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TLR-4、IL-1与膝骨关节炎相关性的临床研究

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中华关节外科杂志(电子版)2013年8月第7卷第4期Chin J Joint Surg(Electronic Edition),August 2013,Vo1.7,No.4 ・37・ 临床论著・ TLR一4、IL一1与膝骨关节炎相关性的 临床研究 刘新 黄文瑶 李卫国 张宇英 齐识 张勇 【摘要】 目的床意义。方法检测TLR-4和IL.1B在骨关节炎(OA)患者关节液和血清中的水平,探讨其临 应用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测TLR-4和IL一1 p在20例OA患者和20例正常 OA患者血清TLR-4和IL一1B水平与正常人有统计学差异(P<0.05),且高 人关节液和血清中的水平,分析OA患者的TLR-4和IL一1B水平与正常人水平关系,分析与关节炎严 重指数的相关性。结果于正常人水平。OA患者中TLR-4和IL一1B血清水平与关节液水平变化联系密切,其水平变化与关 节炎严重指数呈正相关(P<0.05)。结论体作为免疫佐剂可能用于治疗OA。 TLR-4和IL一1B在OA患者中高表达,他们的表达与关节 炎严重程度正相关,提示二者可能与参与OA的发生、发展过程。提示运用TLR-4和IL・1B的相关配 【关键词】骨关节炎;Toll样受体;受体,白细胞介素1;免疫组织化学 Changes of toll-like receptor-4 and IL-1 in patients with knee osteoarthritis LIU Xin 。HUANG Wen—yao,LI Wei—guo,ZHANG Yu—ying,QI Shi,ZHANG Yong. Department of Orthopedics,Luohu District People’S Hospital of Orthopaedics,Shenzhen 5 1 8001,China 【Abstract】 Objective To detect the level of TLR-4 and IL一1 p in synovila fluid and the serum of the patients with osteoarthritis(oA)and discuss the clinical signiifcance.Methods 20 OA patients and 20 healthy volunteers were included in this study.The TLR-4 and IL-1 B levels in synovial fluid and serum were examined by enzyme—linked immunosorbent assay(ELISA).The data were analysed to determine the correlation between the arthritis seveirty index(ISOA)and the level of TLR-4 and IL一1 B.Results The TLR-4 and IL一1 B in the serum of the OA patients signiifcantly higher than those of the healthy volunteers (P<0.05).There was correlation between the level of TLR-4 and IL-1 B in serum and that in the synovial lfuid.There was a positive correlation between the TLR-4/IL一1 B changes and the ISOA(P<0.05). Conclusion There iS a high expression of TLR-4 and IL一1 8 in OA patients which iS associated with ISOA.This suggests that both TLR-4 and IL一1 B may be involved in the development process of OA,and ligands of TLR-4 and IL.1 8 may be used as an immune adjuvant for the treatment of OA. 【Key words】 Osteoarthritis;Toll—like receptors;Receptors,Interleukin一1;Immunohistochemistry 骨关节炎(osteoarthritis,OA)的发病原因和机 制没有完全明确,没有有效的药物治疗。因此,探索 其病因和机制一直是医学界的重点,希望通过对其 介素家族(interleukin,IL)、基质金属蛋白酶 ( matrix met alloproteinases,MMPs)、肿瘤坏死因子 (tumor necrosis factor,TNF)等,这些因子从分子生 机制的发现寻找更有效的早期治疗方法。过去人们 知道OA是一种关节退变性疾病,是软骨的变性破 坏,但这些对有效治疗没有太大帮助,近年人们发现 OA发生与许多重要的细胞因子有密切关系,如白 DOI:10.3877/cma.j.issn.1674—134X.2013.04.011 物学水平揭示了组织细胞生长、平衡、凋亡的机制。 最近,人们发现Toll受体家族是参与非特异性免疫 (天然免疫)的一类重要蛋白质分子,也是连接非特 异性免疫和特异性免疫的桥梁。Toll受体的胞浆区 作者单位:518001深圳市罗湖区人民医院骨科(刘新、李卫国、齐识、张勇),检验科(黄文瑶、张宇英) 中华关节外科杂志(电子版)2013年8月第7卷第4期Chin J Joint Surg(Electronic Edition),August 2013,Vo1.7,No.4 与IL一1R家族成员胞浆区高度同源,而且发现白介 素家族中的IL.1B和Toll家族中的Toll样受体4 (Toll—like receptors,TLR-4)与OA相关,这就引起人 们对OA的发病机制的深入探索有了进一步的工 具 。人们发现许多炎症性疾病可以通过TLR介 导引发关节炎,本实验希望通过对膝关节液和血清 中IL一113和TLR-4的测定,来探索OA与这些重要 的细胞因子是否存在某种关联,希望寻找细胞因子 与发病机制的关系,通过炎症细胞因子抑制因子控 制病情 资料与方法 一、临床资料 1.实验组:2010年1月至2012年3月,在深圳 市罗湖区人民医院骨科门诊就诊,经病史、查体、x 线、检验等检查,从200余名患者中筛选,确定20例 患者符合中华医学会骨科分会2007版OA诊疗指 南中的标准:膝关节x线片的Kel1.gren/Lawrence评 分≥2分、体重指数(BMI)≤27。血常规、肝肾功、 血沉和C反应蛋白正常,性别、年龄、体重指数、劳 动强度与对照组相匹配。其中女17例,男3例,年 龄46~75岁,平均6O.4岁。排除标准:(1)患有各 种其他慢性病如高血压、糖尿病,风湿病等;(2)既 往有膝关节外伤手术史、膝关节感染、膝关节畸形、 代谢性骨病、下肢不等长、膝关节肿瘤史。每位被选 中患者都登记造表,评估临床症状和体征,采用 Michel Lequesen关节炎严重指数 (ISOA)评分评 估临床病情。1~4分为轻度;5~7分为中度;8~11 分为严重;11—13分为非常严重;14分者为病情极 为严重。然后计算轻度、中度、严重、非常严重患者 组血清和关节液中的IL一1B、TLR-4浓度标准差。采 用Kellgren和Lawrecne的)放射学诊断标准对x线 片进行分期。 2.对照组:同期从该院体检中心选择体检结果 正常,非膝OA的20例健康受试者性别(女17例, 男3例)、年龄平均59.2岁、体重指数、劳动强度与 对照组匹配。排除临床诊断确诊或怀疑为免疫性疾 病、肿瘤,成人期前膝关节畸形、代谢性骨病史等,既 往有膝关节外伤手术史者。 研究对象均无亲缘关系。本研究方案经本院伦 理委员会认可,所有受试对象均知情同意。 二、酶联免疫吸附试剂 美国R&D公司生产试剂盒:48T Human IL一1B ELISA Kit,Human TLR-4 ELISA Kit,购自广州齐云 生物技术公司,按说明书操作。 美国RT一6000自动酶标仪;北京托普DEM一3自 动酶标洗板机;广州FWZ.1型微量振荡器;江苏金 坛HH-W600三用恒温水箱。 三、试验方法 1.样本采集:告知受试对象试验的相关事宜知 情同意后,抽取受试对象空腹外周静脉血2 ml,采用 橙色真空管采血,送实验室,3 000 r/min离心5 rain, 分装在Eppendorf管冷藏于一20oC的冰箱内备测。 同理,在给患者关节给药时抽取患者关节液,坐位, 于外侧膝眼局麻进针,抽取关节滑液2~4 ml,取下 注射器将关节液注入红色真空管,送实验室, 3 000 r/min离心5 min,分装在Eppendorf管冷藏于 一20℃的冰箱内备测。 2.IL.1 p与TLR-4测定:严格按照试剂使用说 明书。(1)准备:从冰箱取出试剂盒,室温复温 30 min;(2)配液:用蒸馏水将2O倍浓缩洗涤液稀释 成原倍的洗涤液;(3)加标准品和待测样本:取酶标 包被板,分别设置标准品孔、待测样本孔和空白对照 孔,记录各孔位置,在标准品孑L中加标准品50 Ixl;待 测样本孔中先加入待测样本10 l,再加样本稀释液 40 l(即样本稀释5倍);空白对照不加;(4)温育: 37℃水浴恒温箱温育30 min;(5)洗板:弃去液体, 吸水纸上拍干,每孔加满洗涤液,静置I min,甩去洗 涤液,吸水纸上拍干,酶标洗板机洗板;(6)加酶标 工作液:每孔加入酶标工作液50 I,空白对照孔不 加;(7)温育;(8)洗板;(9)显色:每孔先加入显色 剂A液50 l,再加入显色剂B液50 l,37%避光显 色15 min;(10)终止:取出酶标板,每孔加终止液 50 l,终止反应(颜色由蓝变黄);(11)测定:以空 白孔调零,终止后15 rain内,用450 nm波长测量各 孔的吸光值;(12)计算:根据标准品的浓度及对应 的吸光值,计算出标准曲线的直线回归方程,再根据 样本的吸光值,在回归方程上计算出对应的样本浓 度。该机有软件自动计算。 四、统计学处理 采用SPSS 17.0统计软件,数据以(均数±标准 差)表示,组间比较采用方差分析,OA患者与正常 人血清样本比较采用配对t检验,OA患者血清与关 节液样本相关关系比较采用双变量参数相关分析, P<0.05为有统计学意义。不同病情分级与关节液 和血清相关水平的比较采用比较均值的单因素方差 分析( D)。 结果 OA患者与正常人血清中TLR-4、IL一1 p的差异 中华关节外科杂志(电子版)2o13年8月第7卷第4期Chin J Joint Surg(Electronic Edition),August 2013,Vo1.7,No.4 表1不同病情分级与关节液和血清相关水平的比较( ±S) 注:根据关节炎严重指数(ISOA)评分,1~4分为轻度;5~7分为中度;8~11分为严重;11~13分为非常严重;14分者为病情极为严重。 对比( ±s),采用两个配对样本的t检验,以此判断两 组总体血清中TLR-4、IL一1B的水平是否有统计学差 异。实验组血清的TLR-4为(13.096±4.060)ng/ml, 对照组为(10.005±2.082)rig/ml,两组间的差异有 统计学意义(t=2.779,P<0.05)。实验组患者血 清的IL一1 B为(7.487±3.917)pg/ml,对照组为 (4.523±3.444)pg/ml,两组问的差异有统计学意 义(t=2.666,P<0.05)。 OA患者关节液与血清中TLR-4、IL一1B浓度水 平做相关关系的分析,采用双变量参数Pearson相 关分析。实验组OA患者关节液IL-1B的浓度为 (4.523 4-3.444)pg/ml,血清中IL一1B浓度为 (7.487 4-3.917)pg/ml,两者间有显著相关性(r= 0.949,P<0.01)。实验组OA患者关节液TLR-4的 浓度为(10.005 4-2.082)ng/ml,血清中TLR-4浓度 为(13.096 4-4.060)ng/ml,两者间有显著相关性 (r=0.458,P<0.05)。由此可见,患者血清中的 IL.1B、TLR-4的变化与关节液的变化呈正相关,而 且,IL一1 B的联系程度(P<0.01)比TLR-4更密切 (P<0.05),血清中IL一1 B、TLR-4含量可以反映关 节液的变化。 随着OA严重程度指数(ISOA)的升高,IL.1B、 TLR4的水平逐步上升。对不同病情分级的患者进 行单因素方差LSD两两比较,轻度、中度、严重、非 常严重各组数值间均有统计学差异,且随病情加重 测得浓度逐步升高(表1)。结果表明IL-1B、TLR-4 与OA呈正相关性。 讨论 OA是常见慢性运动系统疾病,人们对软骨破 坏的研究已经很深入,但无理想治疗方法 J。本课 题希望通过近年关于炎症细胞因子的成果对OA的 病因机制进行探索。人们研究发现炎症的启动有一 套程序,各种不同的炎症其启动程序有不同之处,也 有相同之处。机体的组织和细胞受到各种损伤因子 的刺激,可导致机体组织和细胞的变性、坏死;反过 来,机体的组织和细胞对损伤因子也会产生一系列 的复杂反应,以期对抗损伤因子并修复损伤的组织, 这一防御性反应的过程称为炎症。人们在对炎症的 免疫学研究中发现机体存在天然的非特异性免疫反 应,和应激后出现的特异性免疫反应。1985年,德 国Nusslein.Volhard等。。 在研究果蝇胚胎发育过程 中发现有一个基因决定着果蝇的背腹侧分化,将其 命名为Toll基因,后来经过众多学者经十多年的的 研究发现TLR-4是参与非特异性免疫(天然免疫) 的一类重要蛋白质分子,也是连接非特异性免疫和 特异性免疫的桥梁,1997年Medzhitor等 首次鉴 别出果蝇同源的第一个人类细胞TLR,后被命名为 TLR-4。在TOLL家族中TLR-4的研究较为深刻 。 1991年,Gay等 发现,Toll蛋白在结构上与哺乳动 物中一种天然免疫功能分子——白细胞介素受体1 (IL.1R)具有同源性(图1)。而IL.1是人们最早熟 知的炎性介质,1983年首先在人关节炎病变滑液中 发现了IL一1,其中以IL一1B为主,而OA软骨组织中、 上层软骨细胞及其基质均呈IL一1 B强阳性反应¨。。。 之后大量动物实验及体外培养的研究证实IL一1 B在 OA的发病进程中起着关键作用。IL一1B在OA中的 作用机制包括:诱导MMPs的合成,促进其他细胞因 子和炎症介质表达,促进软骨细胞凋亡,抑制软骨基 质合成,参与滑膜炎性病变等。IL一1B、TLR-4的作 用主要通过髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)途径激活细胞核的核转录因子 NF.K8,从而引发了固有免疫反应和炎症反 应 ]。 本课题选择IL-1p和TLR-4的原因是:IL一1p是 经过大量动物和人的实验证实与OA相关,实验过 程中可用IL一1B作为参照物,可以判读实验过程中 标本和试剂的可靠性,为测定TLR-4建立相对可靠 的实验环境¨ 。如果TLR-4的水平变化与IL.1 B 相一致,根据TOLL理论,那么OA的发生机制中就 有可能有TOLL受体参与,由此可以推断,OA与非 特异性免疫和特异性免疫炎症机制有关,若此机理 ・40・ 生 堇 垄查 皇 墼 生 旦箜!鲞 4期Chin J Joint Surg(Electronic Edition),August 2013,Vo1.7,No.4 [3] De Andr6s MC,Imagawa K,Hashimoto K.Suppressors of 成立,那么选择相关细胞因子抑制剂作为治疗药物, 就有可能更有效早期治疗OA的软骨破坏。 本实验中发现患者血清中的IL.1 B、TLR-4的含 cytokine signalling(SOCS)are reduced in osteoarthritis.Bioehem Biophys Res Commun,2011,407:54—59 量水平与关节液中的水平基本一致,并与关节严重 指数同步变化,从测得血清和关节液中的IL.1B、 TLR-4浓度标准差数据可以看出,随着ISOA分数升 高,其浓度标准差也相应升高,离散度很小,可以得 出TLR-4和IL-1p在OA患者中高表达,他们的表 达与关节炎严重指数程度呈正相关,与同龄健康人 [4] 陈百成,张静,主编.骨关节炎.北京:人民卫生出版社, 2OO4:2O. 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(收稿日期:2012—07—05) 刘新,黄文瑶,李卫国,等.TLR-4、IL-1与膝骨关节炎相关性的临床研究[J/CD].中华关节外科杂志:电子版,2013,7(4) 481—485. ・专科小词典・ 撕脱性骨折 撕脱性骨折(avulsion fracture)是一类特殊的骨折,指在肌肉强烈收缩时导致的与肌腱相连的骨性突起或粗隆部的一部分 或者全部的骨质分离。理论上所有肌腱的止点都有可能发生撕脱性骨折,常见的部位有胫骨髁间隆突,尺骨鹰嘴,远节指骨 基底部等。撕脱性骨折的症状与骨折相近,以伤处疼痛及关节活动部分受限为主要表现,其次就是局部的肿胀,压痛。由于 肌腱的止点受到破坏,肌腱通常出现回缩现象,产生类似肌腱断裂的症状,影响关节的主动活动。治疗上主张手术将撕脱的 骨块复位并坚强固定,以恢复肌腱的张力。 (广州医科大学附属第一医院骨科严广斌整理) 

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