骨关节炎（OA）是一种退行性关节疾病，可由多种因素诱发，包括衰老、肥胖和关节损伤。关节损伤会增加局部关节组织促炎介质的产生，最终降低软骨结构和功能。炎症介质，包括巨噬细胞和 T 细胞，在 OA 的发生和进展中发挥作用。在 OA 患者活检中，T淋巴细胞和相关细胞因子的病灶在剧烈炎症的滑膜区域比在宏观上无炎症的区域更明显。然而，淋巴结（T 细胞被激活的地方）与受损关节之间的关联仍然知之甚少。此外，大多数 OA 是由关节的习惯性非创伤性压缩负荷逐渐发展而来，但目前缺乏对关节机械负荷与局部淋巴结中 T 细胞的联系以及它们与病理发生和进展风险的关联理解。

美国康奈尔大学生物医学工程系、佐治亚理工学院和埃默里大学的 Wallace H. Coulter 生物医学工程系研究团队曾假设关节负荷诱导的损伤会诱导局部淋巴结中 T 细胞的变化，通过淋巴结和受影响关节之间的双向相互作用促进 OA 的发生和进展。为了检验这一假设，他们使用非创伤性、负荷诱导的 OA 小鼠模型，证明了负荷肢体局部淋巴结中 T 细胞的增加，使用限制 T 细胞从淋巴结逸出的免疫抑制剂芬戈莫德（Fingolimod）减轻了 OA 进展。这些发现暗示了使用免疫调节疗法抑制 T 细胞迁移或其绝对数量来治疗 OA 的可能性。研究成果发表于Osteoarthritis and Cartilage期刊题为“Mechanical loading of joint modulates T cells in lymph nodes to regulate osteoarthritis”。

首先，为了了解局部淋巴结中的 T 细胞是否因关节的机械负荷而发生变化，对 10 周龄的雌性小鼠进行为期一周的循环压缩负荷（9.0 N，4 Hz），使用流式细胞术评估了腹股沟、髂骨和腘窝淋巴结中的淋巴细胞计数（图1 A）。腹股沟淋巴结中 T 细胞（Load-Control）的差异更大，但与其他位置相比差异不显著。当使用混合模型分析时，负荷肢体的所有同侧淋巴结中 T 细胞数量增加，髂骨和腹股沟反应相似，腘窝反应较小（图1 B）。专注于腹股沟淋巴结，发现在每日（5 分钟）压缩负荷一周后，与对侧肢体相比，腹股沟淋巴结的大小随着体内负荷而显著增加（图1 C）。

然后，评估了幼龄（10 周龄）和成年（26 周龄）小鼠关节机械负荷的影响。与未承受循环压缩负荷的对侧对照肢体相比，胫骨的周期性压缩显著增加了两组小鼠负荷肢体腹股沟淋巴结中 CD3+、CD3+ CD4+ 和 CD3+ CD8+ 细胞的总数（图1 D）。在腹股沟淋巴结 T 细胞增加的同时，还观察到10 周龄雌性小鼠负重肢体的软骨损伤和骨赘形成明显多于对照组（图1 E、F），这种软骨损伤与负荷肢体中 T 细胞的数量呈正相关。这些数据表明，雌性小鼠同侧淋巴结中的 T 细胞数量随着周期性胫骨压缩而增加。

此外，通过细胞因子标志物的表达来表征负荷诱导的 OA 中的 T 细胞反应，分析了 16 周龄 C57Bl/6 雌性小鼠在周期性胫骨压缩两周后的腹股沟淋巴结。与对照组相比，在负荷肢体的腹股沟淋巴结中表达 IFNγ、TNFα、IL-4 和 IL-6 表型标志物的 CD4+ T 细胞总数显著增加。IFNγ 和 TNFα 都是辅助性 T 细胞产生的炎性细胞因子，IFNγ 在 OA 患者滑膜组织和滑膜内膜中的表达增加，TNFα 在OA患者滑液、滑膜、软骨和软骨下骨中增加。IL-4 和 IL-10 是抗炎细胞因子，在 OA 中具有软骨保护作用，在 OA 患者的软骨和滑膜中升高。这些数据表明，周期性压缩胫骨 T 细胞中促炎细胞因子和抗炎细胞因子表达均增加。

图1 雌性小鼠周期性胫骨压缩后腹股沟淋巴结中 T 细胞的丰度增加。

接下来，为了确定 T 细胞是否参与 OA 的发生和进展，对 16 周龄的 T细胞受体（TCR）α-/- 雌性小鼠进行了为期两周的胫骨负荷。WT 小鼠负荷肢体腹股沟淋巴结中 CD3+、CD3+ CD4+ 和 CD3+ CD8+ T 细胞总数增加，相反，TCRα-/- 小鼠的负荷肢体中 T 细胞或 T 细胞亚群数量没有增加。然而，在 TCRα-/- 小鼠中，γδTCR+ T 细胞亚群的总数随着负荷两周而增加（图2 A、B）。正如预期，与 WT 小鼠的对照组相比，两周的负荷显著增加了负荷肢体的软骨损伤评分，相比之下，TCRα-/- 小鼠负荷肢体的软骨损伤没有差异（图2 C、D），表明 T 细胞的存在与软骨损伤的发展有关。在两组中，骨赘在负荷下在胫骨内侧形成，且骨赘成熟度相似，但是 TCRα-/- 小鼠中的骨赘比 WT 小鼠中的骨赘小，这进一步表明T细胞在骨赘生长中的作用（图2 E、F）。这些数据表明，αβTCR+ 而不是 γδTCR+ T 细胞的缺失会减轻负荷诱导的软骨降解和骨赘大小。

通过对 WT 和 TCRα-/- 小鼠的负荷肢体进行纳米压痕研究，发现与对照组相比， WT 和 TCRα-/- 小鼠负荷肢体的软骨刚度降低，且 TCRα-/- 负荷小鼠软骨整体刚度降低的更少（图2 G、H），表明在观察到组织学关节组织损伤之前，纳米压痕可能在关节中明显出现微损伤。

软骨下骨骨量减少与早期 OA相关。与 TCRα−/− 小鼠相比，WT 小鼠的软骨下骨板厚度和 TMD 或骨骺松质 BV/TV 在负荷后没有变化，然而，当对侧和负荷肢体合并时，WT 小鼠的软骨下骨板和干骺端松质 BV/TV 总体上更厚（图2 I）。软骨下骨和骨骺骨测量表明 TCRα-/- 小鼠的骨骼表型。与WT 小鼠相比，TCRα-/- 小鼠的胫骨区域骨矿物质密度（BMD）较低，但松质骨体积分数（BV/TV）和胫骨皮质面积没有差异。负荷增加了干骺端松质 BV/TV，但于 TCRα-/- 小鼠。TCRα-/- 小鼠中较低的干骺端松质骨体积分数表明，在该小鼠模型中，负荷诱导的 OA 病理会更严重，但实验数据不支持这一点。即使软骨下骨板较薄，干骺端 BV/TV 较低，但 TCRα-/- 小鼠在负荷后软骨健康状况也有所改善。

图2 αβ T 细胞的缺失减轻了负荷诱导的软骨降解和骨赘大小。

为了确定负荷关节腹股沟淋巴结中特定 T 细胞亚群的逸出是否与 OA 的发生和进展有关，用抑制 T细胞从淋巴结中移出的 S1P 受体抑制剂芬戈莫德（Fingolimod）处理小鼠。16 周龄 C57Bl/6 雌性小鼠两周的负荷增加了淋巴结大小（图3 A、B）。单独的芬戈莫德处理增加了对照组和负荷组肢体的淋巴结大小，这可能是因为 T 细胞的出口受限。然而，与对侧肢体相比，芬戈莫德处理的负荷小鼠的淋巴结大小没有显著差异。与对照肢体相比，为期两周的周期性胫骨压缩增加了盐水处理小鼠负荷肢体中的特异性 T 细胞亚群。具体来说，盐水处理小鼠负荷肢体腹股沟淋巴结中 CD3+、CD3+ CD4 + 和 γδ TCR+ T 细胞亚群的总数增加（图3 C）。

在 CD4+ T 细胞亚群中，负荷增加了盐水处理小鼠中 CD3+ CD4+ FoxP3+（Treg）的数量，但在芬戈莫德处理的小鼠中则没有（图3 C）。相比之下，生理盐水和芬戈莫德处理均未改变腹股沟淋巴结中的 CD3+ CD4+ GATA3+ （TH2）和 CD3+ CD4+ Tbet+ Rorγt+ T 细胞（TH17）亚群（图3 C）。这是一个出乎意料的发现，因为实验预计 T 细胞响应负荷会增加，在存在阻止细胞离开淋巴结的药物的情况下，T 细胞会进一步增加。然而，在以前的报道中，高剂量的芬戈莫德（1 mg/kg）降低了腹股沟淋巴结中 T 细胞的频率。在盐水处理的小鼠中，与对侧对照相比，负荷肢体的软骨损伤增加。使用芬戈莫德后，负荷肢体的软骨损伤评分仍然很低，与对侧对照没有差异（图3 D），这表明 T 细胞逸出与负荷诱导的 OA 中的软骨降解有关。

负荷两周后，盐水和芬戈莫德处理的小鼠在胫骨内侧上的骨赘大小和成熟度相似，并且大于对照组（图3 E）。尽管负荷没有改变任一治疗组的软骨下骨板厚度或 TMD，但与盐水处理相比，芬戈莫德本身增加了负荷和对照肢体的 TMD。同样，芬戈莫德处理的小鼠的干骺端和骨骺松质 BV/TV 高于盐水处理的小鼠，但均不受负荷的影响（图3 F）。在盐水处理的小鼠中，CD3+ T 细胞存在于负荷关节的骨赘和滑膜中。相比之下，在芬戈莫德处理的小鼠的组织中观察到较少的 T 细胞（图3 G）。这些发现表明，通过 S1P 受体调节限制 T 细胞从淋巴结逸出可以减少周期性胫骨压缩诱导的 OA 病理。虽然芬戈莫德的主要作用是限制 T 细胞的外流，但自身免疫研究进一步证明了芬戈莫德对 T 细胞群的直接抗炎作用和外周耐受性机制的改善，这在未来的 OA 环境中仍有待研究。

此外，为了确定 T 细胞反应是否在较长时间的负荷下持续存在，对雌性 WT 小鼠持续负荷 6 周，发现负荷肢体淋巴结中 CD3+ CD4+ 和 γδTCR+ T 细胞亚群的数量仍然显著升高，且负荷肢体的软骨损伤和骨赘形成增加。这些研究表明，T 细胞反应不是短暂的，并且在长期负荷下保持活跃。

图3 Fingolimod 治疗减轻了循环胫骨压缩 2 周后负荷诱导的软骨退化。

图4 示意图总结了改变T细胞存在对OA发展的假设影响。正常 T 细胞水平对负荷诱导的 OA 发展中软骨和骨赘形成的影响总结。尽管对骨赘形成的影响不同，但 T 细胞的缺失（通过 TCRα-/-）和 T 细胞的迁移受限（通过 Fingolimod 治疗）都减少了软骨损伤。

总之，该研究结果表明，在小鼠膝关节的损伤负荷后，局部淋巴结中的 T 细胞增加，随后膝关节出现 OA 样病变。当使用 CD4+ TCRα-/- 小鼠时，OA 进展减缓。相反，当 T 细胞从淋巴组织逸出受到限制时，响应关节负荷的软骨损伤减少，然而，骨赘仍然形成。这些结果确定了淋巴结驻留 T 细胞与关节损伤的关联，并表明 S1P 受体调节剂和 T 细胞免疫疗法可用于治疗 OA。

参考文献：Wheeler TA, Antoinette AY, Bhatia E, Kim MJ, Ijomanta CN, Zhao A, van der Meulen MCH, Singh A. Mechanical loading of joint modulates T cells in lymph nodes to regulate osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2024 Mar;32(3):287-298. doi: 10.1016/j.joca.2023.11.021. Epub 2023 Dec 10. PMID: 38072172; PMCID: PMC10955501.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38072172/

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