【佳學基因檢測】骨關(guān)節(jié)炎基于基因檢測的分子診斷分型

對臨床表型和分子內(nèi)型的標準進行清晰的界定對于解碼任何疾病的機制都是至關(guān)重要的。這一點在在骨關(guān)節(jié)炎研究和臨床診斷與治療中也開始得到明確的認識。可溶性生化標記物對于患者的分子內(nèi)分型和制作用于區(qū)別不同臨床表型的分子圖譜都特別有用。然而，骨關(guān)節(jié)炎患者的臨床表征相互重疊，這使得識別和鑒別不同的分子內(nèi)型及其相應(yīng)的臨床特征的任務(wù)復雜化。此外，共病現(xiàn)象可能反應(yīng)了不同分子型型及臨床表征的存在及其程度。

對其他領(lǐng)域（如哮喘）的分子內(nèi)型和臨床表型的研究表明，“臨床表型”一詞應(yīng)與疾病的表現(xiàn)有關(guān)，而“分子內(nèi)型”應(yīng)與疾病的分子發(fā)病機制有關(guān)，而忽略其臨床表現(xiàn)。不幸的是，這些定義還沒有在骨關(guān)節(jié)炎文獻中統(tǒng)一使用。但佳學基因等機構(gòu)在構(gòu)建《人的基因序列變化與人體疾病表征》及《人類基因突變數(shù)據(jù)庫》中，開始有意識的使用這些名詞，并努力使其定義和方法標準化。佳學基因在2015年以前使用的分子分型，而后開始使用分子內(nèi)型。

目前的證據(jù)表明，骨關(guān)節(jié)炎患者可以根據(jù)驅(qū)動基因發(fā)生的因素，分為多個分子內(nèi)型的亞型。其主要依據(jù)是將重點關(guān)注到疾病的分子內(nèi)型的分子標志物、疾病的主要驅(qū)動因素，而不是臨床表型。這樣，根骨關(guān)節(jié)炎根據(jù)機理可以分為：

（1） 炎癥表型（局部和全身）

（2） 代謝綜合征表型

（3） 衰老相關(guān)表型

（4） 內(nèi)分泌表型（雌激素缺乏）

（5） 肌細胞減少性肌肉表型（超出本綜述的范圍）

從臨床表征上來看，骨關(guān)節(jié)炎被分為六種類型：包括炎癥型、代謝綜合征型、骨代謝型和軟骨代謝型。

骨關(guān)節(jié)炎的表型分類（關(guān)節(jié)炎患者可以根據(jù)驅(qū)動因素分為不同的亞型。其中軟骨、骨和滑膜型都會受到外在的內(nèi)的疾病驅(qū)動因素的影響：如炎癥、劇烈損傷、生物力學改變、代謝重編程及免疫調(diào)節(jié)）

炎癥分子內(nèi)型生物標志物

基因解碼表明，骨關(guān)節(jié)炎除了機械成分外，還有大量的炎癥成分。骨關(guān)節(jié)炎的炎癥內(nèi)型以高水平的局部和全身炎癥生物標志物做為特征。全身性、系統(tǒng)性炎癥與骨關(guān)節(jié)炎有關(guān)，有證據(jù)表明血液中c-反應(yīng)蛋白（CRP，肝臟對炎癥反應(yīng)產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)）、c-反應(yīng)蛋白M（CRPM，CRP的一種炎癥衍生物）、腫瘤壞死因子a（TNF-a）、白細胞介素6（IL-6，一種主要來源于肝臟的炎癥細胞因子）、白細胞介素17（IL-17，來源于T細胞）、趨化因子（C-C基序）13（CCL13）、其他趨化因子和血清透明質(zhì)酸的濃度升高。此外，炎癥內(nèi)型與“局部”或“滑膜”炎癥的標志物相關(guān)，包括C3M、C1M（組織膠原轉(zhuǎn)換的標志物）、滑液來源的透明質(zhì)酸和內(nèi)皮抑素，后者是與干燥（Sjo¨gren’s）綜合征、系統(tǒng)性硬化，膠原性關(guān)節(jié)炎和佐劑性關(guān)節(jié)炎有關(guān)的血管生成標志物。內(nèi)皮抑素是一種血管生成抑制劑，它干擾生長因子如堿性成纖維細胞生長因子（bFGF/FGF-2）和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的促血管生成作用。

骨內(nèi)型的分子標記物（骨重建及骨刺）

骨胳由生成和吸收而組成的骨周轉(zhuǎn)過程和骨關(guān)節(jié)炎之間的關(guān)系已在骨關(guān)節(jié)炎領(lǐng)域得到證實，近年來受到了廣泛關(guān)注，尤其是在生物化學標志物方面。這種關(guān)系取決于疾病的階段和起源。骨效應(yīng)與關(guān)節(jié)軟骨層下的變化是分離的。此外，骨-軟骨之間的相互作用影響這些組織間的生物標記物、生物化學過程、生物化學和生物力學信號，在骨關(guān)節(jié)炎疾病進展中至關(guān)重要。骨贅的發(fā)育對疾病后期疼痛的發(fā)展也很重要。骨贅本身并不疼痛，但它們是其他疼痛來源的標志物，因為它們是發(fā)展成為骨關(guān)節(jié)炎的標記，它們可能是疼痛管理和延緩疾病進展的重要靶點。骨重建是一個動態(tài)過程，破骨細胞的骨吸收過程與成骨細胞形成的足夠數(shù)量的新骨形成相平衡。軟骨下骨區(qū)域的結(jié)構(gòu)和分子變化與血管增加、骨髓損傷和微小骨裂增加有關(guān)，所有這些都導致骨重建和組織的周轉(zhuǎn)。

有幾種生物標記物可用于測量骨基質(zhì)組織周轉(zhuǎn)率。在骨吸收過程中，I型膠原C末端末端肽（CTX-I）反映了破骨細胞分泌的半胱氨酸蛋白酶組織蛋白酶K對I型膠原的降解。CTX-I也以與年輕骨的轉(zhuǎn)換有關(guān)的α異構(gòu)形式存在。在對有癥狀和放射學表現(xiàn)的骨關(guān)節(jié)炎患者的縱向研究中，α-CTX與骨顯像測量的軟骨下骨轉(zhuǎn)換增加相關(guān)，并與基于骨贅評分和JSN的骨關(guān)節(jié)炎進展相關(guān)。有人提出，針對骨關(guān)節(jié)炎的新的藥理學和生物學治療應(yīng)包括靶向骨-軟骨界面和可測量該界面動態(tài)變化的生化標記物，這將有助于骨關(guān)節(jié)炎藥物的開發(fā)。

代謝綜合征內(nèi)型的分子標志物

骨關(guān)節(jié)炎已被證明與代謝綜合征（MetS）患病率的增加有關(guān)。代謝綜合征相關(guān)骨關(guān)節(jié)炎（MetS-OA）是骨關(guān)節(jié)炎的一個亞型，因為骨關(guān)節(jié)炎和代謝綜合征之間存在關(guān)聯(lián)。代謝綜合征表型有不同的定義方式，也因為現(xiàn)有數(shù)據(jù)集之間的差異。Francis Berenbaum將MetSOA定義為：“MetS OA的廣義定義是指年齡在45-65歲之間，患有全身性骨關(guān)節(jié)炎的患者，至少有一種代謝綜合征成分，即超重或肥胖。”雖然這是一個有用且重要的定義，但對這一定義還沒有普遍的共識。其他人將MetS-OA定義為患有糖尿病和肥胖的膝骨關(guān)節(jié)炎患者，而無需考慮高血。另一項對荷蘭膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者的研究將骨關(guān)節(jié)炎分為5種，包括包括“肥胖表型”，這與MetS-OA相對應(yīng)。幾乎代謝綜合征的每一個組成部分都與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率和/或進展有關(guān)，盡管研究結(jié)果有時相互矛盾。此外，單一代謝綜合征成分的相關(guān)性在關(guān)節(jié)間可能不同。

各種代謝因素包括脂質(zhì)毒性、胰島素抵抗、脂肪因子和全身低度炎癥等都可能參與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病。代謝引發(fā)的炎癥，也稱為“變質(zhì)炎癥”（佳學基因建議譯為“代謝炎癥”），是炎癥的一個亞類，由代謝疾病相關(guān)的因素引發(fā)，可能是與代謝過剩相關(guān)的疾病的結(jié)果，由許多與經(jīng)典炎癥有關(guān)的類似分子和信號通路參與。脂質(zhì)、細胞因子、脂肪因子和維生素D引起的代謝炎癥與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機制有關(guān)。超重和肥胖的骨關(guān)節(jié)炎患者脂肪組織的增加導致循環(huán)脂肪因子水平的增加，這可能對關(guān)節(jié)退化有直接作用。與對照組相比，骨關(guān)節(jié)炎患者血漿或滑液中的脂肪因子瘦素、抵抗素、內(nèi)脂素和脂聯(lián)素的濃度更高。高血糖相關(guān)的晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）在肌肉和結(jié)締組織中積聚，并與靶蛋白交叉連接。膠原的非酶糖基化導致軟骨和ECM的病理性硬化。研究發(fā)現(xiàn)，晚期糖基化終產(chǎn)物戊糖苷存在于骨關(guān)節(jié)炎患者的滑液、血清和軟骨中。

一個研究代謝綜合征表型骨關(guān)節(jié)炎的創(chuàng)新方法是組學技術(shù)，如代謝組學。一項研究確定了三個代謝上不同的亞類，即膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的內(nèi)型在滑液中的酰膽堿、甘油磷脂、鞘脂和一種生物胺水平不同[76]。該研究確定的亞型與骨關(guān)節(jié)炎的經(jīng)典危險因素（如性別、年齡）或代謝綜合征的組成部分（如高血壓、糖尿病）并不一致。此外，這些發(fā)現(xiàn)的潛在臨床意義仍有待確定。
 

衰老型年齡相關(guān)內(nèi)型的分子標志物

眾所周知，哺乳動物的壽命和膠原蛋白的老化率之間存在著相反的關(guān)系。膠原蛋白的老化率表現(xiàn)為富含膠原蛋白的組織如動脈、肺和關(guān)節(jié)軟骨的硬度逐漸增加。在衰老過程中，細胞外基質(zhì)的特點是溶解度和蛋白水解消化率降低。已經(jīng)證實了人類ECM中與年齡相關(guān)的戊糖苷積累。在賊近的一項研究中，豚鼠年齡相關(guān)性骨關(guān)節(jié)炎的嚴重程度與糖基化、氧化和硝化氨基酸水平顯著升高有關(guān)。此外，在骨關(guān)節(jié)炎動物模型和骨關(guān)節(jié)炎患者樣本中，葡糖交聯(lián)和二酪氨酸隨著年齡和疾病進展而逐漸增加。葡糖交聯(lián)是衰老ECM的主要交聯(lián)形式，它改變了糖尿病患者的膠原，造成年齡相關(guān)的激素變化。此外，衰老細胞分泌細胞因子的改變影響免疫系統(tǒng)及其對于關(guān)節(jié)組織損傷的反應(yīng)，以及這些細胞與局部組織環(huán)境之間的相互作用。這些數(shù)據(jù)還強調(diào)了衰老性骨關(guān)節(jié)炎內(nèi)型與其他內(nèi)型的可能存在的交叉，包括前面討論的代謝和炎癥內(nèi)型。
 

骨關(guān)節(jié)炎分子內(nèi)型的總結(jié)

骨關(guān)節(jié)炎是一種多病因的異質(zhì)性疾病，具有相應(yīng)的分子內(nèi)型和臨床表型。為了促進骨關(guān)節(jié)炎領(lǐng)域的發(fā)展，需要明確不同分子內(nèi)型的定義不同表型的含義，避免發(fā)表文獻時混淆它們。還需要開發(fā)新的生物標志物工具，用來對病人進行分類。這些工作可以為開發(fā)和制定有效的預(yù)防和治療策略鋪平道路。結(jié)合臨床數(shù)據(jù)、影像學結(jié)果和精心挑選的生化標志物，有助于推進患者分類，更好的設(shè)計臨床試驗，更為個性化和更為效的骨關(guān)節(jié)炎的治療。

2010年，van Spil等人發(fā)表了一篇系統(tǒng)綜述，其結(jié)論是目前的生化標志物沒有一個具有足夠的鑒別能力來幫助個體或有限數(shù)量的患者診斷和預(yù)測骨關(guān)節(jié)炎，仍然需要尋找并開發(fā)骨關(guān)節(jié)炎的生化標志物使藥物開發(fā)和轉(zhuǎn)化研究成為可能。

賊近的研究主要集中在檢測組織更新和/或炎癥的生化標志物是否能區(qū)分能夠?qū)⒉煌愋偷墓顷P(guān)節(jié)炎患者與健康患者區(qū)分開來，是否與某一類型的骨關(guān)節(jié)炎癥狀和體征有關(guān)，和/或是否與疾病進展有關(guān)。然而，要在這一領(lǐng)域取得進展，還需要采取若干步驟。首先，該領(lǐng)域應(yīng)該轉(zhuǎn)向在分子水平出現(xiàn)放射學征狀前或早期放射學征狀出現(xiàn)早期的階段研究。因為在疾病早期，在所有表型結(jié)合成賊終共同途徑之前，區(qū)分分子內(nèi)型和相應(yīng)臨床表型的能力可能更容易。第二，生物化學標記物實際上應(yīng)該被用來區(qū)分骨關(guān)節(jié)炎患者亞型的能力，而不僅僅是在群體水平或與健康對照組比較時與疾病參數(shù)的相關(guān)性。第三，新技術(shù)（如組學技術(shù)）可能對骨關(guān)節(jié)炎表型研究特別有用，因為它們評估的是一組標記物，而不是一個或幾個。第四，可以假設(shè)局部生化標記物（如滑液）可能更好地區(qū)分分子內(nèi)型，因為系統(tǒng)性因素（包括共?。┑母蓴_較少。

總之，骨關(guān)節(jié)炎內(nèi)型和表型研究對對設(shè)計有效的、分層的骨關(guān)節(jié)炎治療以及對抗骨關(guān)節(jié)炎對全世界個人和社會造成的負擔具有重要意義。