李博源，邱庭辉，潘海乐

（哈尔滨医科大学附属第二医院骨四科，哈尔滨150000）

肩周炎（frozen shoulder，FS）是一种以肩部运动逐渐丧失为特征的肩部疾病，其特点是盂肱关节囊的炎性粘连和僵硬，肩部疼痛，以及各个方向上的运动受限（尤其是外展，外旋和后伸）。发病年龄在30至70岁之间，平均为50岁。女性患病率大于男性，左侧肩关节发病多于右侧，在一般人群中发病率为2-5%[1-4]。肩周炎经历急性期、慢性期和恢复期3个阶段，表明从关节囊炎症和纤维化到这种纤维化的自发消退的一系列过程[5-8]。肩周炎是一种自限性疾病，大多数情况下其肩部疼痛和功能障碍症状将在3个阶段后完全恢复，一般病程为1～2年。然而，当前许多的报告指出，目前的疗法如药物、冲击波治疗、全身麻醉下肩关节松解术等没有手术干预的情况下，功能完全恢复几乎不可能。在对未接受手术治疗的41名肩周炎患者进行的后续研究中，Reeves报告[16]，在5至10年的随访中超过60%的患者肩部运动受到限制；Shaffer[2]等人随访了61名患者，平均7年，发现50%患者仍有肩部疼痛和僵硬，而70%仍有肩部运动受限；关节镜和影像学研究表明，包括肩袖间隙在内的盂肱关节是主要的病理部位[8-10]；Redeo SA等人[11]描述FS是炎症和纤维化的过程，早期出现伴有血管增多的滑膜增生，随后导致关节滑膜和滑膜下组织的纤维化。总之，肩周炎患者肩部运动受限是由肩关节炎症和纤维化病理变化引起的。虽然这种限制的分子生物学仍不清楚，但正在进行的研究表明肩周炎患者某些炎症介质和纤维化相关细胞因子的表达较正常人发生了改变。这些细胞因子可能参与肩周炎的发病机制，诱发肩关节的结构变化，最终导致肩关节活动受限。这为寻找冻结肩患者新疗法提供了有效的参考依据。

1 炎症和相关细胞因子

在肩周炎的急性期，患者肩关节运动严重受限，尤其是外展、外旋和后伸，这极大地影响了日常生活。在1896年，Duplay[19]等人首先指出，原发性肩周炎是由肩峰下滑膜炎引起的肩关节周围炎。此后，对肩周炎的分子生物学研究就集中在炎症细胞因子上。

1.1 细胞因子和生长因子

炎症介质包括白细胞介素-1α（IL-1α）、IL-1β、IL-6、IL-8、肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）,环氧合酶-1（COX-1）和COX-2等在炎症过程和胶原分解代谢中发挥重要作用[17]。一些研究表明，关节滑膜组织中炎症介质表达的增加在FS的发病机制中是必不可少的[2,11,14-17,25]。炎性细胞因子异常分泌诱导的炎症级联反应参与FS的非自然组织修复和纤维化[22]。成纤维细胞受细胞因子和生长因子调节，基质重塑受基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)及其抑制剂的调节[14]，它们对结缔组织形成过程中MMP转录起重要作用。Redeo SA等人通过分析FS患者的滑膜组织[11]提出转化生长因子-β（TGF-β）、血小板衍生生长因子（PDGF）、肝细胞生长因子、IL-1β和TNF-α对滑膜增生和关节纤维化免疫组化有重要作用。TGF-β、PDGF和肝细胞生长因子在FS纤维化的关节滑膜中染色强于非特异性滑膜炎。他们得出结论，TGF-β和PDGF可能参与FS中关节的炎症和纤维化，并可通过注射皮质类固醇迅速消除血管性滑膜炎，以防止病情进一步进展。Lho等人[2]记录了肩周炎患者（实验组）和肩关节不稳定患者（对照组），实验组中IL-1α、IL-1β、TNF-α、COX-1和COX-2表达水平增加。有趣的是，他们还观察到对照组肩峰下滑囊中IL-1α、TNF-α和COX-2的表达水平同样增加；分析关节液后，观察到TNF-α和IL-6分泌增加。他们认为肩峰下滑囊和关节囊中炎性细胞因子的表达增加可能与FS疼痛和炎症发展为纤维化的发病机制有关。Kabbabe等人[17]记录了FS组中IL-6和IL-8的mRNA表达增加。Mullett等人[22]记录FS的关节液里含有炎性细胞因子和可以促进成纤维细胞作用的生长因子。Ryu等人[15]报道糖尿病FS患者的滑膜组织对血管内皮生长因子（VEGF）和CD34的免疫染色强于对照组的滑膜组织。他们推测VEGF在糖尿病FS的滑膜中释放、VEGF可能参与糖尿病FS的发病和形成新生血管过程。上述分子生物学研究的结果表明，炎性细胞的浸润和炎性细胞因子的表达增加，例如IL-1α、IL-1β、TNF-α、COX-1、COX-2、TGF-β、PDGF 和肝细胞生长因子。他们证明炎症可能是肩周炎在分子水平上的初期反应，而IL-1α、IL-1β、TNF-α、COX-1、COX-2、TGF-β、PDGF和肝细胞生长因子等可能在炎症形成中发挥重要作用。炎症导致粘连，水肿和疼痛，最终导致肩部活动减少。

1.2 免疫因子

B淋巴细胞、肥大细胞和巨噬细胞等免疫细胞也与FS有关。一些研究表明，FS开始是一种免疫反应，既炎症性滑膜炎，进一步发展导致关节滑膜纤维化[5,16]。Bunker和Anthony[27]对白细胞共同抗原（LCA，CD45）和巨噬细胞/滑膜抗原（PGMI，CD68）进行免疫组织化学法检测以评估它们对炎症的影响，发现LCA、CD45、PGMI和CD68明显升高。Hand等人[5]报道发现FS滑膜组织中存在免疫细胞，包括B淋巴细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞以及肩袖间隙滑膜中的肥大细胞，这表明FS中存在免疫应答，用CD3、CD20、CD68和肥大细胞类胰蛋白酶染色鉴定这些细胞，免疫组织化学研究证实炎性浸润时CD45（LCA）染色强阳性；Lyve1（淋巴管）和S100（神经标记物）抗体染色呈阳性，分别证明淋巴和神经组织的存在。肥大细胞在滑膜内和滑膜外调节成纤维细胞增殖且受T细胞和B细胞的控制，T细胞和B细胞的存在表明肥大细胞介导的纤维化是一种免疫调节反应[5]。Kanbe等人[16]报道炎症细胞对CD68的染色结果为强阳性，FS中CD68免疫因子也可能升高。免疫细胞如巨噬细胞释放促炎细胞因子IL-1，IL-6，IL-8和TNF-α等，而这些促炎细胞因子存在于肩周炎滑膜组织中，有的甚至是强阳性。这些都表明免疫因子在FS滑膜组织中明显升高，因而需要更深入的研究清楚地了解这些因子间的相互作用。

2 纤维化和相关细胞因子

肩周炎的特征是肩关节滑膜囊的增厚和挛缩，其机制尚不完全清楚。目前已知几种蛋白质与该病理过程相关。有些人认为肩关节滑膜囊的增厚和挛缩是一种纤维增生性疾病，可能是由于细胞外基质的过度积累或基质降解受抑制所致。

2.1 基质组成

大量研究表明，与成纤维细胞和肌成纤维细胞分泌的胶原蛋白基质与FS发病机制有关，这说明肩周炎是一种纤维化过程[20,23,26,27]。通过免疫染色发现包括肩袖间隙在内的前关节囊内成纤维细胞增生[23,27]。Rodeo等人[11]报道，与对照组相比FS组的前上关节囊中的III型胶原免疫染色更强，这说明FS的关节囊中出现新的胶原沉积。波形蛋白是一种细胞分裂蛋白，含有成纤维细胞和肌成纤维细胞的标记及III型中间丝[28]，Bunker和Anthony[27]指出波形蛋白在关节囊组织中高表达，并通过免疫细胞化学鉴定此类含有波形蛋白的细胞是成纤维细胞。肌纤维母细胞或收缩性成纤维细胞是收缩性瘢痕组织的特征性细胞，可见于掌腱膜挛缩。Uhthoff和Boileau[25]报道，波形蛋白在肩袖间隙、喙肱韧带和腋下袋中的滑膜细胞和细胞外基质中高表达；然而，在后关节囊滑膜细胞或细胞外基质中未发现波形蛋白。这些结果表明FS患者肩部运动受限是由于波形蛋白选择性表达在关节囊前部结构引起挛缩。Uhtho和Boileau也强调了区分纤维组织增生和挛缩的重要性，虽然纤维组织增生涉及整个关节组织，但细胞收缩性蛋白仅见于前关节囊[23]。这些数据表明，患有原发性FS的患者不需要常规进行后关节囊松解。Ha等人[32]于2014年通过蛋白质印迹分析了21例肩袖撕裂、22例肩周炎、20例肩关节不稳患者的肩峰下滑膜和关节滑膜样品中酸敏感离子通道3（ASIC3）的蛋白水平，该研究表明，肩袖撕裂患者和肩周炎患者的ASIC 3表达显着增加。Cho[22]等人最近一项研究中收集了18例原发性肩周炎、18例肩关节不稳患者的滑膜组织和滑液，分别采用逆转录聚合酶链反应和酶联免疫吸附试验检测ASIC1-3的mRNA和蛋白水平，结果显示，肩周炎患者的ASIC1-3 mRNA和蛋白水平显着升高，其中ASIC 3增加最多，表明ASIC可能参与肩周炎的病理过程。

2.2 基质金属蛋白酶

MMPs是锌依赖性蛋白酶，降解结缔组织中的基质[34]。MMPs的合成和活性受金属蛋白酶组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMPs）、细胞因子和生长因子的控制，所以MMPs和TIMPs控制成纤维细胞产生的细胞外基质的重塑。1998年，Hutchinson等人[34]记录了MMP和TIMP可能与FS和掌腱膜挛缩的发病机制有关。TIMP类似物（marimastat）作为抗癌治疗方案应用于胃癌的患者，接受试验的12人中有6人在4个月内发生了双侧肩周炎，3人发生了掌腱膜挛缩，一些研究报道了MMPs和TIMP的异常表达可能导致FS中胶原蛋白重塑失败[14,16,19]。布朗等人[19]使用流式荧光检测技术多重分析以定量成纤维细胞系中MMP和TIMP-1的水平，发现MMP1，2，3和8的产生量在每个组之间是不同的，与FS患者细胞相比，糖尿病FS中的MMP-1产生显着降低；此外，糖尿病FS患者的成纤维细胞与对照组的成纤维细胞进行比较时，可以观察到显着差异；与对照组相比，发现糖尿病FS或FS的MMP-1 / TIMP-1比率显着降低，在任何样品中均未检测到MMP 7, 9, 12和13。他们得出结论，与对照组相比原发性FS产生较少的MMP、MMP/TIMP比率更小，MMP-1产生不足可能反映了局部组织重塑能力的改变。Kanbe等人[16]使用定量免疫组织化学研究了血管和滑膜组织中MMP-3的表达。在Kabbabe等人的研究中[17]发现，与对照组相比，用定量PCR技术检测FS组中的含有血小板反应蛋白基序4（ADAMTS 4）的金属蛋白酶、（i）MMP-3、（ii）去整合素的表达水平增加。徐等人[35]报道遗传因素可能与FS的病因有关，他们研究了MMP-3中的单核苷酸多态性与FS易感性的关系，并得出结论：MMP-3 rs650108变异与中国汉族人群FS易感性增加关系密切。Lubis和Lubis[18]使用酶联免疫吸附实验（ELISA）研究了FS患者和正常受试者中MMPs、TIMPs和TGF-β1的血清水平，FS组MMP-1和MMP-2水平显着降低，而TIMP-1，TIMP-2和TGF-β1水平显着高于对照组，FS组MMP/ TIMP比值远低于对照组。鉴于先前研究的结果，MMP和TIMP的异常表达可能导致FS中胶原蛋白重塑失败，进一步导致肩周炎肩关节纤维化粘连。

2.3 神经和血管因素

神经和血管因素也与肩周炎的发病过程相关，Do Moon G等人[24]记录了FS盂肱关节前上囊组织中神经免疫反应蛋白水平增加，包括生长相关蛋白43（GAP43）、蛋白基因产物9.5（PGP9.5）和神经生长因子受体（P75），这些蛋白质分布在血管周围或成纤维细胞中。Hand等人[5]研究了来自22名FS患者肩袖间隙的活检样本，发现22个样本中有17个神经细胞染色（S100）为阳性。Kanbe等人[16]通过组织学和影像学研究证实了FS滑膜组织中血管分布有所增多，VEGF和CD34免疫染色阳性证明新血管形成是其发病机理中的关键步骤[15,16,24]。一些研究显示，与对照组相比，FS组关节滑膜中CD34的表达更强[15,24]。先前研究的结果表明，盂肱关节囊中的新生支配神经和新生血管是FS关键的发病机制，并且可以解释FS患者严重疼痛的原因。

上述研究表明肩周炎在一种以肩关节滑膜囊增厚和挛缩为特征的纤维增生性疾病[6]。细胞因子如IGF-2、ASIC、TGF-β1、MMP、TIMP、VEGF 和CD34可能参与肩周炎的纤维化改变。它们导致I型和III型胶原蛋白的表达增加，使肩关节滑膜囊挛缩和增厚，减少关节体积，并最终限制肩部运动。

3 其他因素

3.1 代谢紊乱

有文献报道，肩周炎的易患率与糖尿病相关[31]。另一些研究发现，肩周炎也与高脂血症相关，尤其是以全国性人口为基础队列的研究[32]表明，高脂血症是肩周炎的独立危险因素。发现高脂血症对肌腱有不利影响。高胆固醇血症患者的患肩袖疾病风险增加，并增加患继发性肩周炎的可能性。然而，服用羟甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶抑制剂的患者易出现肩部僵硬[36]，其带来的影响是肩周炎的患病可能性随之升高。因此，肩周炎可能与脂肪组织的代谢相关。脂联素能通过p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）高度选择性诱导类风湿性关节炎和骨关节炎（Osteoarthritis, OA）病理生理学中主要介质IL-6、MMP-1和MMP-3的表达增加，表明MAPKs尤其是p38，可能是软骨细胞中脂联素信号传导的重要途径[5,35]。由此，我们推测脂质代谢异常导致肩关节滑膜增生和滑膜囊纤维化。

3.2 机械应激

当人们处在应激状态时，机体通过细胞粘附分子来激活丝裂原活化蛋白（MAP）激酶[36]。MAP激酶可以诱导细胞因子级联反应，如TNF-α或IL-6的表达，从而增强成纤维细胞的增殖[36]。Kanbe等人[16]利用免疫组织化学分析检测FS滑膜中MAP激酶的表达，在肩袖间隙滑膜组织中细胞外信号调节激酶（ERK）和Jun N末端激酶（JNK）表达水平增加，β1-整合素阳性，血管或滑膜组织中的核因子κB（NF-κB）、MMP-3、IL-6和VEGF水平也较高。他们提出，应激可以通过β1整合素转导MAP激酶的细胞信号传导，以改变FS成纤维细胞中的细胞因子和MMP。应激所致细胞因子和MMP的增加导致肩周炎加速纤维化、粘连，与肩关节活动度进行性受限相关。

总之，避免应激可以降低肩周炎的患病率，高脂血症可能是肩周炎的独立危险因素，但目前对此研究极少。一些脂肪因子如脂联素，在OA中具有促炎和分解代谢作用，它们是否与肩周炎有关和HMGCoA抑制剂是否可以用于高脂血症合并肩周炎的患者值得进一步研究。现今已经提出影响MAPK途径可以成为肩周炎治疗新靶点。

4 小结

肩周炎肩关节活动受限的分子生物学研究主要集中在炎症和纤维化的病理过程。目前的分子生物学研究已经在很大程度上证明炎症和纤维化是肩周炎的基本病理变化。细胞因子如IGF-2、ASIC、TGF-β、MMP和TIMP可能参上述过程，特别是TGF-β和MMPs之间的平衡紊乱可能在肩周炎纤维化过程中起非常重要的作用（图1）。

图1 细胞因子及蛋白质对肩周炎的影响Fig.1 Effect of cytokines and proteins on the frozen shoulder

FS的分子生物学研究尚无明确定论，但研究表明细胞因子、生长因子、基质金属蛋白酶和免疫细胞等引起肩关节滑膜的炎症和纤维化，诊断标准、取样时间和研究技术的不同可能会影响试验的结果和结论。为了加强对疾病的进一步认知，需要我们在明确定义的基础上更好地研究这些过程的生物学特征，使用基础标准化方案鉴定炎症相关细胞因子及纤维化相关细胞因子在FS中的作用是必不可少的，这些研究的结果将清楚地阐明FS活动受限的发病机制及其控制机制，并帮助我们找到其新的治疗靶点。