浅析一氧化氮在骨关节炎发病中的作用

1 / 8 浅析一氧化氮在骨关节炎发病中的作用 摘要： 本文介绍了近年来国内外对一氧化氮 (NO)在骨关节炎 (OA)发病中的作用的研究进展。 NO 含量与 OA 病情的相关性表明， NO 在 OA 的软骨损伤中起重要作用，抑制 NO 的过量释放能够提高软骨修复组织的质量，寻找有效的 NOS 抑制剂将为治疗 OA 开辟一条新途径。 关键词： 一氧化氮 ; 骨关节炎 一氧化氮 (NO)是一种广泛存在于生物体内的拥有额外电子、具自由基结构的简单气体小分子，有脂溶性，极易通过细胞膜扩散，发挥广泛的生物学效应。 NO 由 L-精氨酸经一氧化氮合酶 (NOS)催化生成。迄今为止已经发现了三种NOS 同功酶 1，均以左旋精氨酸、 NADPH 及分子氧为底物催化生成瓜氨酸、 NADP 及 NO。 I 型及 型 NOS 统称为组成型NOS(constitutive nitric oxide synthase， cNOS)，是神经元、平滑肌和内皮细胞中正常存在的一种催化酶，其活性依赖于钙离子的存在，合成的 NO 呈脉冲性释放，量少且持续时间短，在神经传递、平滑肌收缩、瞬时血压调节、维持血管扩张和血液供应中发挥重要作用 ;II 型为诱生型NOS(inducible nitric oxide synthase， iNOS)，在受到免疫刺激或在一些细胞因子如 IFN- 、 IL-1 和 TNF 的作用下许多细胞如巨噬细胞、淋巴细胞、肝细胞、枯否细胞、系膜2 / 8 细胞及内皮细胞都可表达 iNOS，其活性不依赖于钙离子，合成的 NO 量多且维持时间较长，参与机体免疫防御及免疫损伤 2 4。 近年来，不仅从生理学及病理学等方面对 NO 进行较为广泛的研究，而且随着对 NO 认识的逐步加深， NO 在骨关节炎 (osteoarthritis， OA)发病中的作用日益受到重视。 OA是一种常见的临床疾病，其发病机制目前尚不清楚。 OA 的病理发展 过程涉及数以百计的分子，这些分子可分为促炎因子和抗炎因子，正是促炎因子和抗炎因子之间失衡，导致胞外胶原的降解和基质的破坏。软骨细胞是软骨组织中唯一的细胞，其分泌细胞因子的情况势必影响自身和胞外基质的转归。近年的许多研究，在 OA 病人的关节液中测到许多炎症介质，如 TNF- 、 IL-2、 IL-1 等，为寻找 OA 的病因开辟了新途径 5。研究显示， IL-1 在 OA 的病理发展过程中发挥着广泛的生物学作用，如促进 NO 和 iNOS 的表达，破坏抗炎因子和促炎因子之间的平衡，促进促炎因子的表达等 6。另外， IL-1 可抑制软骨 细胞的增殖，促进基质金属蛋白酶1 和基质金属蛋白酶 3 的表达。基质金属蛋白酶 1 属于胶原酶的亚类，有很多组织表达基质金属蛋白酶 1，而在正常的软骨中很难发现，这可能是浓度低或者与组织金属蛋白酶结合的原因 7。但在炎性刺激下软骨中则有明显升高，基质金属蛋白酶 1 降解 、 胶原的能力明显强于对 型胶原的3 / 8 作用，其主要是降解胶原纤维的螺旋区 8。正常关节内仅存在少量的维持骨生理性改建的基质金属蛋白酶 3。炎症条件下， IL-1 刺激软骨细胞释放基质金属蛋白酶 3，使关节组织基质及关节液中基质金属蛋白酶 3 的含量增加 9。基质金 属蛋白酶 3 直接分解基质中多种胶原的 N、 C 端多肽，导致软骨崩解。基质金属蛋白酶 3 还能激活其他基质金属蛋白酶，加剧关节软骨和关节盘基质的损害 10。有报告显示11， IL-1 可通过 NO 促使人软骨细胞基质金属蛋白酶 3的合成。从基质金属蛋白酶的表达情况来看，作为 iNOS 抑制剂之一的氨基胍可以抑制 IL-1 诱导软骨细胞基质金属蛋白酶 1 和基质金属蛋白酶 3 的表达。从 IL-1 和氨基胍作用软骨细胞后 NO的表达情况来看，氨基胍可以抑制 IL-1诱导软骨细胞 NO 的表达。由此，可以认为 IL-1 对软骨细胞的抗增殖作用是通过 NO 途径发挥作用的。 iNOS 抑制剂可以逆转 IL-1 对软骨细胞的破坏作用，从而保护软骨。 检测 OA 患者血清及关节液中 NO 及 iNOS 水平，探讨其与OA 病情程度及活动性的关系，可能为 OA 的治疗开辟一条有效途径。 OA 患者关节液中 NO 及 iNOS 水平比正常人高，且随病情程度的加重其含量越高。这可能是由于炎症关节局部高浓度细胞因子刺激软骨细胞、滑膜细胞等，使其 iNOS 表达增强，而 NO 产生增加。研究表明， NO 一旦在外界作用下形4 / 8 成后，可结合和激活 s-GC，通过 c-GMP 途径影响基因转录、翻译及翻译后加工等，抑制 DNA 的合成。 Manacu 等 10发现NO 也可通过多种非 c-GMP 依赖性途径影响下游分子的活性。过量的 NO 可促进基质金属蛋白酶中某些酶的表达，增加基质中胶原裂解，从而导致软骨的破坏。炎症关节局部高浓度细胞因子 (如 IL-1) 可以刺激 NO 产生，高浓度 NO 一方面抑制软骨细胞增殖，使软骨细胞修复能力低下 12;另一方面NO 还促进软骨细胞糖酵解，产生 ATP，使胞外基质合成减少，无法承载正常的负荷，从而加速软骨破坏 13。并且研究显示高浓度的 NO 可加速软骨细胞自身的凋亡 14、 15。还有研究称 NO可直接抑制软骨细胞 合成软骨基质 16。 Sanshiro等在用横切前交叉韧带方法诱导出兔膝关节炎的实验中，发现胫骨近端和股骨远端的关节软骨产生了含量较高的 NO，且有软骨细胞的凋亡，细胞凋亡的数量随 NO 含量的增高而增高 17。 Pelletier 等在狗的 OA 模型中，应用 NOS 抑制剂抑制 NO 的产生，明显的减轻了关节软骨损伤和滑膜炎的严重程度，减少软骨缺损面积，减少了骨赘的形成 18。 OA 患者血液中 NO 及 iNOS 水平比正常人高，可能由于软骨及滑膜细胞产生较高的 NO，进入滑液，经淋巴系统进入血液循环系统所致。 NO 含量与 OA 病情的相 关性表明， NO 在 OA 的软骨损伤中起重要作用，抑制 NO 的过量释放能够提高软骨修复组织的质量，寻找有效的 NOS 抑制剂将为治疗 OA 开辟一条新5 / 8 途径。血沉 (ESR)及 C-反应蛋白 (CRP)作为急性炎症反应产物可反映疾病的活动性， OA患者 ESR及 CRP多正常或轻度升高，但重度 OA 患者 ESR 及 CRP 升高明显。重度 OA 关节液 NO 及iNOS 含量与 ESR 及 CRP 呈止相关，血清 NO 及 iNOS 含量与ESR 及 CRP 无相关性。基于此，关节液 NO 及 iNOS 水平可作为判断 OA 病情程度及活动性的指标，也可以作为观察 OA 疗效的指标。 【参考 文献】 1 Alderton WK, Cooper CE, Knowles RG. 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