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【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
Role of NO in the development of osteoarthritis∥YANG Lin，GUO Ai. Beijing Friendship Hospital，Capital University of Medical Science，Beijing 100050，China
Abstract: In this paper the last study of the role of nitric oxide(NO) in the development of osteoarthritis is reported. The study of dependability of the content of NO in the inflamed tissue and development of osteoarthritis showed that NO had an important role in the damage of cartilage, and that the inhibition of excess release of NO could improve the repair of cartilage, and that the effective inhibitor of nitric oxide synthase might cure osteoarthritis.
Key words：nitric oxide; osteoarthritis
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Ⅲ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-γ、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-α、IL-2、IL-1等，为寻找OA的病因开辟了新途径[5]。研究显示，IL-1β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-1β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Ⅰ、Ⅲ胶原的能力明显强于对Ⅱ型胶原的作用，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-1β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-1β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-1β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-1β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-1β诱导软骨细胞NO的表达。由此，可以认为IL-1β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-1β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-1β)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. Nitric oxide synthase:structure, function and inhibition[J].Biochem J, 2001,357:593-615.
[2] Wang S, Wang X, Yan J,et al. Resveratrol inhibits proliferation of cultured rat cardiac fibroblasts: correlated with NO-cGMP signaling pathway[J].Eur J Pharmacol，2007，1-2:26-35.
[3] de la Mano A, Gato A, Alonso MI,et al.Role of interleukin-lbeta in the control of neuroepithelial proliferation and differentiation of the spinal cord during development[J].Cytokine，2007，2:128-137.
[4] Kroncke KD, Fehsel K, Kolb - Bachofen V. Inducible nitric oxide synthase in human disease[J].Clin Exp Immunol, 1998,113:147-156.
[5] Robert M, Ashok R, Steven B. The role of nitric oxide in inflammationimmunity[J]. Arthritis Rheum, 1998,41:1141-1451.
[6] Abramson SB, Yazici Y. Biologics in development for rheumatoid arthritis: relevance to osteoarthritis[J]. Adv Drug nelly Rev，2006，2:212-225.
[7] Montrull HL, Brizuela NY, Demurtas SL,et al.Structure and secretory activity of cultured chondrocytes from patients with osteoarthritis[J].Biocell，2005，2:163-167.
[8] acRae VE，Farquharson C, Ahmed SF. The restricted potential for recovery of growth plate chondrogenesis and longitudinal bone growth following exposure to pro-inflammatory cytokines[J].Endocrinol，2006，2:319-328.
[9] Aida Y, Maeno M, Suzuki N,et al.The effect of IL-lbeta on the expression of matrix metalloproteinases and tissue inhibitors of matrix metalloproteinases in human chondrocytes[J].Life Sci，2005，25:3210-3221.
[10]Manacu CA, Martel-Pelletier J, Roy-Beaudry M,et al.Endothelin-1 in osteoarthritic chondrocytes triggers nitric oxide production and upregulates collagenase production[J].Arthritis Res Ther，2005，2:324-332.
[11]谈志龙，邢国胜，李德达，等.细胞因子对关节软骨细胞作用的研究[J].骨与关节损伤杂志，2003，5：316-340.
[12]李美荣，王美美.骨关节炎患者血清和关节液一氧化氮及其合成酶变化的意义[J].安徽医药，2005，2：108-110.
[13]王毅，邢国胜，于顺禄，等.IL-1β诱导软骨细胞培养金属蛋白酶/金属蛋白酶抑制剂水平及药物对其影响[J].中华风湿病学杂志，2003，12：718-721.
[14]Vuolteenaho K, Moilanen T, Jalonen U,et al.TGF beta inhibits IL-l-induced iNOS expression and NO production in immortalized chondrocytes[J]. Inflamm Res，2005，10:420-427.
[15]Lopez-Armada MJ, Carames B, Lires-Den M,et al.Cytokines, tumor necrosis factor-alpha and interleukinlbeta, differentially regulate apoptosis in osteoarthritis cultured human chondrocytes[J]. Osteoarthritis Cartilage，2006，7:660-669.
[16]Bota T, Kubota E, Matsumoto A,et al.Identification of matrix metalloproteinases (MMPs) in synovial fluid from patients with temporomandibular disorder[J]. Eur J Oral Sci，1998，6:992-998.
[17]Sanshiro H, Kenji T, David A,et al. Chondrocyte apotosis and nitric oxide production during experimentally induced osteoarthritis[J]. Arthritis Rheum, 1998,41:1266-1274.
[18]Pelletier JP, Jovanovic D, Julio C. Reduced progression of experimental osteoarthritis in vivo by selective inhibition of inducible nitric oxide syn2thase[J ]. Arthritis Rheum, 1998,41:1275-1286.
作者单位：首都医科大学附属北京友谊医院，北京 100050