四环素类药物与骨关节炎的治疗

【关键词】 四环素类；骨关节炎；治疗

骨关节炎(OA)在关节病中最为常见，因关节结构的进行性退变导致关节功能的丧失。用于治疗OA的非甾体类药物及其他止痛药物、关节内类固醇药物注射等均不能改变OA退变的进程，且胃肠道等不良反应的发生率也较高。干扰OA关节结构退变进程和保持正常关节功能成为一种新的治疗理念。四环素类药物(tetracyclines，TCs)抗胶原酶活性等非抗生素作用的发现，为OA的治疗开辟了广阔的应用前景。

　　1 OA药物治疗现状
　　
　　OA为常见的关节疾患之一，与外伤、炎症、衰老、代谢和免疫等因素有关，但确切发病机制至今未明。近年发现，OA关节软骨细胞外基质合成与降解失衡是造成软骨变性的重要原因之一。关节软骨损害是OA的基本病理变化、首要表现和病理基础〔1〕。伴随OA病程的进展，关节组织发生的改变包括关节软骨的原纤维化和溃疡、关节囊和滑膜增厚、骨重塑和硬化、骨赘和骨囊肿形成等。在OA退变的过程中，基质金属蛋白酶(MMPs)、一氧化氮(NO)、细胞因子、免疫因素和软骨下骨的改变等均起着重要的作用。
　　
　　目前国内外均将治疗OA的药物分为改善症状和改善病情两类。改善症状药物，如非甾体类抗炎药(NSAI)药物，可有效缓解疼痛等症状，暂时改善关节功能，但不能阻断OA的进展，也不能改善关节软骨等组织的病理状态，且胃肠道等不良反应较大，因此一般不建议长期应用。在OA的动物模型的实验中已发现的一些能减少关节软骨蛋白水解破坏，促进基质修复的药物称之为“软骨保护性药物”。由于OA病变不仅累及关节软骨，而且侵犯关节周围组织，故更倾向于将这类药物称为OA病情改善药物。改善病情药物，如TCs类药物、氨基葡聚糖、生长因子等，能从某些方面防止OA的软骨损害、延缓或阻断软骨损害的过程。目前一些具有胶原酶抑制特性的化合物作为结构改善药物或病情改善药物，不仅用于治疗OA，还用于类风湿关节炎的治疗〔2〕。
　　
　　TCs是一类临床应用范围广泛的广谱抗生素，通过其螯合金属离子的特性抑制微生物蛋白质的合成而起到抗生素作用。临床常用的TCs有四环素、土霉素、强力霉素、米诺环素等。除抗生素作用外，TCs还具有抑制MMPs、抑制细胞因子、对抗炎症反应和免疫调节等非抗生素作用〔3〕。TCs可以通过上述多种途径对OA起保护作用，但尚未应用于临床OA的治疗。

　　2 TCs治疗OA的作用机制

　　2.1 TCs的MMPs抑制作用 MMPs是一族结构相似的蛋白水解酶类的总称，几乎可以降解全身各组织的细胞外基质。根据底物特性，主要分为胶原酶（MMP1、MMP8、MMP13）、明胶酶（MMP2、MMP9）及基质溶解素（MMP3、MMP7、MMP10）等。其催化中心均有Zn2+，并需Ca2+稳定其构象。TCs对MMPs的抑制作用可能与其螯合二价金属离子(Zn2+，Ca2+)有关〔4〕，四环素C11位羰基和C12位羟基可能一同形成一个金属离子结合位点，与Ca2+，Zn2+螯合成酶抑制性复合物，从而降低该酶活性。正常情况下，MMPs可由滑膜细胞、软骨细胞产生，与MMPs抑制剂(TIMP)间维持相对平衡，对关节软骨的代谢起重要作用。在OA时，MMPs与TIMP间平衡被打破，滑液中MMPs及其他酶类活性显著增加，从而引起软骨基质蛋白多糖和胶原的过度降解，导致软骨破坏。研究表明，OA时Ⅱ型胶原由于胶原酶的作用，裂解明显增加，而Ⅱ型胶原裂解酶主要认为是胶原酶3(MMP13)〔5〕。胶原酶与可聚蛋白多糖（Aggrecan）降解并无直接联系，但由于蛋白多糖主要以聚合体的形式通过透明质酸与Ⅱ型胶原相互作用，故推测胶原酶降解Ⅱ型胶原后间接影响蛋白多糖的浓度。
　　
　　动物和人体实验均证实，TCs能抑制MMPs的活性〔6〕。TCs可直接抑制蛋白酶和胶原酶的活性，还可以通过减少OA软骨中胶原酶mRNA 的水平间接抑制这种分解代谢活动。另外，TCs还可以抑制肿瘤坏死因子（TNF）α诱导的这些酶类mRNA的高表达，同样人OA软骨中的软骨细胞经过四环素处理后，MMPs和相关的mRNA 水平也明显受到抑制〔7〕。TCs软骨保护作用的机制与TCs抑制了胶原酶、明胶酶、溶基质素等MMPs的活性，从而阻止了病理性的结缔组织损伤有关。

　　2.2 TCs与NO NO是在一氧化氮合酶(NOS)作用下，催化L精氨酸产生的一种重要的信号分子，参与炎症反应过程和关节损伤。NO是许多软骨细胞功能的重要调节因子， 它在OA的软骨组织中自发地产生。在一些细胞类型中，NO能通过对处于半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶促中心环节的丝氨酸残基进行S硝基化以及其他作用方式从而抑制凋亡，而在另外的细胞类型中，外源性或内源性的NO又起着促凋亡的作用，在凋亡调节过程中NO的双重机制依然不明。动物实验表明，TCs可以明显抑制NO生成〔8〕。可能归因于阻止了自发的或继发的分解代谢性细胞因子的活性，也可能是阻止了炎症性关节病中软骨降解的代谢性细胞因子的级联式反应。
　　
　　研究发现，过多的NO是OA软骨损害的重要因素。诱导型NOS(iNOS)的升高是NO作用水平上升的原因。在体外，强力霉素和米诺环素能部分阻断或逆转自发的和白细胞介素（IL）1β诱导的OA软骨中NOS的活性〔9〕。四环素还可以不通过NO而上调环氧化酶2和前列腺素E2的产生，这一发现的临床意义尚不清楚〔10〕。实验表明，四环素能降低有害因子NO的水平，从而改善软骨细胞生存的微环境，改变细胞退变进程，改善OA的病理变化〔11〕。

　　2.3 TCs对细胞因子的作用 细胞因子主要分为三类〔12〕：致炎性细胞因子(如IL1、TNFα、IL17、IL18等)、抗炎性细胞因子如IL6、巨细胞抑制因子(LIF)、IL11等；和合成性细胞因子，如胰岛素样生长因子(IGF)1β、骨形态发生蛋白（BMP）、IL10等。IL1在骨关节炎发病机制中具有重要作用，而IL1β在整个致炎过程处于核心地位〔13〕。体外培养的正常软骨细胞和滑膜组织只能产生微量的IL1β，而在OA滑膜组织细胞和体外培养的上清液中能检出较高水平的IL1β。
　　
　　细胞因子作为一种细胞间信息的传递者，在OA的发生及发展中起着重要作用，它影响着多种酶类和炎性介质生成以及软骨、骨细胞的代谢。体外试验表明，强力霉素能增加TGFβ3的表达，还可以导致IL1α 和IL1β和IL6 mRNA水平的明显降低〔14〕。这种细胞因子的直接抑制作用可能与其下调了OA滑膜细胞中iNOS的活性有关〔15〕。TCs能够逆转在体外状态下OA组织自发性的和IL1β诱导的 NOS的活性，这个机制至少在某种程度上是在这些酶类的RNA表达和翻译水平上发挥作用的〔9〕。

　　2.4 抗炎作用 在OA时，关节软骨基质破坏，其降解成分可引起细胞的吞噬反应，导致滑膜组织炎性渗出，分泌炎性因子，而这些炎性因子能促进软骨细胞外基质的进一步破坏；另外，软骨基质和胶原降解的成分具有抗原性，可刺激B细胞产生自身抗体，形成抗原抗体复合物，激活补体系统，引起自身免疫损伤；此外，降解成分还可刺激T细胞，产生细胞因子IL1，肿瘤坏死因子(TNF)α)，它们可作用于软骨细胞及成纤维细胞，抑制胶原和蛋白多糖聚合体的合成，同时刺激滑膜和软骨细胞产生MMP，以及介导前列腺素E2的合成和分泌，引起软骨损伤。
　　
　　TCs能从不同途径有效抑制炎症，阻止炎性介质进一步破坏关节组织。TCs还可抑制体内磷脂酶A2生成，从而减少白三烯和前列腺素的合成。另外，TCs还是氧自由基的有效清除剂，而氧自由基是目前公认的炎症介质。TCs能有效抑制MMPs的活性和前炎症介质NO的释放，从而减轻和阻止了软骨基质的降解作用，也抑制了炎症反应的进一步加剧。

　　2.5 TCs的免疫调节作用 通常认为OA的发病是由于年龄增长和生物力学改变而引起退行性改变，但是近来研究发现免疫机制参与了OA的发病过程〔16〕。软骨细胞具有独特的表面抗原，通常受来自于宿主免疫监视系统的细胞外基质保护，而不产生自身免疫。当OA患者的关节软骨遭受到慢性降解损害时，这种由细胞外基质提供的保护同时受到损害，软骨的抗原决定簇外露，软骨细胞表面的抗原成分和软骨基质成分（如胶原成分和蛋白聚糖等）均可成为自身免疫反应的目标抗原，则引发自身免疫，进一步导致基质破坏，同时进一步加强了自身免疫，导致了慢性炎症的发生。免疫学研究发现， OA病人存在着细胞免疫，软骨成分自身抗体的存在和免疫复合物的沉积，证明体液免疫也参与了关节软骨的破坏过程〔16〕。
　　
　　TCs具有免疫调节作用。米诺环素能通过螯合Ca2+的功能来抑制T细胞的增殖及细胞因子IL2、干扰素(IFN)γ、α、TNFα的产生，且呈量效关系〔17〕。四环素的衍生物可以抑制人滑膜组织中淋巴细胞的增殖和激活，导致了IL2等前炎性细胞因子的水平下降，进而造成了其他重要下游细胞因子的生成减少，从而抑制了RA的滑膜炎症〔18〕。目前TCs对免疫系统调节的机制仍待进一步研究。

　　2.6 TCs对骨组织的影响 目前多数观点认为，骨组织，特别是软骨下骨组织结构与代谢变化，与OA的发生和发展关系密切。OA多见于老年人，常伴有不同程度的骨质疏松，而软骨下骨质疏松易发生微骨折，且其承担压力后的形变能力降低，使关节软骨所受应力增加，导致OA的发生。研究人员还发现，OA患者软骨下骨中MMP3，MMP9，TIMP1和所测细胞因子（TNFα、IL1、IL8、IL10）均表达增高，而这些细胞因子和MMP的增高，可以导致临近区域软骨的降解〔19〕。
　　
　　TCs有明显的趋骨性，可螯合Ca2+，使其沉积与骨的纤维网格框架中 ，增加骨的钙盐含量，多西环素可增强骨的形成和重吸收过程。行卵巢切除术的大鼠给与CMT8，可以诱导新骨形成，显著地抑制骨小梁和皮质骨的缺失，减少骨的重吸收〔20〕。在临床全髋关节置换手术后，由于假体与骨质接触面的骨质吸收，可造成假体无菌性松动，而强力霉素可以抑制这种骨质吸收〔21〕。强力霉素治疗创伤性OA的长期观察，发现其对软骨下骨骨量的再丢失有显著的保护作用〔22〕。另外，由于TCs可以抑制MMPs和细胞因子的活性，从而减轻了继发性的骨损害。

　　3 TCs在OA中的临床应用研究
　　
　　TCs是一种广谱抗生素，自1948年首次运用于临床以来，在广谱抗菌方面得到了广泛的应用。80年代初期Golub等首次发现TCs可以抑制哺乳动物胶原酶的活性，而这种作用与其抗菌作用无关〔23〕。后来，他们又发现了一系列经过化学修饰的四环素药物（ chemically modified tetracycline，CMT)，抛弃了TCs的抗菌作用，但保留了它的抗胶原酶活性，从而更利于发挥其独特的治疗作用。

　　
　　各种TCs对MMPs有不同程度的抑制作用，而MMPs是一族具有降解几乎所有细胞外基质为主要功能的酶，它们存在于常人体，参与伤口愈合、软骨基质的降解、骨吸收并与细胞基质分解的疾病有关，诸如类风湿关节炎、OA、骨质疏松、牙周病和癌肿等〔24〕。OA关节软细胞外基质合成与降解失衡是造成软骨退变的重要原因之一。而MMPs可以降解软骨基质，从而导致了OA的发生。
　　
　　现已证实，在动物和人体实验中，TCs均能抑制MMPs的活性，MMPs是最可能导致不可逆性关节结构损伤的重要因素〔25〕。TCs抑制关节损害的作用机制与其抗菌性质无关。预防性的TCs或CMT类药物口服可以降低几内亚猪膝关节OA的退变程度〔26〕。在混种狗实验性OA模型中能显著降低股骨髁负重区软骨损害的严重程度〔27〕。在已经确定为膝关节OA的一群肥胖女性中，强力霉素100 mg每日2次，用药30个月能够减慢关节间隙狭窄的发展速度〔28〕。值得注意的是，TCs做为OA的疾病改善或结构改善药物，对临床疼痛指标无明显改善作用〔29〕。所以，疾病改善药与症状改善药物的合理搭配用于OA的治疗，可能是一种较为合理的治疗方案〔30〕。
　　
　　目前TCs在OA中的研究，已开始从矾物模型和基础实验阶段向临床应用研究方面迈进，但仍需大量的工作来探讨其治疗价值。

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