骨性关节炎中T细胞变化和作用的研究进展①

张 续 郑 洁 赵莉平 袁普卫 董 博 （陕西中医药大学，咸阳 712046）

骨性关节炎（osteoarthritis，OA）是一种累及全关节的疾病，也是最常见的关节炎，涉及关节软骨、软骨下骨、韧带、关节囊、滑膜和关节周围肌肉的结构改变［1-2］。OA 发病的早期特征是骨改建和骨丢失增加，随后是缓慢的软骨下致密化，慢性炎症和软骨退行性变，最终导致顽固性关节疼痛和关节畸形，严重时影响患者的生活质量，甚至可能导致全因死亡率增加［3-5］。OA 的病因可能与年龄、性别、肥胖和饮食等因素有关，也可能与关节损伤、排列不良和异常负荷有关［6］。OA 被认为是世界范围内发病率和致残的主要原因［7］，预计到 2032 年，45 岁及以上经医生诊断患有OA 的人口比例将从26.6%增加到29.5%，其中膝骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA）从13.8%增加到15.7%，髋骨性关节炎从5.8%增加到6.9%［8］。尽管有局部临床症状，但OA也可能是宿主全身炎症的一种疾病，因此开始将其定义为一种持续的低度炎症状态，而不是通常所说的被动退行性疾病或所谓的磨损性疾病［9-10］。OA患者常表现为炎症细胞浸润滑膜，如巨噬细胞（macrophage，Mφ）、T 细胞、肥大细胞、B 细胞、浆细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞和粒细胞［11-12］。研究发现，固有免疫成分（补体、巨噬细胞、促炎细胞因子和趋化因子）和适应性免疫细胞（T 细胞和B 细胞）在OA 的进展中发挥重要作用［13-14］。尽管 T 细胞在OA 中的病理作用尚不清楚，但已有文献表明OA滑膜与健康滑膜相比具有丰富的T 细胞群［6］。OA与多种类型的T 细胞，包括辅助性T 细胞（T helper cells，Th）、滤泡辅助性 T 细胞（T follicular helper cells，TFH）、细胞毒性 T 细胞（cytotoxic T cell，Tc 或CTL）、调节性T 细胞（T regulatory cells，Treg）、记忆性 T 细胞（memory T cell，Tm）和非常规 T 细胞都有密切关系［6］，提示 T 细胞异常可能参与 OA 发病。因此，本文就T细胞及其亚群在OA疾病的研究进展进行综述，了解T 细胞及T 细胞亚群在OA 疾病进展过程中的变化和作用。

1 T细胞与OA

T 细胞来源于骨髓中的淋巴样祖细胞，在胸腺中分化、发育、成熟，是具有增殖、产生细胞因子、细胞毒性和分化作用的适应性免疫应答的效应细胞。正常情况下，T 细胞及其各亚群数目在周围组织中相对稳定，T 细胞总数或其亚群的绝对数和比值发生改变，可视为免疫异常，并与某些疾病的发生发展相关［15］。健康滑膜是由滑膜内层和滑膜下层组成的无细胞结构，免疫细胞浸润、基质水肿等结构改变和血管增生加速了滑膜衬里结构的丢失［16］。OA 患者的滑膜组织、滑膜液和髌下脂肪垫（infrapatellar fat pad，IPFP）中最主要的免疫细胞类型是Mφ和 T 细胞［17-18］。GÓMEZ-ARISTIZÁBAL 等［17］的研究数据显示，KOA 的滑膜中Mφ 亚群与CD4+T 细胞的早期和晚期活化水平相关，提示KOA 滑膜中Mφ 亚群可能作为滑膜CD4+T细胞活化的调节因子。尤其在 OA 早期，CD4+T 细胞被认为可诱发滑膜炎［19］。ROSSHIRT 等［20］分析外周血、滑液和滑膜 CD4+T 细胞的早期、中期和晚期活化标志物发现只有一小部分外周血CD4+T 细胞表达CD69（早期T 细胞活化的一个常见标志），而在滑膜CD4+T细胞中，CD69的表达显著增加，说明在滑膜中活化T细胞的比例较高。

研究表明T细胞参与OA的痛觉感受，通过清除神经疼痛模型裸鼠体内T 细胞，发现其可渗透到神经损伤部位，减轻痛觉过敏和超敏反应［21］。OA 诱导的炎症模式的特点具有广泛的抗炎和促炎细胞因子及生长因子，促炎细胞因子除触发关节软骨的降解外，还通过免疫系统和神经系统间的相互作用参与 OA 相关疼痛的发生［22］。滑膜 CD4+T 细胞分泌TNF-α 和IL-6，这些细胞因子与疼痛和功能显著相关，IL-6 水平与膝关节活动度及膝关节功能间存在一定相关性［22-23］。KLEIN-WIERINGA 等［19］的研究在调整年龄和性别后，发现滑膜中CD4+T 细胞的百分比与视觉模拟评分法疼痛有关，且二者之间的相关性与身体质量指数无关。这些研究进一步为揭示T细胞直接或通过分泌细胞因子间接诱发OA，导致患者疼痛提供了依据。

2 Th与OA

2.1 Th1/Th9/Th17与OA 既往研究表明滑膜组织中存在Th1，但其典型的细胞因子IFN-γ却难以被免疫组织化学检测，这可能与该组织中的Th1 不处于激活状态有关［18］。最新的研究数据支持这一假设，通过流式细胞仪发现体外激活滑膜细胞时可以清楚地识别出分泌IFN-γ的Th1，但在没有激活的情况下却不能［19］。

IL-9 最初被认为是一种Th2 细胞因子，然而在不同于Th2 的T 细胞亚群中也发现了IL-9，故被称为 Th9［24］。Th9 可由静息 T 细胞在 TGF-β 和 IL-4 共存的培养环境中分化而成［25］。一项以OA 为对照组研究银屑病性关节炎（psoriasis arthritis，PsA）和类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）的实验发现，IL-9 在炎症部位可促进局部活化T 细胞的生长和存活，尽管 OA 滑膜中 IL-9 远不如 PsA 和 RA 中多，但也有一定的浸润［26］。有研究发现 OA 患者的 Th9 数量和血清IL-9 水平明显高于健康对照组，Pearson 相关分析法发现循环Th9 细胞数和血清IL-9 水平与OA 患者的西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数评分（The Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index，WOMAC）呈正相关，可作为疾病活动性标志物［27］。

Th17 在 2005 年首次被 PARK 等［28］发现和报道，静息T细胞在TGF-β和IL-6共存的微环境中向Th17谱系分化，并抑制其向 Th1 和 Th2 分化［29］。Th17 主要产生IL-17、IL-22 和IL-21 等细胞因子，研究发现OA 患者的Th17 数量和血清IL-17 水平明显高于健康 对 照 组［27］。 ZHU 等［30］首 次 报 道 了 Th17 与WOMAC 评分测量的疾病严重程度相关，提示Th17可能是疾病严重程度的标志之一。IL-17 可破坏细胞外基质内稳态，是慢性炎症性疾病发病机制中的关键介质［31］。IL-17 还是关节炎的中枢细胞因子之一，通过进一步促进炎症细胞因子的产生和吸引更多免疫细胞（如中性粒细胞）的涌入维持炎症［32］。IL-17 诱导的炎症细胞因子包括TNF-α、IL-1β、IL-6和基质金属蛋白酶，可增强关节破坏［33-35］。此外，IL-17 还可增加核因子κB 配体受体激活剂（receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL）表达，进而激活破骨细胞，导致骨丢失［35-36］。研究表明，KOA患者血清和膝关节滑液中IL-17 浓度与KOA 的严重程度（Kellgren-Lawrence，KL分级）呈正相关，但只有滑液中IL-17浓度与奎森功能演算指数（Lequesne评分，骨关节炎严重程度的客观评估）有显著相关性［33］。

CD161是Th17的标志物，SACHDEVA等［37］观察到晚期 OA 患者 CD161 不仅在 CD4+和 CD8+T 细胞上，其在其他淋巴细胞亚群上的表达也显著增加。OA 患者CD161 的表达与血清IL-17 水平呈正相关，与循环细胞相比，滑液中CD161+细表达增加，表明CD161+细胞在炎症程度较高的局部环境中积聚，这些细胞优先归巢到局部组织也表明CD161+细胞在这里接受调节，获得功能性Th17 样特性，进一步促进炎症［37］。

Th17产生IL-17和CD4+T细胞向Th17表型转移均受β2肾上腺素能信号传导的影响［38-40］。β2肾上腺素能受体（β2-adrenergic receptor，β2-AR）由CD4+T 细胞表达，去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）通过激活CD4+T 细胞上的β2-AR 减少由胶原诱导的关节炎（collagen-induced arthritis，CIA）中 CD4+T 细 胞 向Th17表型的转移，提示交感神经递质NE可抑制CIA患者Th17 分化和功能发挥抗炎作用［40］。另有研究表明谷氨酰胺酶可显著促进小鼠T 细胞向Th17 细系分化，同时阻止Th1 的发育和CTL 效应细胞的分化［41］。

一项小样本研究结果显示，与可复性盘移位患者相比，颞下颌关节OA 患者中的IL-1β、IL-17 和IL-22水平升高，与Th1、Th17 和Th22 免疫炎症反应模式相关［36］。OA 患者Th1（INF-γ+CD4+）、Th9（IL-9+CD4+）、Th17（IL-17A+CD4+）数量明显高于健康对照组，提示循环 Th1、Th9 和 Th17 的 增 加与 OA 的发生密切相关［27］。

2.2 Th2/Th22 与OA 在IL-4 的刺激下，初始CD4+T 细胞分化为 Th2，产生 IL-4、IL-5、IL-10 和IL-13［42］。研究表明 OA 患者外周血、滑液和滑膜中Th2的变化有限。一项关于趋化因子受体与OA中T细胞的研究发现，与配对骨髓相比，外周血中表达CC类趋化因子受体2（C-C chemokine receptor type2，CCR2）的细胞明显上调，T 细胞CXC 类趋化因子受体 3（CXC chemokine receptor type3，CXCR3）显著下调，CCR4无显著上调，提示OA患者的Th2表型发生了倾斜［43］。早期研究采用流式细胞仪检测30 例OA患者滑液和外周血中IL-4、IL-10 等Th2 细胞因子，发现尽管通过植物血凝素和离子霉素刺激OA 患者的滑液细胞48 h后表达IL-10，但逆转录聚合酶链反应分析未检测到IL-4信号［44］。

Th22是Th17的近亲，主要产生细胞因子IL-22，代表一个独立的Th亚群，具有不同的基因表达和功能，最初与皮肤疾病的免疫病理学有关［45］。一项关于RA 的研究发现，高活性RA 患者的滑膜组织中聚集了Th22，通过IL-22 的产生直接促进破骨细胞的分化，从而参与RA 的发病机制，研究结果提示许多先前归因于Th17 的作用（如诱导破骨细胞分化）可能与Th22关系更为密切［46］。但OA患者的滑膜组织中却没有发现Th22 的明显升高［46］。早前的一项研究同样显示，与健康对照组相比，OA 患者Th22的百分比、绝对数量和IL-22 的血浆水平均没有差异［47］，提示Th22在OA发病机制中作用有限。

2.3 TFH 与 OA TFH 是在 IL-6 和 IL-21 共同作用下由初始CD4+T 细胞分化而来，主要分泌IL-21，在OA 发病和进展中发挥关键作用。关于循环TFH 的研 究 结 果 有 所 不 同 ，ZHU 等［30］没 有 发 现 TFH（CD3+CD4+CXCR5+）与临床变量之间的关联，而SHAN等［48］采用流式细胞仪检测40例OA患者和13例健康对照者外周血的可诱导共刺激因子（inducible costimulatory，ICOS）阳性、程序性死亡受体 1（programmed death 1，PD-1）阳性、IL-21+CXCR5+CD4+的T 细胞频率，并测定血清IL-21 的浓度，发现与健康对照组相比，OA 患者的 CXCR5+CD4+、PD-1+CXCR5+CD4+、ICOS+CXCR5+CD4+、IL-21+CXCR5+CD4+T细胞比例较高，研究结果的差异可能是由检测的不同TFH 标记物所致。尽管TFH 的鉴定存在争议，但早期的一项研究发现CXCR5+CD4+T 细胞具有TFH的功能特性，因此该细胞被认为是TFH［49］。SHAN等［48］研究了不同类型的 TFH 与 OA 临床分级的关系，推测TFH 的高频率可能是OA 早期ICOS 介导的阳性调节结果，而在OA晚期，PD-1+TFH增加可限制TFH 作为负调节因子的频率。研究还发现OA 患者IL-21+TFH 细胞频率与WOMAC 和C 反应蛋白水平均呈正相关，提示IL-21+TFH 不仅参与OA 的炎症状态，而且与OA 患者的症状和功能评分相关，可作为OA 疾病活动性的标志，但其介导OA 发病机制尚待阐明［48］。

3 CTL与OA

CD8+T细胞具有杀伤靶细胞的功能，在OA 的发病机制中起重要作用，但其不是OA 患者滑膜聚集物中的主要T 细胞类型。研究发现OA 患者CD8+T细胞的比例正常，幼稚CD8+T 细胞比例降低［30］。也有研究发现OA 患者滑液中CD8+T 细胞频率增加，CD4+T 细胞的频率降低，随着疾病进展到晚期，CD8+T 细胞浸润减少［37］。APINUN 等［9］根据影像学分级，描述了IPFP 浸润的CD8+T 细胞与疾病严重程度之间的相关性，发现即使在病情较轻的患者体内，也有一部分外周CD8+T细胞处于激活状态，提示IPFP 可能是炎症T细胞尤其是CD8+T细胞的一个小生态龛。与外周血T 细胞相比，IPFP 内活化的CD8+T 细胞的多样性有限，自身炎症部位CD8+T 细胞的多样化限制靶向特异性效应器的共刺激可能是免疫系统自我调节的内在途径［50-51］。由此推测研究者检测到CD8+T细胞的差异应是由患者病情的不同严重程度所致。

4 Treg与OA

20 世纪90 年代中期，一组具有“调节”功能的Th 被鉴定并命名为调节性 T 细胞（Treg）［52］。OA 患者的滑膜 Treg 较少［11，30］，其可通过介导抗炎细胞因子分泌和抑制性受体表达减弱，发挥免疫抑制作用［53］。研究表明，与健康对照组相比，OA 患者外周血 CD4+CD25highFoxp3+Treg 升高，但 Treg 产生的 IL-10减少，说明OA患者体内存在Treg功能障碍［54］。

T 细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域3（Tim-3）是CD4+T细胞、CD8+T细胞、单核细胞、Mφ、树突状细胞和自然杀伤细胞的重要调控分子［55］。Tim-3+Treg 是产生IL-10 的主要细胞，研究发现OA 患者中Tim3+Treg 的频率明显下调，与轻度OA 相比，重度OA 患者IL-10 的产生和Tim-3 的表达进一步降低，提示患者免疫与临床特征之间的联系［54］。另一项研究发现OA 患者外周血中Tim-3+CD4+T 细胞增多，Tim-3的配体galectin-9在轻度OA 中表达较高，严重OA 中 表 达降 低 ，galectin-9 诱导 Tim-3+CD4+Th1 凋亡，提示galectin-9 可抑制T 细胞诱导的OA 早期炎症反应［55］。

传统T 细胞中，淋巴细胞活化基因-3（lymphocyte activation gene-3，LAG-3）是 T 细胞存活、活化、增殖和死亡的调节因子［56］。研究发现OA 患者的Treg 水平没有变化，但 OA 中 Treg 上 LAG-3 的表达却显著上调，说明LAG-3 可抑制Treg 活动破坏其免疫稳态［56-57］。

以上研究表明OA 患者体内存在T 细胞/Treg 平衡失调。研究还发现Treg 是不稳定的，其向不同T辅助细胞亚群转移，导致炎症微环境在一些炎症性疾病中持续存在［58-59］。

5 Tm和OA

Tm 维持机体免疫记忆功能，表达CD45RO 分子，并能向外周炎症组织迁移。一项关于OA 患者外周血Th9和IL-9变化的研究显示，OA 患者的循环CD4+CD45RO+T 细胞数量明显高于健康对照组，提示Tm细胞在OA发病中可能发挥重要作用［27，30］。通过分析OA 患者的趋化因子受体库，发现OA 患者外周血具有明显的趋化因子受体模式和T细胞趋化因子受体谱的差异，这主要是由外周记忆T 细胞的分化造成［43］。另一项关于人脂肪组织中分泌IL-6 的CD4+T 细胞功能和表型分析的研究发现，表型特征表明它们是具有活化表型的常规（TCRαβ）记忆CD4+T细胞，该种细胞分泌的IL-6与OA 滑膜细胞分泌的IL-6 相当，表明其参与了OA 关节的炎症过程，但在OA 发病机制中的确切作用有待进一步深入研究［60］。

6 非常规T细胞与OA

非常规T 细胞是以半不变、不变甚至生殖系编码TCR为特征的，用于识别不受经典MHC分子限制的替代抗原［61］。最近的研究也强调了非常规T细胞在OA 发病中的作用，包括黏膜相关的不变T 细胞（mucosal-associated invariant T cells，MAIT）、自然杀伤T细胞（natural killer T cells，NKT）和γδT细胞。

MAIT 是广泛分布于血液、黏膜组织、肝脏和大多数关节的固有样T细胞［62］。OA患者的MAIT细胞百分率明显高于健康对照组，MAIT 激活后分泌多种细胞因子，包括IFN-γ、TNF-α 和 IL-17［63-64］。近期研究表明MAIT 细胞与炎症疾病之间存在相关性，包括多发性硬化症、炎症性肠病、Ⅱ型糖尿病、哮喘和 RA［62，65-67］。与 KOA 相比，多关节 OA（multi-joint OA，MOA）患者MAIT 细胞百分率显著升高，通过二元logistic 回归分析显示MAIT 细胞频率与OA 风险的相关性，提示在 OA 尤其是 MOA 患者中，MAIT 及其亚群显著增加，可作为OA 病情严重程度的生物学标志［63］。

IL-17 参与保护黏膜表面免受机会性感染和在失调时引起自身免疫，最早是在传统T 细胞的Th17亚群上发现，但最近研究发现NKT、γδT 细胞和MAIT 是 IL-17 的主要来源，其中以 NKT 和 γδT 细胞的特殊亚群（NKT17 细胞和γδT17 细胞）最为突出，syndecan-1 是 NKT 细胞和 γδT 细胞产生 IL-17 的标志物［68-69］，因此非常规 T 细胞对 OA 的重要性是不言而喻的。

7 总结

首先，OA 是一种异质性疾病，根据疾病的部位、阶段、严重程度和个人水平等因素有不同的亚型，因此研究不同亚型OA的外周血和滑液中T细胞的表型特征具有重要意义；其次，OA 患者的滑膜腔中有免疫激活，但其显示出一种与RA 患者不同的特异性免疫信号，其特征是T 细胞亚群频率和细胞因子谱不同，因此需要进一步研究控制OA 炎症过程和免疫反应的T 细胞，以及它们如何产生和调节促炎细胞因子；最后，TFH 分化失调与多种自身免疫性疾病有关，而TFH 和Treg 则可以改善疾病的严重程度，提示致病性和保护性T 细胞亚群之间的不平衡是造成OA 长期存在的可能原因。CTL、Tm 和非常规T细胞对OA的疾病进展有一定作用，但需进一步研究。目前OA 的病因和发病机制尚未阐明，因此对OA 的治疗选择主要是姑息性的，如止痛药和抗休克药物的疼痛管理。随着医学免疫学的发展，对OA 发病的免疫机制进行了深入的研究，通过阐明T细胞改变在OA发病机制中的作用，将为通过调节T 细胞反应防治OA 提供新思路，尤其是在OA早期。目前研究手段大多以动物实验为主，今后应进行多学科、多层次、多角度的研究，并加大临床试验的比重，尽可能地进行定性、定量和客观化的研究，并以提高临床疗效为突破口。