IL-24与IL-1在老年膝关节内外髁软骨中的表达关系

IL-24与IL-1在老年膝关节内外髁软骨中的表达关系

杨玉宝2 孟谦2 陈晓兵1 孙培磊1 阚金庆1 李林3通讯作者孙运鑫1通讯作者

1临沂市妇幼保健院 山东临沂276000    2山东医学高等专科学校 山东临沂276000   3三亚学院健康医学院 海南三亚572000

摘 要目的  分析KOA患者内外侧髁软骨中IL-24与IL-1的表达变化情况。方法  收集2022-03月至2023-06月就诊于我院行全膝关节置换术且符合研究标准的30例KOA患者，无菌条件下取每例患者股骨内侧髁磨损区软骨粒2-5g为对照组（X-N），取外髁未磨损区软骨粒2-5g为实验组（X-A）。两组均行RT-PCR法检测软骨组织中IL-24、IL-1两种细胞因子的表达。结果  IL-24的2-ΔΔCt 在对照组为（6.5675±4.23），在实验组为（0.5392±0.47）；IL-1的2-ΔΔCt 在对照组为（2.6995±3.16），在实验组为（0.2325±0.34）；IL-24和IL-1在两组骨组织中的 2 － ΔΔCt 进行比较，其差值均存在统计学差异（P＜0.05）。   结论  IL-24与IL-1细胞因子在膝关节软骨代谢过程中的表达量存在明显变化；IL-24的高表达以拮抗KOA的发生过程中分解代谢过程；因此临床可早期应用生物抗炎细胞因子干预，以减少或延缓KOA的发生发展。

关键词：白细胞介素-1； 白细胞介素-24； 全膝关节置换；软骨

Expression of IL-24 and IL-1 in the medial and lateral condylar cartilage of the knee joint in the elderly

Abstract

Objective  To analyze the changes in the expression of IL-24 and IL-1 in the medial and lateral condylar cartilage of patients with KOA。

Methods Thirty patients with KOA who underwent total knee arthroplasty in our hospital from March 2022 to June 2023 and met the study criteria were collected. 2-5g of cartilage grains from the worn area of the medial femoral condyle were taken from each patient under aseptic conditions as the control group (X-N), and 2-5g of cartilage grains from the unworn area of the lateral femoral condyle were taken from each patient as the experimental group (X-A). The expressions of IL-24 and IL-1 cytokines in the cartilage tissues of the two groups were detected by RT-PCR.

Results The 2-ΔΔCt of IL-24 in the control group was (6.5675±4.23), and that in the experimental group was (0.5392±0.47); the 2-ΔΔCt of IL-1 in the control group was (2.6996±3.16), and that in the experimental group was (0.2325±0.34); the 2-ΔΔCt of IL-24 and IL-1 in the two groups of bone tissues were compared, and the differences were statistically significant (P<0.05).

Conclusion There are significant differences in the expression of IL-24 and IL-1 cytokines in the metabolism of knee cartilage;the high expression of IL-24 can antagonize the catabolism process in the occurrence of KOA;therefore, the early application of biological anti-inflammatory cytokines can be used in clinical intervention to reduce or delay the occurrence and development of KOA.

Key Word: Interleukin-1;Interleukin-24;Total knee replacement； cartilage

随着社会老龄人口的不断增长，老年膝骨性关节炎（knee  osteoarthritis ，KOA）患者数量呈快速增长的趋势［1］，膝骨性关节炎也是老年人常见的关节退行性病变。   

目前KOA发生机制尚未完全阐述清楚，主要病理特征变化为关节内软骨的退行性改变：软骨区的软骨破坏，软骨下的硬化，滑膜炎症等；后期可出现疼痛，关节内外翻畸形，功能障碍等临床表现[2，3，4]。近些年来研究表明KOA的发生、发展过程与许多细胞因子和生长因子的平衡失调有关，如白细胞介素家族中的-1(Interleukin-1,IL-1)、转移生长因子、炎症因子等[5]。白细胞介素在细胞间发挥着免疫调节作用，对免疫有正向和反向的刺激调节作用，主要由巨噬细胞、单核细胞、T淋巴细胞产生。如白细胞介素家族中的IL-1为促炎分解代谢因子，它能够加速软骨的破坏和分解；IL-24由外周血单核细胞、T细胞、B细胞等免疫细胞分泌，它是一种抗炎合成代谢因子，具有抑制炎症及促软骨修复的作用。两种细胞因子在膝骨性关节炎的发病机制中均起着重要作用。目前,还没有IL-24和IL-1在KOA软骨组织表达差异的系统性研究，本文通过对IL-24和IL-1在KOA软骨未磨损区与磨损区中两种细胞因子的差异含量的研究，分析KOA软骨退变过程中两种细胞因子的变化差异。

1.资料与方法

1.1一般资料

收集2022-03月至2023-06月期间就诊于我院并行全膝关节表面置换术的KOA患者30例；对照组（X-N）：内髁磨损区软骨标本。实验组(X-A)：外髁未磨损软骨区软骨标本。所收集病例年龄60～80岁，平均（68.12±7.18）岁，男16例，女14例。诊断标准参考《骨性关节炎诊疗指南（2023版）》。 

1.2纳入排除标准

1.2.1纳入标准

①符合膝骨性关节炎相关诊断标准；②患者均同意行全膝关节表面置换手术，且均符合手术指征。③行膝关节核磁提示股骨内侧髁软骨磨损退变的膝骨性关节炎患者；④患者及其家属均知情同意，且均经医院伦理委员会批准。

1.2.2排除标准

①临床病例资料不完整；②合并糖尿病及关节畸形的膝骨性关节炎患者；③诊断为类风湿关节炎、感染性关节炎、结核性关节炎及膝关节肿瘤等疾病。

1.3标本采集与实验方法 

1.3.1 标本采集与储存 

选取符合研究标准的30例KOA患者。每例患者均取膝正中切口，分离软组织暴露股骨髁，行股骨髁截骨后，将内外侧髁软骨在无菌条件下用咬骨钳制成粉末颗粒状骨组织2-5g，放入标记好的标本冷冻管中，并将标本转入液氮保存，以备后续行RT-PCR检测。

1.3.2 实验方法

RT-PCR检测: 用TRR试剂提取骨组织ＲNA，并进行逆转录及PCR反应，操作按说明书进行，其中RT反应条件为: 96℃变性 2 min，cDNA合成42℃30 min。PCR反应条件为: 94℃ 预变性 2 min，变性 20 s，50 ～ 65℃退火 30 s，72℃延伸 60 s，72℃ 延伸 5 min，步骤 2 ～ 4为 35 个循环。IL-24与IL-1行RT-PCR检测后，数据采用 2 － ΔΔCt法计算其表达量。RT-PCR相关试剂及试剂盒均由北京博奥有限责任公司提供。

1.3.3 引物序列（表1）

表1.IL-24及IL-1引物序列

1.4 统计学处理 

应用SPSS 26.0统计软件，计量资料以 x-±ｓ 表示，组间比较采用成对T检验分析；P<0.05为差异有统计学意义。

1.5结果 

KOA患者的未磨损软骨区及磨损软骨区的IL-24与IL-1因子存在明显统计学意义（P<0.05)，两者在膝关节软骨中的表达有显著差异（表2，图1）。

表1   IL-1和IL-24 RT-PCR结果。

＊与对照组比较P＜0.05，具有统计学意义。

图1  KOA患者软骨中IL-1及IL-24的表达结果。

图2 术中膝关节软骨外像与制备软骨后外像

1.6讨论

KOA是由于膝关节慢性磨损致软骨退变或外伤后导致关节软骨损伤，使得膝关节生物力学改变引起关节软骨磨损降解，骨质增生、骨赘形成，最终导致膝关节的功能障碍。KOA是临床常见的中老年疾病,是引起下肢残疾的重要病因[6]。KOA的发生发展过程其主要变化为关节软骨破损、及滑膜炎症出现，进一步发展可引起关节积液增多、滑膜水肿及关节软骨损伤；此时体内细胞因子合成释放，进而引起关节及全身综合的临床表现。  

KOA的发生与多种细胞因子有关，不同细胞因子在骨性关节炎的发生、发展过程中起的作用并非完全相同，部分因子能够加速骨性关节炎的发展过程，我们称之为促炎分解代谢因子；而有些能够抑制炎症的作用，减缓骨性关节炎的发生过程，我们称之为抗炎合成代谢因子。膝关节软骨退变过程就是抗炎与促炎、分解与合成的平衡过程；抗炎合成代谢因子的高表达以拮抗促炎分解代谢因子；膝骨性关节炎的后期可能是分解过程大于了合成过程，加速了关节软骨退变。

KOA的发病机制在很大程度上取决于促炎和抗炎介质的失衡，导致低度炎症，导致软骨降解、骨重塑和滑膜增生。许多细胞因子通过激活多种信号通路，从而影响软骨合成、降解和骨赘的形成。在中老年人群中，膝关节股骨髁软骨退变主要以内侧髁更为显著。KOA的发病机制不仅涉及软骨的破坏，还涉及软骨的重塑、异位骨的形成、关节囊的肥大和滑膜的炎症[7]。慢性和低度炎症可以调节DNA甲基化和组蛋白结构中的酶，并改变非编码rna的水平，从而提示炎症和表观遗传学在这种疾病中存在相互作用[8]。调节和控制炎症过程和免疫反应、血管化组织反应以及其他促炎细胞因子或蛋白酶的产生和调节的全身炎性细胞因子水平可能在KOA疾病的控制甚至进展中发挥作用。多种代谢细胞因子聚集于软骨与滑膜中，并与KOA软骨和滑膜的炎症破坏反应有关，最终导致关节的病理性改变。

目前关于OA的发病机制没有完全明确，可能与患者关节遗传、生物力学负荷、合成及分解代谢细胞因子密切相关。有研究发现在KOA患者血清炎性细胞因子IL-1 及L-10表达水平与KOA患者关节疼痛、僵硬及功能障碍存在相关性[9]。在大白兔动物实验中证实降钙素可以明显改变膝骨性关节炎的表现，这种表现与细胞因子的改变有关[10]。细胞因子，如IL-1 、IL-6、TGF-β是由滑膜和软骨组织损伤产生的，通过软骨外基质的代谢平衡而引起骨性关节炎的发生。IL-1是一种激素样多肽，是最经典的炎症调节剂,具有多方面的作用，骨性关节炎时滑膜组织和软骨细胞可通过自分泌作用合成，引起软骨的合成与分解代谢失调,同时还可促进软骨细胞分泌前列腺素E(prostaglandinE)和内源性一氧化氮(nitrogen monoxidum),促进软骨细胞凋亡,参与关节炎症反应。IL-24属于白细胞介素-10 的超家族成员，为抗炎合成代谢因子，同时也是一种多细胞效能因子。IL-24主要特异性表达于免疫组织器官，在刺激因素下可产生于非免疫细胞，在炎症反应和组织重塑等方面具有重要作用[11]。据既往研究发现IL-24 可通过影响破骨细胞参与骨反应性疾病，故推测其可能对KOA患者的软骨合成降解造成影响[12]。

相关报道都进行了骨性关节炎关节及关节滑液中的相关合生代谢、分解代谢相关因子进行研究报道，未见有对同一膝关节内正常软骨与磨损区软骨内的分解代谢因子进行报道，故本实验就采用KOA患者膝关节外髁未磨损软骨标本和内髁磨损区软骨区标本进行RT-PCR检测。结果显示两组的IL-24与IL-1因子存在明显统计学意义（P<0.05)，两者在对照组中的表达强度均高于实验组。此外，值得注意的是，对照组中IL-24是处于高表达状态，明显强于IL-1，考虑是由于膝软骨早中期破坏引起抗炎合成因子表达上调以对抗促炎代谢因子。

在膝骨关节炎相关的细胞因子整体观念的影响下，仍需仔细研究和探讨，以期为骨关节炎的治疗提供新的思路及更广阔的前景。总之，需要进一步的研究来充分了解细胞因子在OA发病和进展中的作用。细胞因子合成的表观遗传调控也是一个值得探索的有趣领域，并可能提供新的解决方案。

参考文献

[1]  Budhiparama, Nicolaas C et al. “The role of genetic polymorphisms of interleukin-1 (IL-1R1 and IL-1RN) in primary knee osteoarthritis in Indonesia.”Scientific reports vol. 13,1 7967. 17 May. 2023。

[2]  Vincent TL. IL-1 in osteoarthritis: time for a critical review of the literature. F1000Res. 2019 Jun 21;8:F1000 Faculty Rev-934.

[3]  Gundogdu, Gulsah et al. “Investigation of the efficacy of daidzein in experimental knee osteoarthritis-induced with monosodium iodoacetate in rats.” Clinical rheumatology vol. 39,8 (2020): 2399-2408.

[4]  王斌，汪志忠，李新旭. 膝骨性关节炎患者血清炎性细胞因子的表达[J]现代诊断与治疗，2021,28（23）：4322-4323.

[5]  Wiegertjes R, van de Loo FAJ, Blaney Davidson EN. A roadmap to target interleukin-6 in osteoarthritis.Rheumatology (Oxford). 2020 Oct1;59(10):2681-2694.

[6]  Budhiparama NC, Lumban-Gaol I, Sudoyo H, Magetsari R, Wibawa T. Interleukin-1 genetic polymorphisms in knee osteoarthritis: What do we know? A meta-analysis and systematic review. J Orthop Surg (Hong Kong). 2022 Jan-Apr;30(1):23094990221076652.

[7]  Woodell-May JE, Sommerfeld SD. Role of Inflammation and the Immune System in the Progression of Osteoarthritis. J Orthop Res. 2020 Feb;38(2):253-257.

[8]   Núñez-Carro C, Blanco-Blanco M, Montoya T, et al. Histone Extraction from Human Articular Cartilage for the Study of Epigenetic Regulation in Osteoarthritis. Int J Mol Sci. 2022;23(6):3355.

[9]  Cho H J，Gn K K.Epidemiological characteristics of patellofemoral osteoarthritis in elderly Koreans and its symptomatic contribution in knee osteoarthritis[J].Knee，2016，23（1）：29-34.

[10] 王世海,武晔.膝骨关节炎患者血清基因表达水平与病情程度的关系[J].中国中医骨伤科杂志,2022,30(08):32-35.

[11]  赵恒越，何文娟． HIV 感染与非 HIV 感染患者慢性根尖周炎的炎性因子及免疫功能对比［J］． 口腔医学研究，2019，35( 5) : 461-465．

[12] WANG S，LI J，SUN H，et al． Treatment with soluble bone morphogenetic protein type 1A receptor fusion protein alleviates irradiation-induced bone loss in mice through increased bone formation and reduced bone resorption［J］． Am J Transl Ｒes，2020，12( 3) : 743-757．

科研课题：临沂市重点研发计划（医学类）项目：骨性关节炎正常与炎症区软骨基因型及相关因子分析（2022YX0086）

作者简介：杨玉宝，男，汉族，教授，博士，研究方向;关节及创伤