2.1 骨性关节炎的相关机制 骨性关节炎是关节软骨退化及损害后关节内骨质增生、变形，导致的关节功能改变。骨关节炎发病原因复杂，难以用单一因素解释。骨性关节炎基本病变主要发生在关节软骨、软骨下骨及关节滑膜，其病变的特点为致炎性蛋白和酶类分子增加，以及炎性抑制性因子的减少。关节软骨由软骨细胞和细胞外基质组成，其中软骨细胞是软骨仅有的细胞成分，软骨的代谢活动都依赖于它，而细胞外基质主要由胶原、蛋白多糖和辅助蛋白组成。软骨细胞和滑膜细胞产生的基质金属蛋白酶、白细胞介素1和肿瘤坏死因子a等致炎性细胞因子、炎性递质及自由基等的水平显著升高。这些炎性成分又可作用于软骨细胞、滑膜细胞及其周围组织进一步促进致炎因子的产生，终至出现软骨破坏[5]。另一方面，骨关节炎患者软骨基质中金属蛋白酶组织抑制物明显减少，软骨细胞及滑膜的白细胞介素等抑制性细胞因子产生水平降低，使这些细胞因子抑制致炎性细胞因子宝细胞介素1的作用减弱。因此，骨性关节炎患者的关节病变进展与致炎性因子的增高和炎性抑制因子的水平减低两方面的因素有关。
关于细胞因子在骨关节炎中的作用已经进行了广泛的研究。导致骨关节炎中关节破坏的主要原因是合成和分解代解的失平衡，因此关节软骨细胞外基质分解代谢的增加将最终导致关节退变。在关节组织中发现的影响细胞功能的炎性因子包括白细胞介素、趋化因子和肿瘤坏死因子等。但细胞因子在骨性关节炎发生、发展过程中作用机制及临床应用需要进一步研究。
2.2 影响骨性关节炎关节软骨退变的各种细胞因子 细胞因子系最早发现的由白细胞产生的骨吸收刺激因子，包括白细胞介素和肿瘤坏死因子，均属破骨细胞刺激因子。近年来发现，这些因子可由多种细胞产生，统称为细胞因子[6]。细胞因子及其拮抗物与生长因子参与骨性关节炎软骨的破坏及修复过程已被证明，但有关它们的释放、激活及作用机制还不十分清楚，而且细胞因子间复杂的网络性调节，都需进一步实验研究。
2.2.1 白细胞介素 在软骨退变降解过程中白细胞介素的调控异常在骨性关节炎的关节软骨及滑膜损伤中起重要作用，目前已有二十几种白细胞介素，但只有常见几种多用于骨性关节炎关节软骨退变的研究。
现已证实白细胞介素1对骨性关节炎有着多方面的影响，它参与和影响软骨细胞正常结构和功能的改变，促进软骨细胞凋亡发生，降解软骨细胞基质，参与滑膜炎性病变及影响骨代谢等。正常的关节滑液中含有微量的白细胞介素1，但骨关节炎患者的关节滑液中白细胞介素1的含量则异常增高。陈飞雁等[7]实验通过建立骨性关节炎动物模型和体外动物软骨细胞培养，应用威灵仙干预，了解其对白细胞介素1水平的影响情况以探讨其治疗的可能机制，结果提示其可能是通过抑制白细胞介素1 水平的增高对骨性关节炎 产生防治作用的。白细胞介素1是炎症调节的始动因素，与受体(白细胞介素1RI) 结合后形成复合物，继而发生一系列的级联反应，导致一氧化氮、前列腺素E2、白细胞介素6、白细胞介素8 以及基质金属蛋白酶水平增高，从而介导软骨细胞凋亡，合成Ⅱ型胶原和蛋白多糖的能力损害，以及软骨基质降解。
白细胞介素6是一种来源广泛的多功能因子，对多种细胞的生长、分化或其基因表达都有影响，作为重要的炎性递质在退行性骨关节病及骨关节炎中发挥重要作用。它可被多种淋巴细胞和非淋巴细胞自发地或在各种因素刺激下产生，已被认为是引起关节破坏和炎症的重要介质。周广宇等[8]采用放射免疫分析法检测类风湿性关节炎、强直性脊柱炎、骨性关节炎、痛风等关节炎患者的血清和关节液中白细胞介素6水平，并分析其与类风湿性关节炎病情活动的关系，结果显示关节炎患者的血清及关节液中白细胞介素6的水平显著高于其他关节炎患者；且类风湿性关节炎患者关节液白细胞介素6水平显著高于血清，关节炎患者血清白细胞介素6水平与关节压痛数、关节肿胀数、C-反应蛋白(CRP)呈明显正相关；而关节液白细胞介素6水平则与关节疼痛数、关节压痛数、关节肿胀数、血沉、C-反应蛋白呈明显正相关，即与关节炎的发病有关。
细胞因子学说已经证实白细胞介素1，白细胞介素6，白细胞介素8等参与了骨性关节炎发生与发展，炎症递质主要是前列腺素和NO，但近年来也有很多实验证明白细胞介素18与白细胞介素1有相同受体和极为相似转导途径，目前认为是白细胞介素1家族之一，骨性关节炎的软骨细胞、滑膜衬里细胞等均能分泌白细胞介素 18；关节内磨损的微粒及组织中其他降解产物可刺激滑膜细胞对炎症性细胞因子的分泌。彭成忠等[9]实验研究表明骨性关节炎组关节滑液中白细胞介素18与前列腺素E2的含量明显高于对照组，说明白细胞介素18与前列腺素E2可能参与了骨关节炎的发病机制。白细胞介素18的增高可能引起前列腺素E2含量的增高，从而在骨性关节炎的发病机制中发挥重要作用。
2.2.2 肿瘤坏死因子α 肿瘤坏死因子是由单核巨噬细胞系统产生的一种肽类激素，是一种强有力的促炎症细胞因子，不仅对人类或动物多种肿瘤细胞有细胞毒性作用，而且可以促进组织分解代谢、发热、白细胞趋化及组织的多种炎症递质分泌，参与炎症反 应[10]。
高清元等[11]证明肿瘤坏死因子α在骨性关节炎患者血清与关节液中浓度均较高，检测骨性关节炎患者关节液和血液中肿瘤坏死因子α含量有助于病情的判断，由于纳入文献及病例数有限，肿瘤坏死因子α水平与病程、病情严重程度的关系及其在诊断中的意义，尚需大规模临床研究支持。江锋等[12]采取36例膝骨性关节炎病例组和6例对照组的膝关节滑液，采用酶联免疫吸附法(ELASA法)测定肿瘤坏死因子α的表达水平，实验结果表明肿瘤坏死因子α水平随膝骨关节炎严重性指数的增加而升高，含量与关节病变的严重程度呈正相关(r=0.449，P=0.006)。实验证明了膝骨关节炎中度严重程度以上患者关节滑液中肿瘤坏死因子α水平随膝骨关节炎严重性指数的增加而升高。肿瘤坏死因子α直接参与了膝骨关节炎的发病，可以综合运用肿瘤坏死因子α表达水平对膝骨关节炎患者进行临床分级以及临床治疗效果的评定。 蒋太军[13]通过观察46例单侧膝关节骨性关节炎患者中早期、中期和晚期分别为15例、17例和14例，检测患侧膝关节液中丙二醛和肿瘤坏死因子α水平，以健康志愿者12例为正常对照组，结果显示骨性关节炎患者膝关节液丙二醛及肿瘤坏死因子α水平高于正常对照组，随着疾病程度加重，膝关节液中的丙二醛及肿瘤坏死因子α水平显著增加，丙二醛和肿瘤坏死因子α水平存在线性相关，相关系数为0．858 (P < 0.01)。说明丙二醛及T肿瘤坏死因子α水平在骨性关节炎患者膝关节液中均升高，与病变程度密切相关。
2.2.3 转化生长因子β 转化生长因子β为一种重要的有双向作用的细胞因子，可促进炎症细胞活化、浸润,又可促进血管增生、组织修复。转化生长因子β缺乏或转化生长因子β 信号转导反常会很明显地引起软骨表型改变，而这种改变极似骨性关节炎 中软骨的病理改变。
周景辉等[14]从转化生长因子β调控角度，观察电针与透明质酸钠治疗大鼠膝骨关节炎的疗效，记录转化生长因子β1 及其受体熔解曲线和扩增曲线，用实时荧光定量PCR方法检测转化生长因子β1 及其受体Ⅰ、Ⅱ的含量。用电针治疗膝骨关节炎是通过下调转化生长因子β1 的含量来改善骨关节炎症状的，其受体含量的减少有助于膝骨关节炎的恢复。郑毅等[15]应用免疫组织化学方法对26例骨关节炎及3例正常滑膜和软骨中转化生长因子βⅠ类受体和转化生长因子βⅡ类受体及转化生长因子β1的分布和阳性程度进行 观察。结果显示全部骨关节炎患者滑膜和软骨标本转化生长因子βⅠ 类受体染色阳性，阳性细胞包括滑膜衬里细胞、滑膜下层血管内皮细胞、间质巨噬细胞和软骨细胞，阳性颗粒位于细胞浆中。转化生长因子β Ⅱ类受体在骨关节炎滑膜和软骨中的分 布部位和阳性程度与转化生长因子β Ⅰ类受体相似。说明在骨性关节炎滑膜和软骨中转化生长因子β的信号传递媒介尚丰富，对抑制炎症过程、帮助局部组织修复有重要作用。陈宁杰[16]的实验分析了血管内皮细胞生长因子和转化生长因子β1在骨关节炎滑膜组织中的表达及相关性，血管内皮细胞生长因子和转化生长因子β1的阳性表达率分别为86.7%和13.3%，与正常组织比较，转化生长因子β1表达率降低(P < 0.05)，血管内皮细胞生长因子表达率增高(P < 0.05)。血管内皮细胞生长因子和转化生长因子β1表达的相关性有显著性意义(rs=0.373，0.01<P <0.05)，说明血管内皮细胞生长因子和转化生长因子β1在骨关节滑膜组织中的表达有相关性。血管内皮细胞生长因子和转化生长因子β1的改变是骨关节炎发生、发展的重要介导因素。
在刺激细胞外机制更新、抑制白细胞介素1炎性因子、降低基质金属蛋白酶和提高基质金属蛋白酶抑制物的表达等方面发挥重要的作用，但转化生长因子β只是多种参与调节骨性关节炎的细胞因子之一，由于它是细胞的致有丝分裂原，其作用又具有多样性，在体内可能同时干扰其他组织和细胞的分化、代谢，甚至产生致突变作用。
2.3 基质金属蛋白酶与细胞因子的协同作用 骨性关节炎患者关节软骨的损害是基质金属蛋白酶与细胞因子等因素共同作用的结果，基质金属蛋白酶的种类有10余种，不同的基质金属蛋白酶对细胞外基质不同组分降解的特异性有所不同，目前对一些基质金属蛋白酶的底物和作用尚不清楚。在健康软骨，基质金属蛋白酶与基质金属蛋白酶抑制物处于稳态，但在骨性关节炎中这种平衡被打破[17]。在骨性关节炎软骨组织中，细胞外基质的降解超过了其合成，导致软骨基质总量的减少和关节软骨的破坏。此过程主要由蛋白酶活性升高所致，特别是基质金属蛋白酶。郭常安等[18]实验观察22例因骨关节炎行关节置换的软骨组织常规染色观察其组织学变化，实验结果显示骨关节炎关节软骨出现纤维化、裂隙、变薄，软骨细胞数量减少；基质金属蛋白酶1、3和金属蛋白酶1抑制物在正常软骨无表达，在中度退变软骨中表达明显升高，在重度退变软骨中表达降低。实验结果说明在骨关节炎中基质金属蛋白酶1、2、3和基质金属蛋白酶抑制物表达异常，引起细胞外基质异常降解，是导致关节软骨发生组织学退变的原因之一。
管兴发等[19]研究了膝关节骨关节炎患者血清及关节液中肿瘤坏死因子α与基质金属蛋白酶3含量与骨关节炎的病变严重程度的关系，及二者在血清及关节液中水平的相关性，探讨肿瘤坏死因子α与基质金属蛋白酶3在骨关节炎发病中的作用及其在临床上反映骨性关节炎病程变化的可靠性。结果证明肿瘤坏死因子α与基质金属蛋白酶3两者含量在血清中和在关节液中同样存在线性相关性，结果说明肿瘤坏死因子α与基质金属蛋白酶3在骨关节炎患者血清与关节液中均有较高水平，并与关节病变严重程度相关，它们在患者血清与关节液中的水平存在相关性，因此，联合检测肿瘤坏死因子α与基质金属蛋白酶3在骨性关节炎关节液和血液中的含量，有助于病情的判断。何耀华等[20]提取16 例骨性关节炎患者、5 例对照者的关节液，采用酶联免疫吸附法(ELISA 法) 测定白细胞介素1β，生物活性法(MTT 法) 检测肿瘤坏死因子α的水平。结果显示在骨性关节炎组关节滑液中，白细胞介素1β的水平均显著高于对照组(P < 0.01)，而对照组并未检测出肿瘤坏死因子α。骨性关节炎组肿瘤坏死因子α的检出阳性率为25%。结果说明白细胞介素1β和肿瘤坏死因子α在骨关节病的发病中起重要作用。骨性关节炎患者滑膜细胞高水平自发性分泌白细胞介素 1β可能与其炎症发生与发展密切相关，可能是关节滑液中白细胞介素 1β的主要来源，而滑膜细胞分泌肿瘤坏死因子a 可能不是关节滑液中的主要来源。
