【骨关节炎/预测】关节液用于关节疾病诊断的意义及未来展望...

关节疾病是临床上的常见病及多发病，在临床工作中，其诊断主要依靠询问病史、体格检査、影像学检査及相关血液学检査等。然而，临床中有些关节疾病如骨关节炎(osteoarthritis，OA)、关节置换术后感染等并不能依赖以上诊断方法而确立早期准确的诊断，导致患者很可能错过宝贵的早期治疗机会。近年来，随着对关节液具体成分、相关生物标志物的深人挖掘及关节液相关检査手段的多样化，关节液检査分析为早期及准确诊断关节疾病提供了可能。关节液的相关检査是直观反映关节内微环境变化的有效方法，其结果与关节疾病的性质及病变程度密切相关。本文就近年来关节液分析研究对关节疾病的诊断及未来展望做一如下综述。浙江大学医学院附属第二医院骨科沈炜亮

一关节液的生物学作用及组成

关节液也称为滑膜液，它是由滑膜产生的透明质酸酶蛋白复合体与血浆的漏出液混合而成。据报道，滑膜主要包含两种细胞：即A型吞噬细胞与B型成纤维样细胞。这两种细胞具有多种生物学功能，例如，吞噬、吸收、分泌及合成功能。正常情况下，关节液清亮、粘稠、无色透明或呈浅黄色，可以拉成细丝，也会自凝成块。关节液自身高度粘稠的特性，起到滑润关节，减轻关节震动和滑膜炎症的作用。另外，关节液还能营养关节软骨，有效地发挥关节软骨对炎症介质的屏障作用。值得注意的是，在各种病变因素作用下如炎症、感染、创伤等，关节液可能激增，直接反映着关节的病变状态。

随着关节液相关检测技术的发展及创新，挖掘关节液中的相关生物标志物并应用于疾病的早期、准确诊断及相应治疗具有广阔的前景。前期研究使用多维显微镜分析关节液，发现关节液中的固体颗粒与关节疾病密切相关。关节疾病患者的关节液即使外观正常，其中的固体微粒长轴直径及大小分布范围均明显大于正常人。进一步研究发现，膝关节关节液中固体颗粒的形状、大小、粒度分布与类型和膝关节疾病及其严重性密切相关。另外，研究表明关节液中的透明质酸是由滑膜细胞及吞噬细胞合成，广泛存在于关节液中，因而促进了透明质酸在临床的应用，尤其对膝OA早中期的治疗，效果显著，越来越受到重视。关节液中的胶原成分主要是关节软骨成分，通过关节液中胶原尤其是Ⅱ型胶原的分析，可以对关节疾病进行早期诊断。此外关节液中还包括众多蛋白、蛋白多糖成分、晶体物质及外来体等，这些都会随关节疾病的发生而改变。

二关节液在OA中的应用

(一)OA

OA已成为临床多发病和常见病，由于本病发展缓慢、病程长，早期不引起症状或症状轻微，因而易被人忽视；疾病后期患者可丧失自理能力，严重影响生活质量。因此，早期诊断及预测其发展趋势，及时治疗是延长关节使用寿命，减轻患者痛苦的关键。目前，现有的诊断方法主要依靠临床表现和影像学检査，治疗相对滞后，对OA的临床分期也只适合于术前计划，并不适合于早期诊断和监测疾病发展。而关节镜手术虽能早期观察到关节软骨损伤，但作为一种有创检査也具有一定的局限性。关节液检测最能直观关节内环境的变化，因此，深人挖掘生物标志物有望成为OA早期诊断和监测其发展趋势的重要检査手段。

(二)关节液用于早期OA诊断的价值

现有的研究数据显示，关节液中细胞因子有非常复杂的分类，它是一组具有可调性的调节蛋白质并传达细胞间的通信，在免疫学中和炎症反应中起着重要的角色。其中包括多个重要的细胞功能如细胞间的信息传导、生长和分化，直到最近，细胞因子才被认为在OA的致病中扮演着重要的角色。细胞因子最初是由滑膜产生，然后透过关节液弥散到软骨，促使软骨细胞分泌促炎相关因子。临床上，白细胞介素(interleukin，IL)-1、IL-2、IL-6、IL-7、IL-15、IL-18，TNF-α符合用于诊断的分类，可以用于辅助OA的早期诊断。其中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)与IL-1只有3%的同源性，并作用于不同的受体，但两者表现出许多相似的生物学特性。另外，关节液中的蛋白酶如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase MMP)MMP-l、MMP-2、MMP-3、MMP-8、MMP-9可直接反映了软骨的破坏情况，也与OA的早期诊断密切相关。应用新技术对关节液标志物进行相关检测，如在动物关节炎模型中进行磁捕获关节标志物研究，发现Ⅱ型胶原C-肽端、葡糖氨基聚糖、软骨寡基质蛋白可以捕获。此外，关节液中可以检测到的外源性和内源性晶体物质。如在诊断OA中最常用的是：水尿酸钠盐化合物(monosodiumuratemonohydrate MSUM)，焦磷酸钙盐脱水物(calcium pyrophosphate sedimentation CPPD)和磷酸钙盐(calcium phosphate CPS)。关节液中的磨损颗粒都有相关文献支持用于OA的诊断，尽管正常膝关节液中也存在有形颗粒，但随着科技的发展，一些潜在的检査技术可能会用来区别检测外源性和内源性晶体物质，以便更准确地诊断早期OA。

除了常规的炎症因子、MMPs、及关节液中有形颗粒的检测外，近年来对其他生物标志物的检测也逐渐变得火热。研究发现，关节液中某些基因的DNA甲基化也可作为早期诊断骨关节液的标志物，如在OA的关节液中发生SOX-9启动子的表观遗传状态变化。另，microRNAs在OA疾病诊断中的意义也现。血浆中的microRNAs与关节液中的是不同的，后者来自滑膜组织，而且可以稳定表达，关节液中microRNAs即小的内源非编码RNA也具有成为诊断OA标志物的潜能，如miR-124 a,miR-142-3 p,miR-142-5 p及miR-133 a等已证实可以作为关节液标志物应用于关节炎的诊断，另外，某些microRNAs如miR-146a被证实与OA疼痛有关。最研究发现，关节液中的循环DNA、非编码、微泡及外泌体等都是富有应用前景的生物标志物。然而，目前仍缺乏针对这些生物标志物的诊断试剂及方法。运用大数据分析方法寻找及鉴定关节液中某些特异性的循环DNA、非编码RNA、微泡及外泌体，将有助于关节疾病的早期诊断及筛査。

三关节液在关节感染中的应用

(一)关节液用于假体周围感染的早期诊断

假体周围感染是关节置换术后的一种灾难性的并发症，是导置换术后翻修的最常见原因，总体发生率介于1%~3%之间。尽管诊断假体周围感染有其严格的诊断标准，然而由于感染发生的随机性及不明确性，当前对关节置换术后假体周围感染的诊断及治疗依然困难重重。关节液作为直接与假体接触的内环境，它的改变是否能更好地诊断关节置换术后假体周围感染越来越受到人们的关注。当前，从关节液中寻找及鉴定特异性、敏感性高的生物标志物用于预测早期假体周围感染的研究也越来越多。

膝关节关节液白细胞计数、分类计数及关节液白细胞培养对于假体周围感染诊断十分重要，具有一定的敏感性及特异性。C-反应蛋白的检测在临床诊断假体周围感染中应用最为广泛，但是，不同的检测方法可以导致结果的误判，而且在很多情况下都可以导致假阳性结果。除此之外，尽管血沉与C-反应蛋白是当前诊断假体周围感染的重要指标，但这两者也可能有假阳性的出现。近年来认为，IL-6亦可以作为假体周围感染的诊断指标，最近新标志物α-防御素(α-defensin)，以及IL-6与α-defensin联合诊断关节假体周围感染获得了广大骨科医师较大的关注。此外，PCR在诊断中的应用也受到关注。宿主关节液中的生物标志物是由病原体识别触发，并聚集于关节液中保护宿主，因而关节液的生物标志物在诊断上更准确敏感。α-defensin是一种抗微生物多肽，介导先天免疫，并由中性粒细胞产生，自身可以杀死及诱导细菌、真菌及某些病毒失活。尽管多个中心的研究表明，它具有很好的敏感性及特异度，然而，α-defensin是否可以最终用于临床检测，还需随机、多中、大样本的进一步的研究。关于α-defensrn在假体周围感染诊断上的应用，我国的学者也作了一定程度的探讨。然而，现在针对假体周围感染的诊断，没有单一的指标可以作为金标准，临床诊断还是依靠多项指标的检査来明确假体周围感染的可能。

(二)关节液在化脓性关节炎中的应用

化脓性关节炎是一个重要的临床急症，起病急骤，症状和体征重，有很高的致残率与死亡率。早期诊断及快速治疗对感染关节正常功能的保存至关重要。任何急性关节疾病都应考虑化脓性关节炎的存在。化脓性关节炎最常见的原因是急性细菌性关节炎，鉴别致病菌对正确使用抗生素很重要。常规的关节液白细胞计数也很有意义。化脓性关节炎在新生儿、儿童、成人的表现有所不同。任何年龄都可以罹患化脓性关节炎，但是小孩和老人这类特殊人群最容易受感染，且男性发病率要高于女性。对化脓性关快速诊断可以帮助临床医生对患者进行快速的治疗。目前有望依赖关节液检査为临床医生作出快速、准确的诊断。在化脓性关节炎的关节液中可以出现低葡萄糖和高浓的乳酸盐，但是这种反应缺少特异性。通常来说，关节液抽取后，要放于需氧培养基、厌氧培养基中进行培养，同时要分支杆菌及真菌培养。革兰氏染色对诊断化脓性关节炎作用很大，它主要用于鉴别致病菌是革兰氏阳性还是革兰氏阴性菌，从而选用不同抗生素治疗。另外，基于DNA和核酸探针技术，聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术，以及质谱仪检测蛋白质技术均可对化脓性关节炎的些生物标志物作出准确有效的检测。但这些检测手段有一定的假阳性率。如何进一步提高特异性，研发基于某些特异性指标(如免疫反应释放的某些因子)的快速诊断方法及试剂是未来的研究方向。

四关节液在类风湿及其他关节炎中的诊疗价值

(一)关节液对类风湿OA的诊断价值

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种以慢性侵蚀性关节炎为特征的全身性自身免疫性疾病。RA的病变特点为滑膜炎，以及由此造成的关节软骨和骨质破坏，最终导致关节畸形。如果不经过正规治疗，约45%的患者在10年内可出现残废。随着我国社会老龄化的发展，RA的患者群不断增加，如RA患者不能得到早期的诊断和治疗，将给社会和家庭造成沉重的负担。因此，针对RA的早期诊断是风湿病学界的一项重要和刻不容缓的课题。而关节液检査也是早期诊断RA的一个重要方面。RA患者关节液中TNF-α，IL-6，IL-15及IL-15α变化明显，可以作为诊断指标。关节液中类风湿性因子和抗瓜氨酸肽明显高于血液，对诊断RA更加准确。另外，RA患者关节液蛋白组学分析发现钙粒蛋白(calgranulin)-A、calgranulin-B等(慢性炎症标记物)明显升高；噬中性粒细胞相关蛋白如天杀青素、defensin-2、人白细胞弹性酶抑制剂、C-反应蛋白等相关蛋白也同样升高。此外，等离子体及关节液中microRNA也是潜在诊断RA的标志物。再者，应用液相色谱串联质谱法技术进行脂质及脂质中介体分析从而对RA进行诊断。总之，关节液中抗瓜氨酸肽的升高、calgranulin-A、calgranulin-B等(慢性炎症标记物)的升高、嗜中性粒细胞相关蛋白如天杀素、defensin-2、人白细胞弹性酶抑制剂、C-反应蛋白等相关蛋白也同样升高以及等离子体及关节液中microRNA的变化综合提示关节液中的相关生物标志物在RA的诊断中具有一定的价值。

(二)关节液在痛风性关节炎中的应用

痛风是具有风湿病特征的代谢疾病。因嘌呤代谢紊乱，尿酸排泄障碍导致血尿酸增高的一组异质性病症。痛风的临床表现主要有急慢性痛风性关节炎、关节畸形、尿路结石及肾脏病变，其中以关节疼痛为主要症状，发作时给患者造成很大痛苦，严重影响患者的日常生活。膝关节痛风性关节炎床诊断主要是靠血尿酸实验室检査，可是膝关节痛风性关节炎在临床可能以感染样或肿瘤样的不典型方式出现，关节液的尿酸明显高于血尿中，对于诊断痛风性关节炎十分重要。对于某些不典型痛风性关节炎患者，其血尿酸往往徘徊在正常范围，对于这部分患者容易误诊为化脓性关节炎。相对来说，关节液中尿酸受机体其他因素的影响较小。近年来液检验越来越受到重视，有学者就报道可依据关节液检验确诊痛风，关节液晶体分析也同样有助于诊断。关节液中晶体成分的差异一方面有利于从生物化学的角度分析其代谢紊乱的机理，另一方面能促进以光学为手段(近中红外，拉曼)对关节液理化性质的分析。

五关节液检査未来前景展望

正常情况下，关节液中大多成分都较血液中低，但在病理情况下，许多具有阳性预示值的关键成分发生急剧改变。因而，关节液的诊断价值丝毫不亚于血液，如果考虑受干扰的因素，关节液的诊断价值甚至有可能优于血液。关节液受外界和机体其他因素的干扰较小，且能反映关节内微环境的变化，因此最能与关节疾病的性质及病变程度关联。因此，关节液在关节相关疾病中的诊断价值足以引起人们的重视。随着对关节液具体成分、相关生物标志物(如microRNAs、DNA、非编码RNA、微泡及exosome等)的深入挖掘及关节液相关检査手段的多样化(光学分析、相关组学分析及深度测序)，关节液检査分析为早期及准确诊断关节疾病(OA、关节感染、类风湿关节炎、痛风性关节炎)提供了可能。然而，我们在采用关节液标本开辟出更多更有针对性的检测项目的同时，仍需要考虑几个关键的问题：

(1)关节液中生物标志物应该敏感性及特异性较高；

(2)操作无创、简单；

(3)快速且准确；

(4)能够针对所有人群或某些特定人群；

(5)重复性好；

(6)价格合理。

只有具备了以上几个方面，关节液的相关检测才可能从实验阶段转化了临床诊疗，为临床医生早期、准确诊断关节疾病提供有力的证据。

二次整理者：阮登峰/沈炜亮

浙江大学医学院附属第二医院·骨科；

浙江大学骨科研究所；

浙江大学李达三·叶耀珍再生医学发展基金；

浙江省组织工程与再生医学技术重点实验室；

中国医师协会骨科医师分会再生医学工作组；

本人专业诊治范围：

1，肌腱病&肌腱/韧带损伤：肘-网球肘；肩-肩周炎，肩袖损伤；膝-弹跳膝，跑步者膝，前交叉韧带损伤；踝-跟腱炎，跟腱断裂；手腕部-腱鞘炎；筋膜炎

2，再生医学技术治疗运动系统疑难杂症，包括：软骨/半月板/肌腱/韧带的修复、重建和再生；

门诊类型：肌腱病专科门诊！关节外科/运动医学专家门诊；

致谢：感谢查振刚、张还添、杨杰、谭文成的分享！