2.1   细胞焦亡与骨关节炎   当细胞受到细胞外或细胞内的先天免疫相关的扰动时，会产生损伤相关分子模式，继而活化NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor family，pyrin domain containing 3，NLRP3)，NLRP3可激活一个或多个炎性半胱天冬酶(caspase)，包括caspase-1、3，小鼠caspase-11，人类caspase-4、5[11]。这些活性caspase可以活化炎性递质白细胞介素1β、白细胞介素18的前体以及GSDMD，GSDMD最终导致细胞穿孔、肿胀、死亡[12]，白细胞介素1β、白细胞介素18被释放到细胞外，引起炎症反应。这种细胞死亡方式最初被认为是凋亡[13]，但这种细胞死亡方式由炎性递质白细胞介素1β和白细胞介素18介导[14]，而凋亡是一种非炎症的程序性细胞死亡，因此COOKSON和BRENNAN首次使用焦亡来描述这一促炎性程序性细胞死亡方式，这是引起焦亡的经典途径。而非经典途径由脂多糖和多种天冬半胱氨酸酶共同介导，其结果依然是细胞穿孔破裂，最终死亡，如图3所示。



细胞焦亡已被证明与心血管疾病[15]、慢性肠道炎症及结直肠癌等多种疾病有关[16-17]，这些疾病在一定程度上都存在着炎症反应。骨关节炎的危险因素包括多种因素[18]，而肥胖为其常见危险因素。在一项肥胖人群的骨关节炎研究中，VANDANMAGSAr等[19]发现肥胖的人血液中的脂多糖水平较高。脂多糖激活caspase-4/5/11，可通过非典型的炎性小体途径在全身和组织水平启动焦亡，导致炎性软骨细胞死亡和软骨损失增加。同时，他们发现在消融小鼠NLRP3小体后，可防止肥胖诱导的脂肪沉积炎性小体的激活[19]，换句话说，肥胖通过激活NLRP3炎症小体的释放来促进焦亡，他们认为这可能与骨关节炎的进展有关。此外，智佳佳[20]在脂多糖诱导的软骨细胞中发现活性氧和NLRP3升高，证明了细胞焦亡是骨关节炎的致病因素之一。ZHAO等[21]已明确发现，NLRP1和NLRP3炎症小体是通过caspase-1/白细胞介素1β炎症通路介导膝关节炎的。关节间隙中脂多糖和ATP的增加可能通过NLRP3炎性小体促进膝关节炎，再次说明细胞焦亡在关节炎的发病中发挥着重要作用，细胞焦亡与骨关节炎中的软骨降解、炎症反应和滑膜的破坏等都有一定的关系[22]。而对于防治细胞焦亡来缓解骨关节炎，研究者发现标准浓度的双硫仑和甘草酸的联合作用可以保护软骨细胞，抑制炎症反应并减少软骨细胞焦亡[23]。WANG等[24]研究发现，外源性基质细胞衍生因子1激活AMPK信号通路可抑制NLRP3炎症体，进而抑制骨关节炎滑膜细胞的焦亡过程。P2X7R是一种嘌呤受体，由三磷酸腺苷门控的非选择性阳离子通道组成，可介导钠和钙内流和钾外流，并参与多种炎症反应和细胞死亡的不同机制。研究发现P2X7R可参与NLRP3和caspase-11独特途径介导的细胞焦亡，并产生软骨降解酶，以激活滑膜组织中的炎症因子[25]，P2X7R是可能的焦亡通路靶点之一。此外，LI等[26]的研究发现，USP7(泛素特异性蛋白酶的成员之一)抑制剂可以通过抑制NOX4/NLRP3信号通路，减轻双氧水诱导的软骨细胞损伤和焦亡。相关研究还发现，部分中药在防治软骨细胞焦亡中有着一定作用，如：莫罗苷通过抑制核因子κB信号通路，可降低NLRP3和Caspase-1的表达，并减少p65的核易位，从而抑制软骨细胞焦亡的发作并延缓骨关节炎的进展[27]。甘草查尔酮A通过抑制NLRP3炎症小体来抑制软骨细胞焦亡[28]。YAN等[29]的研究报道，马钱素通过抑制核因子κB活性和软骨细胞焦亡改善小鼠模型软骨退变和骨性关节炎的发生。在淫羊藿苷应用于动物模型中的研究发现，其可通过抑制NLRP3信号介导的caspase-1通路减少焦亡，减轻软骨细胞损伤和骨关节炎[30]。
目前焦亡的研究主要集中在NLRP3以及脂多糖上，对于焦亡的基因、miRNA的研究较少，是接下来研究者的工作重点和中心。
总的来说，炎症小体如NLRP3及其调节因子在焦亡中的作用表明，NLRP3可能是骨关节炎诊断和监测的一个有希望的生物标志物。NLRP3的靶向治疗可能是治疗骨关节炎的一种潜在策略。骨关节炎与细胞细胞焦亡的相关研究描述，见表1。



2.2   坏死性凋亡与骨关节炎   坏死性凋亡是由受体相互作用蛋白激酶1，3和MLKL在各种病理条件下引起的程序性坏死细胞死亡。凋亡和坏死性凋亡密切相关，肿瘤坏死因子α可以决定细胞的最终命运[31]。一旦肿瘤坏死因子α与肿瘤坏死因子α受体1结合，肿瘤坏死因子就会诱导受体三聚化，并招募含有死亡域(DD)的衔接蛋白(TRADD)、肿瘤坏死因子受体相关因子2和受体相互作用蛋白激酶1，形成所谓的复合物Ⅰ[32]。复合物Ⅰ的几个组分(DD、RIP1)重组形成胞质复合物(复合物Ⅱ)，包括通过死亡域介导的相互作用招募FADD(与死亡域相关的Fas)和受体相互作用蛋白激酶1。在复合体Ⅱ中，FADD招募pro caspase-8(caspase-8的前体)，使caspase-8水平降低。而受体相互作用蛋白激酶1招募受体相互作用蛋白激酶3，使受体相互作用蛋白激酶3水平升高。随着caspase-8水平的降低，caspase-8会自动激活，细胞发生凋亡[33]。RIP3可以自动磷酸化以响应同源相互作用。自动磷酸化的受体相互作用蛋白激酶3可以招募并磷酸化MLKL[34]，导致MLKL寡聚并易位到质膜。MLKL寡聚体通过产生阳离子通道导致质膜破裂来执行坏死性凋亡，高浓度受体相互作用蛋白激酶3存在的情况下复合体Ⅱ倾向于介导坏死性凋亡。总之，受体相互作用蛋白激酶1磷酸化对坏死小体组装和激活至关重要[35]，而受体相互作用蛋白激酶3决定细胞走向坏死性凋亡的易感性[36]，最终由磷酸化的MLKL执行，见图4所示。




先前的研究确定了坏死性凋亡在心肌梗死和脑卒中[37]、动脉粥样硬化[38]、缺血再灌注损伤[39]、胰腺炎[40]、炎症性肠病和其他几种常见临床疾病中的重要性[41]。在关节炎中，坏死性凋亡的作用和机制的研究也正成为人们日益关注的领域。LIANG等[42]的研究发现，坏死抑素1通过高迁移率族蛋白B1/Toll样受体4/基质细胞衍生因子1通路减轻创伤诱导的小鼠骨关节炎。CHENG等[43]的研究证实，受体相互作用蛋白激酶1的上调通过骨形态发生蛋白7也可以介导软骨细胞坏死和细胞外基质破坏，参与关节炎发病。磷脂酶Cγ1可抑制凋亡和坏死性凋亡，增加白细胞介素1β处理后大鼠软骨细胞的软骨基质合成[44]，说明关节炎中软骨细胞死亡与坏死性凋亡有关。最近的证据表明，氧化和机械应力可促进骨性关节炎坏死性凋亡的发生[45]。机械应力可通过受体相互作用蛋白激酶1介导下颌骨软骨的凋亡和坏死性凋亡[46]。此外，TRIM24-受体相互作用蛋白激酶3轴的扰动通过激活受体相互作用蛋白激酶3和调节分解代谢因子的表达，调节小鼠骨关节发病[47]，这些研究证明关节炎中存在坏死性凋亡。在防治坏死性凋亡来缓解关节炎，GONG等[48]的研究发现，泛Raf激酶抑制剂AZ-628可通过抑制肿瘤坏死因子α诱导的软骨细胞坏死性凋亡以及调节破骨细胞形成来延缓骨关节炎的进展。但是关于坏死性凋亡的靶基因以及MLKL是否参与介导软骨细胞坏死性凋亡还未明确，仍需要进一步研究。
总之，骨性关节炎的发展和进展与受体相互作用蛋白激酶1、受体相互作用蛋白激酶3密切相关。最近的研究表明，坏死性凋亡在炎症相关疾病中具有重要地位。坏死性凋亡和细胞凋亡密切相关，突出了疾病机制的复杂性和多样性。骨关节炎与坏死性凋亡相关研究的描述，见表2。



2.3   铁死亡与骨关节炎   铁死亡是一种新发现的程序性细胞死亡形式，不同于坏死、凋亡和焦亡等传统细胞死亡方式，其特征为铁依赖性和致死性脂质过氧化。DIXON于2012年首次提出铁死亡，并将其描述为细胞处于铁超载、高脂血症或炎症的环境中，小分子物质爱拉斯汀(Erastin)诱导的一种细胞死亡方式，因为爱拉斯汀可以抑制胱氨酸输入，导致谷胱甘肽耗竭和磷脂过氧化物酶——谷胱甘肽过氧化物酶4(Gpx4)失活，活性氧及脂质活性氧堆积，最终导致细胞发生铁死亡[49]，见图5所示。



实验证据表明，过量的铁会导致组织损伤和器官功能障碍，从而导致肝硬化[50]、心肌病[51]、糖尿病和其他疾病[52-53]。大量研究表明，当细胞内铁过量时，在芬顿反应条件下可产生羟基自由基并促进脂质过氧化，诱导铁死亡[54]。过量的铁促进软骨细胞凋亡，促进基质降解酶的表达上调。JING等[55]使用柠檬酸铁铵建立了过量铁条件，他们报道过量铁的存在会加速软骨细胞凋亡，导致基质降解酶如基质金属蛋白酶3和基质金属蛋白酶13的表达。YAO等[56]报道，软骨细胞在炎症和铁过量的环境中容易发生铁死亡，该研究分别使用白细胞介素1β和FAC建立软骨细胞的炎症环境和产生铁超载的条件，在这些条件下也观察到脂质活性氧水平的增加和铁死亡相关蛋白表达的上调，进一步导致Ⅱ型胶原表达的增加和基质金属蛋白酶13表达的降低。而在诱导关节炎的小鼠关节内注射亚铁抑制素1(一种亚铁减少特异性抑制剂)可拯救谷胱甘肽过氧化物酶4和Ⅱ型胶原蛋白的表达，并改善了软骨被侵蚀的程度。这些研究证明关节炎中存在铁死亡，铁死亡在关节炎的发生发展中起一定作用。关节炎中软骨细胞发生铁超载以及谷胱甘肽过氧化物酶4被抑制后，导致的致死性脂质过氧化与软骨细胞的死亡密切相关。然而，软骨细胞中铁死亡的分子机制尚不明确。近年来，缺氧诱导因子2α被报道具有促进脂质储存和脂质过氧化积累的作用。据报道，缺氧诱导因子2α促进肉碱棕榈酰转移酶1A介导的β-氧化，因此被确定为软骨细胞铁死亡的中心中介。此外，软骨细胞中过表达缺氧诱导因子2α可减弱谷胱甘肽过氧化物酶4的表达，加重软骨退变。这些研究表明铁死亡可能与关节炎的进展有潜在关联[57]。近年来，氧化应激和线粒体功能障碍在关节炎发展中的作用逐渐引起研究者的关注[58]。然而，在过量铁的条件下，线粒体功能障碍对软骨细胞代谢的影响仍有待探索。JING等[59]的另一项研究表明，软骨细胞中过量的铁介导的线粒体功能障碍与氧化应激密切相关，该关联通过活性氧生成过程建立，进而促进关节炎相关分解代谢标志物的表达。钙螯合法进一步证实了铁在软骨细胞功能障碍中的重要作用。钙螯合剂可通过调节转铁蛋白受体的内化程度来抑制铁的内流，是治疗铁超载相关疾病的有效药物。JING等[60]基于铁超载通过诱导活性氧生成和线粒体功能障碍促进关节炎的理论，进一步揭示钙螯合剂BAPTA-AM抑制铁流入软骨细胞，有效抑制铁超载介导的活性氧积累和线粒体功能障碍，这表明钙螯合剂在治疗铁代谢相关的关节炎过程中发挥了重要作用。部分中药在抑制骨关节炎软骨细胞铁死亡这方面也有着一定作用，如：淫羊藿苷降低铁转运因子的表达，并激活Xc-/谷胱甘肽过氧化物酶4轴，对谷胱甘肽过氧化物酶4、SLC7A11和SLC3A2L的表达发挥抑制作用，可以抑制铁死亡，从而显著减少软骨细胞死亡[61]，这些研究证明了关节炎中存在铁死亡，并且抑制铁超载可以缓解关节炎的病程。但是铁死亡相关基因和miRNA仍有待发现，可作为进一步研究铁死亡的方向。骨关节炎与铁死亡的相关研究描述，见表3。

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[14]	马 威, 庞 坚, 张洁帆, 许 坤, 王用玉, 张 旻, 陈 博, 石 瑛, 詹红生. 膝骨关节炎患者跌倒恐惧影响因素分析及列线图模型构建[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(29): 4690-4695.
[15]	韦宗波, 苏允裕, 章晓云, 黄 为, 许 航, 刘荣发. 长链非编码RNA调控膝骨关节炎中软骨下骨稳态的作用与机制[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(29): 4736-4744.

骨关节炎是世界范围内最常见的关节疾病，影响着全球近3亿人[1]。过去，骨关节炎被认为是过度的机械负荷导致关节软骨被破坏而产生的。但研究表明，骨关节炎是一个更为复杂的过程，与炎症、代谢因子以及ABO血型等有关[2-6]，并可以累及关节的各个地方[7]，其特征是引起软骨细胞死亡和细胞外基质降解。已有研究发现，骨关节炎中软骨细胞的损伤形态与部分细胞程序性死亡相似[8]，证明了骨关节炎与细胞程序性死亡有关，骨关节炎的发生和发展受多种不同的细胞死亡方式的调控[9-10]，阐明各种细胞因子和细胞死亡方式与骨关节炎的作用机制对于人们了解疾病有着重要意义，但仅用传统的细胞死亡方式(凋亡和自噬)仍然无法完全阐明骨关节炎的发病机制。随着研究的不断深入，一些新型的细胞死亡方式(焦亡、坏死性凋亡、铁死亡)被发现与骨关节炎有关。因此，该文对骨关节炎中软骨细胞新型程序性死亡的研究进展进行综述，帮助研究者更深入和全面地了解骨关节炎的病理进程。

1.1   资料来源   

1.1.1   检索人及检索时间   由第一作者卢晓君在2022-07-20进行检索。
1.1.2   检索文献时限   2012-07-20/2022-07-20。
1.1.3   检索数据库   PubMed、万方数据库、中国知网及维普数据库。
1.1.4   检索词   中文检索词为“骨关节炎、细胞焦亡、坏死性凋亡、铁死亡、铁超载、脂质活性氧”；英文检索词为“Osteoarthritis，Pyroptosis，Necroptosis，Ferroptosis，ROS，L-ROS，Iron-overload”等。
1.1.5   检索文献类型   包括中文及英文综述、病例报告、研究原著、荟萃分析、评述等。
1.1.6   手工检索情况   暂无。

1.1.7   检索策略   见图1。

1.2   入选标准
1.2.1   纳入标准   ①文章所述内容需与骨关节炎、新型程序性细胞死亡(细胞焦亡、坏死性凋亡、铁死亡)相关的文献；②论据详尽且论点可靠的文献；③选择近期发表或在权威杂志上发表的文献。
1.2.2   排除标准   ①与课题内容不一致的文献；②内容较陈旧、结论重复、可信度较低的文章。
1.3   质量评估   通过计算机初检得到553篇文献，经资料收集者互相评估纳入文献的有效性和适用性，通过阅读文题和相关摘要进行初步筛选；排除中英文文献重复性研究，以及内容不相关的文献，最后纳入61篇文献进行综述，其中英文文献59篇，中文文献2篇，见图2。

骨关节炎的发病机制复杂，临床对它的治疗也有着相当的局限性。但随着对骨关节炎病因和发病机制认识的提高，越来越多的潜在靶点被用于预防疾病的发生和进展。骨关节炎的发病机制与不同细胞死亡类型之间的关系可能是未来研究的重点。焦亡与骨关节炎的关系近年来备受关注，目前的研究重点仍是NLRP3炎性小体和脂多糖。有关坏死性凋亡的研究中，骨关节炎的发展也已被证明与受体相互作用蛋白激酶1密切相关，受体相互作用蛋白激酶1有可能是治疗骨关节炎的潜在靶点。铁死亡是一种最新发现的细胞死亡方式，研究发现其通过铁超载和脂质过氧化介导了软骨细胞的死亡，但铁死亡的发生涉及多个基因的表达和调控，具有复杂的信号通路和机制，目前尚未完全阐明。细胞焦亡、坏死性凋亡和铁死亡在骨关节炎的发生发展中具有重要作用，但其相关通路、基因、miRNA仍需进一步研究。探索骨关节炎与细胞死亡之间的关系，为骨关节炎治疗提供理论基础。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

文题释义：

细胞焦亡：又称细胞炎性坏死，是一种程序性细胞死亡，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂，导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应。细胞焦亡是机体一种重要的天然免疫反应，在抗击感染中发挥重要作用。
坏死性凋亡：又叫程序性坏死，是一种受调控的由受体相互作用蛋白激酶1和受体相互作用蛋白激酶3介导的坏死性细胞死亡方式。坏死性凋亡的特征包括：细胞质膜完整性会在早期丢失，细胞内容物泄漏，以及细胞器肿胀。通过坏死性凋亡方式死亡的细胞缺乏典型的凋亡特征。
铁死亡：是一种铁依赖性的，区别于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型细胞程序性死亡方式。铁死亡的主要机制是：在二价铁或酯氧合酶的作用下，催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸，发生脂质过氧化，从而诱导细胞死亡；此外，还表现为抗氧化体系(谷胱甘肽系统)的调控核心酶GPX4的降低。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

过去研究者只对传统的细胞死亡方式(凋亡、自噬)，或者只总结了部分新型的程序性细胞死亡在骨关节炎中的作用。该文总结3种新型的程序性细胞死亡方式对于关节软骨细胞的影响，详细介绍了细胞焦亡、坏死性凋亡、铁死亡的机制以及目前研究者如何发现骨关节炎中存在这些细胞死亡方式并探究药物对软骨细胞的保护作用，从而治疗骨关节炎，但是如何从分子角度，如miRNA、lncRNA，对骨关节炎软骨细胞死亡进行研究还有待发现，指出了未来研究者对于该领域探索的方向。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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