创伤性骨关节炎组织CD11、CD54、TNF-α及S100表达

　　作者：刘相和,夏玉军,迟焕芳　　作者单位：青岛大学医学院人体解剖学教研室，山东 青岛 266021

　　【摘要】目的 观察创伤性骨关节炎病人软骨组织中中性粒细胞黏附因子11(CD11)、白细胞表面黏附分子CD54、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血清S100蛋白(S100)的表达，探讨创伤性骨关节炎的发病机制。方法 随机取20例创伤性骨关节炎手术治疗病人的病变软骨组织(实验组)与正常软骨组织(对照组)，应用免疫组织化学的方法检测CD11、CD54、TNF-α、S100的表达，经图像分析比较两组吸光度的差异。结果 实验组CD11、CD54、TNF-α及S100吸光度值均比对照组明显增高(t=4.815~5.120,P<0.01)。结论 创伤性骨关节炎的发生与CD11、CD54、TNF-α介导的炎性反应有关，并同时伴随有S100介导的组织修复。

　　【关键词】 骨关节炎;抗原,CD11;胞间黏附分子1;肿瘤坏死因子α;S100蛋白质类

　　EFFECT OF CD11, CD54, TNF-α AND S100 ON POST-TRAUMATIC OSTEOARTHRITIS LIU XIANG-HE, XIA YU-JUN, CHI HUAN-FANG (Department of Anatomy, Qingdao University Medical Colledge, Qingdao 266021, China)

　　[ABSTRACT] Objective To observe the expressions of CD11, CD54, TNF-α and S100 in cartilaginous tissue of post-traumatic osteoarthritis. Methods Twenty diseased specimens of cartilaginous tissue taken from patients undergoing surgery for post-traumatic osteoarthritis (experimental group) and normal cartilaginous tissue (control group) were detected for expressions of above items immunohistochemically. The difference of absorbance was compared by image analysis. Results The expressions of CD11, CD54, TNF-α and S100 in the experimental group increased significantly as compared with the control. Conclusion The post-traumatic osteoarthritis is related with the CD11, CD54, TNF-α and S100-mediated inflammatory reaction, and, at the same time, associated with S100-mediated tissue repair.

　　[KEY WORDS] Osteoarthritis; Antigens, CD11; Intercellular adhesion molecule-1; Tumor necrosis factor-alpha; S100 proteins

　　创伤性骨关节炎是骨关节炎的常见类型之一，是继发于关节创伤的骨关节炎，受伤后发病时间长短不一，临床主要表现为受累关节的疼痛、不同程度的关节活动障碍，严重者有畸形改变，甚至致残[1]。至今，人们对软骨损伤后的自然演变过程还不够了解，创伤性骨关节炎的发病机制仍不清楚[2]。本文从细胞因子介导的炎性反应的角度探讨创伤性骨关节炎的发病机制，为临床治疗该病提供参考。

　　1 材料与方法

　　1.1 组织来源及取材方法

　　随机选择中国人民解放军第401医院骨外科手术治疗的创伤性骨关节炎病人20例，性别、年龄不限，取损伤软骨组织经生理盐水反复冲洗后，以多聚甲醛溶液固定。另取正常关节软骨作对照。

　　1.2 免疫组织化学检测

　　软骨组织常规固定、脱钙、浸蜡包埋、连续切片。应用免疫组织化学SABC三步法染色，分别检测中性粒细胞黏附因子11(CD11)、白细胞表面黏附分子CD54、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血清S100蛋白(S100)在各组软骨组织中的表达，DAB显色，镜下控制显色时间。最后脱水，透明，封片,显微镜观察。

　　1.3 免疫组化染色结果分析

　　免疫组化染色结果利用德国Sample PCI图像分析系统进行吸光度定量分析。

　　2 结 果

　　2.1 苏木精-伊红染色检查

　　实验组可见软骨组织结构层次不清，胶原断裂，对照组可见软骨组织层次结构清楚，细胞外基质均匀，胶原排列整齐。

　　2.2 CD11、CD54、TNF-α、S100检测

　　CD11、CD54、TNF-α、S100均表达在染色阳性细胞的胞浆或胞膜，呈现程度不同、基本均匀的棕黄色颗粒，定位于软骨细胞。两组CD11、CD54、TNF-α及S100表达比较，差异有极显著意义(t=4.815~5.120，P<0.01)，见表1。表1 两组CD11、CD54、TNF-α、S100表达比较

　　3 讨 论

　　3.1 外伤对关节软骨的影响

　　关节软骨主要由大量细胞外基质与散在分布其中的软骨细胞组成。软骨细胞只占关节软骨总体积的10%以下，其组成成分以基质为主。水分占正常关节软骨湿质量的65%~80%，其余组织的湿质量主要由胶原和蛋白多糖两种大分子构成。

　　关节软骨无血液供应，大多数学者认为，其营养可能由周围关节液或下面的骨通过基质扩散而来。关节的负重与运动对于维持成人正常关节软骨组成、结构与机械性是必需的。当负重的强度和频率超出或低于此范围时，关节软骨的合成与降解失平衡，导致软骨组成与超微结构发生变化。急性或反复的钝性关节外伤，可以造成关节软骨和钙化层损伤，而关节软骨的外观是完整的[3,4]。这些损伤不但引起蛋白多糖的丧失还引起其他基质的不正常，如胶原纤维网架的扭曲、基质的肿胀、胶原纤维与蛋白多糖联结的破坏，这些变化将进一步损害软骨细胞。当软骨面完整时，软骨下骨的MRI改变有时与软骨钙化层和软骨下骨处损伤的改变相一致[5]。

　　3.2 CD11、CD54、TNF-α在创伤性骨关节炎病理损伤中作用

　　在本实验中，实验组CD11、CD54、TNF-α均比对照组明显增高。作为黏附分子，CD11与其配体作用介导白细胞与内皮细胞的黏附与跨内皮移行，可能是炎症反应的一种重要调节剂。CD54为单链跨膜糖蛋白，正常情况下很少表达或不表达，当受到炎性细胞因子(如TNF-α,IL-1、IFN-γ等)及内毒素等刺激时呈高水平表达，介导免疫效应细胞与多种细胞及免疫细胞间的相互作用，在机体免疫系统中起重要作用。TNF主要由单核-巨噬细胞产生，主要参与炎性病变过程，近年来的研究表明，TNF-α在骨关节炎的发生、发展中起重要作用[6]。

　　软骨损伤后，部分软骨细胞因不适应外力的变化而失代偿,不仅合成蛋白多糖和胶原的能力下降，而且合成异常的蛋白多糖和非软骨特异性胶原,影响基质的代谢，改变了软骨细胞所处的生理环境，刺激软骨细胞合成和分泌细胞因子TNF-α和多种蛋白水解酶,可直接损伤胶原纤维。同时，蛋白多糖也因蛋白酶的水解或软骨表面的渗透作用而大量丢失,造成胶原网架的塌陷,降低软骨的负重能力。由于软骨表面免疫屏障的破坏,当蛋白多糖和Ⅱ型胶原纤维被降解成小的片段时，可引起细胞免疫和体液免疫反应，加重软骨损伤。此外,胶原网架内的软骨细胞有可能在一次较强外力作用下发生变性、坏死[7],最终导致创伤性骨关节炎的发生。

　　值得指出的是，我们在软骨组织中虽然可以检测到比正常软骨组织中明显增多的炎性因子，但并未发现炎性细胞的浸润，其引起软骨细胞结构炎性反应的具体途径有待于进一步的研究证实。

　　3.3 S100在创伤性骨关节炎病理过程中的作用

　　S100 蛋白是一组低分子质量的钙结合蛋白，细胞内绝大多数S100 蛋白分子以同型二聚体的形式存在。S100 蛋白具体功能目前尚不十分清楚，其绝大部分作为钙受体结合蛋白存在于细胞浆中而发挥作用，在细胞结构形成、生长、能量代谢及细胞内细胞间信号传导方面发挥一定的作用[8]。本文结果显示，实验组S100的表达比对照组明显增多，表明在创伤性骨关节炎病人的软骨组织中，既有软骨组织损伤的病理性发展，也同时存在S100介导的组织自身修复过程，但其具体的作用途径有待进一步的实验研究。

　　总之，大多数学者认为，关节软骨是人体免疫应答的免疫疫区，是免疫损伤导致的创伤性骨关节炎的发生[9]。本实验可以检测到大量增多的炎性因子，我们认为可能是由于关节软骨在损伤后导致软骨胶原纤维的断裂，从而炎性因子浸入，引起炎性反应，最终导致创伤性骨关节炎的发生，但具体的途径还有待于进一步的研究。

　　【参考文献】

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　　[5]MARTIN J A, BUCKWALTER J A. The role of chondrocyte-matrix interactions in maintaining and repairing articular cartilage[J]. Bimhemogy, 2000,37:129-140.

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　　[8]LEFRANC F, GOLZARIAN J, CHEVALIER C, et al. Expression of members of the calcium-binding S-100 protein family in a rat model of cerebralbasilar artery vasospasm[J]. J Neurosurg, 2002,97(2):408.

　　[9]王英振,王湘达. 人工全膝关节置换术的效果[J]. 青岛大学医学院学报, 2005,41(3):198-202.