胞的凋亡。Ｗｎｔ/β－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路对软骨细胞的调节是双向的，如在软骨化生阶段，Ｗｎｔ５ａ和Ｗｎｔ５ｂ可以加速软骨小体的形成而促进软骨化生，并通过对周期蛋白 Ｄ１和 ｐ１３０基因表达的调节促进软骨细胞增殖与分化；但在软骨细胞成熟分化阶段，Ｗｎｔ５ａ和 Ｗｎｔ５ｂ的异常表达反而会抑制软骨细胞增殖与分化［３２］。另外，该通路对成骨细胞的形成与分化也具有调控作用，β－ｃａｔｅｎｉｎ分子既可调节软骨内成骨，也可调节膜内成骨［３３］。
Ｗｎｔ/β－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路的主要抑制因子有Ｄｉｃｋｋｏｐｆ蛋白和分泌型卷曲相关蛋白。Ｄｉｃｋｋｏｐｆ被抑制与 ＯＡ关节软骨损伤部分逆转有关，而单克隆Ｄｉｃｋｋｏｐｆ抗体可以抵消由 ＩＬ－１β诱导的半胱天冬酶 ３调控的软骨细胞分裂和凋亡作用；同时，分泌型卷曲相关蛋白则是通过与 Ｆｒｚ受体竞争性结合 Ｗｎｔ，最终对 Ｗｎｔ/β－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路起抑制作用［３４］。
图 ３ Ｎｏｔｃｈ信号通路对骨关节炎的作用机制示意图
图 ４ Ｗｎｔ/β－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路对 ＯＡ的作用机制示意图
04
ＴＧＦ－β信号通路转化生长因子（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｇｒｏｗｔｈｆａｃｔｏｒ，ＴＧＦ）－β是一种多功能的生长因子，ＴＧＦ－β家族的受体分为Ⅰ、Ⅱ型两种，拥有 ３种亚型（ＴＧＦ－β１、ＴＧＦ－β２、ＴＧＦ－β３）；而骨形态发生蛋白（ｂｏｎｅｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃｐｍｔｅｉｎ，ＢＭＰ）是一种分泌型多功能蛋白，除 ＢＭＰ－１外，均属于 ＴＧＦ－β家族的重要成员［３５］。另外，二者还存在互动性，ＴＧＦ－β可以提高 ＢＭＰ信号，同时也受到 ＢＭＰ－２的抑制。ＴＧＦ－β信号通路既可通过 ＡＬＫ５/Ｓｍａｄ２/３抑制软骨细胞的肥大分化，以保护软骨细胞，还可通过 ＡＬＫ１/Ｓｍａｄ１/５/８促进软骨细胞退变，同时还能通过调控下游因子Ｎｋｘ３．２/Ｂａｐｘ１的 表 达 而 决 定 软 骨 细 胞 表 型 分化［３６－３７］。不仅如此，ＴＧＦ－β信号通路与其他信号通路相互交汇、相互影响，具有复杂性、多样性和可调控性。ｍｉＲ－１４０可以通过 ＴＧＦ－β/ＢＭＰ信号通路调控软骨细胞退变，但具体机制尚需进一步研究［３８］。
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Ｈｉｐｐｏ－ＹＡＰ信号通路Ｈｉｐｐｏ信号通路是一条较为保守的信号通路，广泛存在于生命体中，并且可以通过 Ｙｅｓ激酶相关蛋白（Ｙｅｓ－ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｐｒｏｔｅｉｎ，ＹＡＰ）调节细胞的增殖和凋亡。ＹＡＰ是 Ｈｉｐｐｏ通路中的信号分子，主要衔接该通路的上下游因子，负责从细胞膜到细胞核的信号传导［３９］。同时，ＹＡＰ对细胞增殖分化起促进作用，在 ＯＡ病程中介导软骨细胞凋亡，可能是促进关节软骨凋亡的重要因子。何正言等［４０］研究发现，在 ＯＡ的发病过程中关节滑液中的Ｂｃｌ－２浓度显着降低，且关节滑液中的 ＹＡＰ与 ＢＣＬ－２呈正相关，这说明 Ｈｉｐｐｏ－ＹＡＰ信号通路参与了软骨细胞的凋亡过程。此外，Ｇｏｎｇ等［４１］提出，在关节内注射 ＹＡＰｓｉＲＮＡ可以抑制 ＹＡＰ在软骨细胞中的高表达，减少异常软骨下骨的形成，从而延缓 ＯＡ病情发展。
06
ＯＰＧ/ＲＡＮＫ/ＲＡＮＫＬ信号通路骨保护素（ｏｓｔｅｏｐｒｏｔｅｇｅｒｉｎ，ＯＰＧ）、细胞核因子 κＢ受体活化因子（ｒｅｃｅｐｔｏｒａｃｔｉｖａｔｏｒｏｆｔｈｅ ｎｕｃｌｅａｒｆａｃｔｏｒｋａｐｐａ Ｂ，ＲＡＮＫ）以及细胞核因子 κＢ受体活化因子配体（ｒｅｃｅｐｔｏｒａｃｔｉｖａｔｏｒｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｆａｃｔｏｒｋａｐｐａＢｌｉｇａｎｄ，ＲＡＮＫＬ）均属于 ＴＮＦ受体、配体家族的 ３个成员，是偶联成骨细胞、基质细胞以及破骨细胞分化和活化的３种细胞因子，在骨重构与破骨细胞分化过程中起重要作用［４２］。研究发现，ＯＰＧ是 ＲＡＮＫＬ的受体，当二者结合后能够抑制 ＯＡ中软骨细胞的凋亡；而 ＲＡＮＫ是 ＲＡＮＫＬ的又一受体，二者结合后会起到与前者相反的作用［４３］。因而，ＯＰＧ/ＲＡＮＫＬ/ＲＡＮＫ信号通路与 ＯＡ的发生、发展密切相关，并且只有当 ＯＰＧ和ＲＡＮＫ保持一定的比例，才能保持骨代谢轴平衡，防止 ＯＡ的发生。
小 结
近年来，随着分子生物学的发展，国内外学者对ＯＡ相关信号通路的研究取得了很大的进步。各信号通路主要通过参与或调控 ＯＡ中的炎症反应、软骨细胞的增殖与凋亡、细胞外基质的降解等而发挥重要的作用，但其具体作用机制以及各信号通路之间如何共同作用于 ＯＡ的病理过程尚不十分明确，有待于更进一步的研究。基于目前已知与 ＯＡ相关的信号通路研制出治疗 ＯＡ的靶向药物，为 ＯＡ的临床治疗提供更有效的方法，将是今后研究工作的重点。
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