四环素类抗生素治疗骨关节炎的作用机制及应用前景.docx

四环素类抗生素治疗骨关节炎的作用机制及应用前景骨关节炎是一种严重影响人类健康的关节疾患，以局部关节软骨退行性改变、骨丢失、骨赘形成、关节畸形及软骨下骨硬化为主要特征。其病因是多种因素，通过多种机理引起。随着人口老龄化的趋势，OA发病率逐年上升，成为影响老年人生活质量的重要疾病之一。据统计，该病在50岁以上人群中发病率仅次于心血管疾病，列第2位。近年来，针对OA治疗的药物研究在不断进展，其中，四环素类抗生素的非抗生素作用在OA治疗中的意义，逐渐得到人们重视，为骨关节炎的治疗，提供了新的思路。TCs是由链丝菌产生或再经半合成制成的一类广谱抗生素，主要通过抑制细菌蛋白质合成而发挥其抑菌作用，近年来，因耐药菌株增多，且可引起骨质色素沉积等不良反应，其抗生素作用几乎已被其他抗生素所取代，随着对其药理作用研究的深入，发现其还有许多非抗生素作用，如抗炎、免疫抑制、清除氧自由基等，这些作用在骨关节炎的治疗中，有着重要意义。在这种思路指导下，研究人员，通过对其构效关系的研究发展了一系列化学改进型四环素，舍弃其抗生素作用，特意的保留或增强了其非抗生素作用。天然四环素族主要有金霉素、土霉素、四环素以及地美环素等；CMTs主要有多西环素、美他环素及米诺环素等，现将其非抗生素作用在OA中的应用研究进展综述如下。 1 TCs非抗生素作用在OA发病中的作用 对基质金属蛋白酶的抑制作用 MMPs是参与降解全身组织细胞外基质及基底膜的内肽酶的总称。按其作用底物的不同，分为胶原酶、明胶酶、基质溶解素、膜型MMPs，其催化中心均有Zn2+，并需Ca2+稳定其构象。正常情况下，MMPs可由滑膜细胞、软骨细胞产生，与MMPs抑制剂间维持相对平衡，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MMP及其他酶类活性显着增加，从而引起软骨基质蛋白多糖和胶原的过渡降解，引起软骨分解，动物实验显示，MMP13引起的软骨损伤，与OA极为相似1。而MMP3对软骨损伤与关节间隙狭窄关系密切，而血清中MMP3的水平可作为关节间隙狭窄的预测因子2。有证据表明显示，TCs对MMPs有抑制作用3，米诺环素，赖甲环素的作用更强，多西环素体外试验中能直接抑制MMP2和MMP9的表达，体内试验显示除此作用外，还可以降低内毒素诱发的MMPs合成4。四环素类抑制MMPs作用机理现在未完全明了，但并非单一途径，而是多种途径共同作用的结果。其中可能的机理为：其C11位的羰基和C12位的羟基与可与MMPs中Zn2+或Ca2+离子结合，抑制MMPs的活性；清除多种细胞产生的氧自由基，阻止胶原酶非活性前体的氧化性活化5。 抗炎作用 在OA时，关节软骨基质破坏，其降解成分进入滑液，引起细胞的吞噬反应，导致滑膜炎及渗出，渗出液中含有炎性因子，而这些炎性因子能促进软骨细胞外基质的进一步破坏，刺激关节骨质吸收，增加机体对致痛物质的敏感性，使软骨结构的破坏及症状加重；软骨降解成分具有抗原性，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，这些细胞因子是OA相关的重要细胞因子，IL1及TNF均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基质金属蛋白酶，以及介导前列腺素的合成和分泌，引起软骨破坏、骨吸收。TCs能从多个方面有效抑制炎症，阻止炎症介质对软骨进一步破坏，可能的机理为：四环素类抗生素可以干扰磷脂酶A2的代谢物产生，减少白三烯和前列腺素合成；通过抑制MMPs的活性，减轻和阻止了软骨基质的降解作用；抑制炎型细胞因子的分泌，体外实验证实，四环素只能抑制脂多糖诱导的IL1及TNF的分泌，而不影响细胞因子mRNA的聚集，提示四环素可能通过阻断细胞因子的转录后过程实现的;氧自由基是重要的炎症介质之一，TCs具有显着的抗氧化作用。 抑制一氧化氮的产生 一氧化氮是在一氧化氮合成酶作用下，催化L精氨酸产生，是一种重要的信号分子，参与炎症反应过程和关节损伤，其作用途径为：NO可以协同IL1提高软骨细胞合成PGE2；促进滑膜细胞产生前炎性细胞因子，调节软骨细胞功能，使iNOS大量合成，iNOS使NO含量增高，过高的NO抑制基质中蛋白多糖的合成，也可进一步促进前炎性细胞因子释放，抑制细胞外基质分泌和胶原合成，形成恶性循坏；NO可促进软骨细胞释放MMPs，增强MMPs的活性，促进基质降解;产生内源性的氧自由基，对组织产生损伤；减少硫酸盐与黏多糖的结合，导致蛋白多糖合成减少；抑制脯氨酸羟化酶，影响胶原质代谢;降低软骨细胞附着纤维连接素的能力，破坏了肌动蛋白细丝，影响了细胞骨架，干扰和抑制了细胞移动，损伤了软骨细胞的修复机理，妨碍了软骨细胞外基质的功能调控6；抑制软骨细胞的增殖，促进软骨细胞的凋亡。有证据证实，四环素类药物可以明显抑制一氧化氮生成7，其可能机理为：抑制iNOSmRNA的表达，降低iNOS的催化活性，动物实验表明:TCs通过促进iNOSmRNA的降解，减少iNOS的翻译表达，从而减少一氧化氮的合成8;阻止自发性和细胞因子诱导的关节软骨NO的合成9，但Milan10在体外研究发现四环素对介导iNOS增加的炎性因子如TNF、IL1等无抑制作用，故对此机理还有待于进一步研究。 对细胞因子的作用 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，其中TNF、IL1、TGF作用尤为重要。体外试验表明，强力霉素能增加TGF3的表达，显着减少IL1、IL1、IL6 mRNA，同时增加TGF R和TGF R表达，IL1、IL1、IL6的减少，进一步减少了MMP的生成，而增加的TGF3可以减少局部前炎性细胞因子的产生11。虽然有报道四环素只能抑制脂多糖诱导的TNF、IL1分泌，而不影响细胞因子mRNA的聚集，提示其作用是阻断细胞因子转录后实现的，但米诺霉素则是在细胞因子mRNA水平发挥作用，且强力霉素也可较少IL1、IL1、IL6 mRNA11，所以，TCs对细胞因子的影响及作用机理还需进一步研究。 对骨组织的影响 骨组织是由骨细胞、成骨细胞、破骨细胞及细胞间质组成，在成骨过程中，成骨细胞和破骨细胞起着重要作用。骨组织，特别是软骨下骨组织，与OA的发生和发展关系密切。目前，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，不能有效的分散应力，故与OA关系密切。对四环素类抗生素研究中发现，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，显着地抑制骨小梁和皮质骨的缺失，减少骨的重吸收。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12。其可能机理为：四环素类药物可通过改变细胞内钙离子浓度，减少溶酶体酶和乳酸的分泌，抑制破骨细胞明胶酶活性，以及选择性地抑制破骨细胞形成和诱导破骨细胞发生细胞凋亡等方式来减少骨的重吸收。 免疫调节作用 以往认为OA的发病是生物力学改变及机体衰老而引起的退行性改变，近来的研究发现免疫因素在OA的发病中起着重要作用。正常情况下，软骨内无血管，软骨细胞的抗原成分被胶原的基质包围，不产生自体免疫。当基质破坏时，软骨的抗原决定簇外露，则引发自体免疫，进一步导致基质破坏，同时进一步加强了自体免疫，导致了慢性炎症的发生13。通过免疫学研究发现，OA病人滑膜中有单核细胞浸润和淋巴细胞聚集，其中的单核细胞主要是CD3+T细胞14。Guerassimov等15发现OA病人存在着细胞免疫，已证实在炎症反应和关节破坏过程中有体液免疫参与。大量研究表明，TCs能影响机体免疫系统组成及功能。米诺环素能影响抗CD3单克隆抗体刺激后的滑膜T细胞增殖及细胞因子产生，且呈量效关系15。在运用米诺环素治疗RA研究中，观察到RA患者C反应蛋白IgM型类风湿因子的滴度明显下降，而蛋白质的产生不受影响。C反应蛋白下降与血清中白介素6水平降低高度相关，且RA血清中的IL6 IgM型类风湿因子部分来源于关节，提示米诺环素可能下调IL6、类风湿因子来抑制滑膜炎症，这与米诺环素抑制T、B细胞功能的实验结果是一致的。实验研究显示米诺环素通过T细胞抑制肿瘤坏死因子的mRNA合成。目前，TCs对免疫系统调节的具体机理仍待研究。 2 TCs的不良反应及临床应用前景TCs曾在抗感染领域广泛应用，但后来由于耐药菌株增多及其不良反应较多，其适用范围大为减少。总的来说，TCs无严重的毒性反应，常见不良反应为过敏性皮炎、胃肠道反应、骨质色素沉着以及长期使用可能出现二重感染和肝损害。眩晕是米诺霉素较其他抗生素独特的不良反应16，停药后症状可消失。近来的临床研究表明，米诺霉素200 mgd是安全耐受的，而该药治疗骨关节炎的剂量是在此范围内。OA治疗实验中，米诺霉素治疗组与安慰剂组不良反应发生率相似，无严重不良反应。TCs可发生骨质色素沉积，出现如“四环素牙”的症状，但其该种特性发生于骨代谢相对旺盛的阶段，故孕妇、哺乳期妇女、8岁以下儿童禁用，而OA多发于骨代谢相对低下的老年人，因此对该类患者影响较小。OA的治疗是一个长期的过程，如在服用TCs的过程中，发现有二重感染的症状，应及时停药治疗。随着新型化学改进型四环素不断出现，其抗菌作用将大为减弱，而非抗生素作用得以保留和加强，对于胃肠道的刺激及细菌菌群的类别影响将会不断减小，出现的二重感染的可能性也会减少。当然，由于TCs从肝脏代谢，并有一定肾脏损害，故有肝功能异常的OA病人应慎用。TCs口服易吸收，分布广，对组织的穿透力强，易进入关节，可避免关节部位局部注射带来的不便，可长期使用，且价格便宜，比较经济，易于被患者接受。其非抗生素的作用及详细机理仍有待澄清，其构效关系的研究也需深入，可以预见，随着不良反应更少，非抗生素作用更强的CMTs的出现，其在OA的防治方面将会发挥重要作用。【参考文献】 1 Neuhold LA,Killar L,Zhaoexpression in hyaline cartilage of constitutively active human collagenase3induces osteoarthritis in miceJ.J Clin Invest,2001,107:3544. 2 Lohmander LS,Brandt KD,Mazzucaof the plasma stromelysinconcentration to predict joint space narrowing in knee osteoarthritisJ.Arthritis Rheum,2005,52:31603167.3 Forte O,Haugen 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