陳斐斐 李哲 李亞楠 韓小康 陳夢晗 董庚 李文雄 楊鋒,*

1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)，陜西 咸陽 712000 2.河南省洛陽正骨醫(yī)院，河南 鄭州 471002 3.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，陜西 咸陽 712000

強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)是一種原發(fā)性、慢性進(jìn)展性疾病，臨床多見于青、壯年男性，其主要病變常首發(fā)自骶髂關(guān)節(jié)，逐漸累及脊柱、中軸骨骼，少數(shù)侵襲四肢大關(guān)節(jié)，后期可累及內(nèi)臟組織，并發(fā)銀屑病和炎性腸病[1]，屬中醫(yī)“大僂”范疇。骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種以骨量減少、骨組織微結(jié)構(gòu)退化為主要特征的代謝性骨病[2]，屬中醫(yī)“痿證”范疇。AS早期即可出現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥，導(dǎo)致椎體骨量的減少，椎體發(fā)生楔形改變[3]，軀干和髖關(guān)節(jié)骨折、“駝背”畸形發(fā)生率也明顯高于正常人群[4]。髖部骨折后1年內(nèi)，各種并發(fā)癥致死亡者達(dá)15%～40%，約60%存活者致殘，需長期依靠護(hù)理，對患者的家庭及社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[5]。有研究分析中醫(yī)證型后發(fā)現(xiàn)，肝腎兩虛證組OP程度明顯高于濕熱痹阻證組，為AS易合并OP提供了客觀臨床依據(jù)[6]。目前國內(nèi)外關(guān)于AS繼發(fā)骨質(zhì)疏松、骨量減少的報道較少。AS引起OP是由多種因素造成的，早期有學(xué)者認(rèn)為是由于脊柱強(qiáng)直后廢用性改變引起的，而近年來相關(guān)研究顯示疾病本身免疫紊亂引起了早期AS患者的骨密度(bone mineral density，BMD)降低[7]，且與AS的持續(xù)活動性有關(guān)，其發(fā)病機(jī)制有待進(jìn)一步深入探討和研究。本文主要從免疫紊亂和激素失調(diào)兩方面總結(jié)AS患者繼發(fā)骨質(zhì)疏松癥的分子機(jī)制。

1 AS免疫紊亂致骨質(zhì)疏松癥

強(qiáng)直性脊柱炎發(fā)生發(fā)展與免疫反應(yīng)密切相關(guān)，免疫系統(tǒng)異常激活、功能紊亂是本病發(fā)生的主要原因。國內(nèi)外報道顯示[8]AS與人類白細(xì)胞相關(guān)抗原(HLA-B27)呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，且HLA-B27陽性率在AS患者中可高達(dá)88%～96%。HLA-B27能干擾抗原呈遞，異常激活CD4+T淋巴細(xì)胞、CD8+T淋巴細(xì)胞[9]，經(jīng)過促炎癥級聯(lián)反應(yīng)，活化巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，促進(jìn)Th17的活化，分泌白細(xì)胞介素17(IL-17)、IL-22、IL-23，刺激多種細(xì)胞如IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等生成，使AS患者發(fā)生自身免疫反應(yīng)。

1.1 免疫因子在AS繼發(fā)OP中的作用

1.1.1IL-17：IL-17是骨免疫學(xué)的關(guān)鍵分子，作為一種有效的破骨細(xì)胞因子，可以增加成骨細(xì)胞和滑膜成纖維細(xì)胞中細(xì)胞核因子κB受體活化因子配體(RANKL)的表達(dá)，增強(qiáng)AS中破骨細(xì)胞的形成和激活，引起骨破壞。Th17細(xì)胞數(shù)量和IL-17濃度在AS患者血清中明顯高于健康者，且與疾病活動程度相關(guān)[10]。IL-17能誘導(dǎo)滑膜巨噬細(xì)胞中TNF-α和IL-1的產(chǎn)生，上調(diào)破骨細(xì)胞發(fā)生而驅(qū)動骨侵蝕[11]。IL-17A是IL-17受體家族的成員，在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，IL-17A促進(jìn)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TRAF6)的高表達(dá)，上調(diào)下游破骨細(xì)胞分化關(guān)鍵因子細(xì)胞癌基因 Fos(c-Fos)、活化T細(xì)胞核因子1(NFATc1)的表達(dá)，誘導(dǎo)小鼠單核巨噬細(xì)胞(RAW264.7細(xì)胞)向成熟破骨細(xì)胞分化[12]。另外，IL-17A可以和TNF-α協(xié)同促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的破骨細(xì)胞形成，增加TNF-α對間充質(zhì)干細(xì)胞骨基質(zhì)形成的作用，并降低TNF-α對骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP2)的抑制作用[12]。對于成骨細(xì)胞，IL-17能夠抑制其活化、增殖及分化，打破骨代謝的平衡，誘導(dǎo)發(fā)生骨質(zhì)丟失。在對大鼠體內(nèi)外成骨的研究中發(fā)現(xiàn)[13]，IL-17的存在顯著降低了體外堿性磷酸酶、骨鈣素和成骨蛋白的表達(dá)，還能顯著抑制大鼠體內(nèi)顱骨缺損的填充。然而，另一項研究發(fā)現(xiàn)[14]IL-17可促進(jìn)小鼠顱骨缺損模型的成骨細(xì)胞分化、骨再生和骨重塑，并且指出這與IL-17受體亞型的差異表達(dá)模式相關(guān)，其促成骨作用可能是通過IL-17RA/IL-17RC復(fù)合物介導(dǎo)，依賴于下游介質(zhì)Act1的表達(dá)發(fā)生的。這與IL-17抑制骨代謝作用相悖，其對成骨細(xì)胞的作用及其分子機(jī)制仍有待探索。

1.1.2IL-23：IL-23是一種異二聚體細(xì)胞因子，由p19和p40亞基構(gòu)成，IL-23的水平不僅在強(qiáng)直性脊椎炎患者的血清/腸道活檢標(biāo)本中升高，在HLA-B27轉(zhuǎn)基因大鼠中也顯著升高[15]。IL-23是在穩(wěn)定IL-17表達(dá)和Th17表型中起關(guān)鍵作用的細(xì)胞因子，可以通過刺激Th17細(xì)胞促進(jìn)關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)破壞[16]。去卵巢后大鼠體內(nèi)骨破壞增強(qiáng)，在使用抗IL-23治療后，ROR-γt和ROR-α的表達(dá)不顯著，TNF-α和RANKL等促破骨細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄水平降低，抑制Th17發(fā)育的負(fù)調(diào)控因子FoxP3、IL-10 mRNA水平升高[17]，提示IL-23能夠通過抑制FoxP3、IL-10 mRNA的表達(dá)來促進(jìn)Th17的活化與增殖，增強(qiáng)RANKL的表達(dá)水平，參與骨吸收的過程。

1.1.3TNF-α：TNF-α作為骨吸收的強(qiáng)力誘導(dǎo)劑，通過調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞早期的增殖與分化，促進(jìn)骨吸收；能夠抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)的成骨分化，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的程序性壞死，抑制骨生長。在去卵巢小鼠(OVX)形成絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的研究中發(fā)現(xiàn)[18]，通過PI3K/AKT信號通路，TNF-α可以上調(diào)P2X7基因和相關(guān)蛋白的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)骨吸收作用。TNF-α也可通過激活下游MAPKs磷酸化直接影響骨細(xì)胞RANKL的表達(dá)，并誘導(dǎo)骨細(xì)胞在體內(nèi)和體外的破骨能力[19]。Semaphorin (Sema)家族蛋白是細(xì)胞分泌的膜結(jié)合糖蛋白，TNF-α能通過Wnt/β-catenin信號通路抑制Sema3B，從而抑制間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)的成骨分化[20]。Sema3D在TNF-α誘導(dǎo)的體內(nèi)和體外破骨細(xì)胞發(fā)生中顯著上調(diào)，TNF-α通過激活JNK信號通路增加Sema3D的表達(dá)以促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[21]。在OVX大鼠PMOP模型中[22]，模型組的TNF-α陽性細(xì)胞百分率、受體相互作用蛋白1(RIP1)和RIP3陽性細(xì)胞百分率明顯高于假手術(shù)對照組，應(yīng)用程序性壞死特異性抑制劑necrostatin-1(Nec-1)治療OVX大鼠后，RIP1陽性率明顯下降，壞死樣骨細(xì)胞在骨組織中消失，表明上調(diào)TNF-α的表達(dá)能促使骨細(xì)胞發(fā)生程序性壞死，而Nec-1可能阻抑TNF-α的效應(yīng)。另有研究表明[23]，TNF-α抑制成骨細(xì)胞增殖的效應(yīng)是通過降低成骨細(xì)胞的RIP3、MLKL蛋白表達(dá)來實現(xiàn)的，使成骨細(xì)胞發(fā)生了程序性壞死。在臨床上，聯(lián)合重組人Ⅱ型腫瘤壞死因子受體-抗體融合蛋白治療活動性AS繼發(fā)OP可有效控制炎癥，抑制破骨細(xì)胞活性，提升BMD，顯著改善癥狀[24]。

1.1.4維生素D：AS患者血清維生素D水平顯著降低，低維生素D濃度與較高的疾病活動性、有限的脊柱活動顯著相關(guān)，與骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物CTX-1、ALP、bALP呈顯著負(fù)相關(guān)[25]。維生素D是調(diào)節(jié)機(jī)體鈣磷代謝的重要物質(zhì)，能夠升高血鈣和血磷，在骨質(zhì)礦化和骨形成中發(fā)揮重要作用，利于機(jī)體的細(xì)胞代謝和骨骼代謝。在人體內(nèi)，維生素D的活性形式1,25(HO)2D3主要負(fù)責(zé)維持鈣穩(wěn)態(tài)，作用依賴于結(jié)合特定的類固醇受體與轉(zhuǎn)錄因子的活性，維生素D受體復(fù)合物通過激活或抑制靶基因的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)積極參與骨代謝和維持鈣穩(wěn)態(tài)的蛋白質(zhì)的合成[26]。維生素D除了促鈣吸收作用外，還具有基本的免疫調(diào)節(jié)作用，能抑制Th1和Th17細(xì)胞的活性，從而減少促炎因子的產(chǎn)生，還能激活Th2和Treg細(xì)胞，增加抗炎反應(yīng)[27]。實驗發(fā)現(xiàn)[28]，維生素D3通過影響AS患者血清誘導(dǎo)的M2單核巨噬細(xì)胞的極化，發(fā)揮Th2細(xì)胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)作用，在AS繼發(fā)OP的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。

1.2 免疫疾病在AS繼發(fā)OP中的作用

炎性腸病(IBD)是AS患者常見的并發(fā)癥，其發(fā)病率可達(dá)7%，克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎在AS患者中多見[29]，鏡下可見腸內(nèi)炎癥征象。研究發(fā)現(xiàn)HLA-B27轉(zhuǎn)基因大鼠的關(guān)節(jié)炎和炎癥性結(jié)腸炎特征表現(xiàn)在無菌條件下培養(yǎng)后得到改善[30]，表明腸道和關(guān)節(jié)炎病變過程取決于進(jìn)入胃腸道的細(xì)菌的存在。AS患者腸道中乳酸桿菌常減少，腸道菌群發(fā)生改變[31]，腸道菌群失調(diào)可以驅(qū)動局部免疫反應(yīng)，IL-17/IL-22/IL-23軸過度激活，可能進(jìn)一步產(chǎn)生涉及遠(yuǎn)端部位的慢性炎癥，引起骨質(zhì)流失。隨著IBD的發(fā)生，AS患者常伴有鈣吸收不良，腸道炎癥和生物功能障礙是其可能原因。實驗表明，干擾素-γ(IFN -γ)可下調(diào)l型結(jié)腸鈣通道的表達(dá)[32]，炎癥可能會全面抑制十二指腸上皮中鈣結(jié)合素和其他鈣轉(zhuǎn)運體的表達(dá)，從而影響鈣的吸收。此外，在伴有IBD的AS患者中，IBD并發(fā)的低鎂血癥、乳糖不耐受和糖皮質(zhì)激素的使用，會降低腸內(nèi)微量元素鋅、銅、硒、鐵、鎘、硅、氟的吸收，養(yǎng)分吸收減少，骨礦化不足，骨密度減低[33]。炎性腸病導(dǎo)致鈣、維生素D以及微量元素吸收不良，這可能是AS患者繼發(fā)OP的又一機(jī)制。

1.3 免疫紊亂相關(guān)信號通路

1.3.1OPG/RANKL/RANK信號通路：在AS早期，IL-1、IL-6、IL-17、TNF-α等可刺激成骨細(xì)胞表達(dá)RANKL，RANKL與破骨細(xì)胞或破骨前體細(xì)胞表面的RANK相結(jié)合，RANK在細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)首先通過與TRAFs的直接相互作用來介導(dǎo)[34]，RANK與TRAFs1、2、3、5在細(xì)胞質(zhì)尾部膜遠(yuǎn)端區(qū)域發(fā)生作用，與TRAF6在不同的膜近端結(jié)合基序相互作用[35]，激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)，應(yīng)答RANK信號的典型NF-κB通路[36]。核轉(zhuǎn)錄因子NF-кB將信號傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，提高c-Fos的表達(dá)水平，刺激信號的進(jìn)一步轉(zhuǎn)運由c-Fos與活化的T細(xì)胞核因子結(jié)合來實現(xiàn)，使破骨細(xì)胞生成相關(guān)的特異性基因開始發(fā)生轉(zhuǎn)錄，激活破骨前體細(xì)胞，分化為成熟的破骨細(xì)胞，引起骨吸收的增強(qiáng)，導(dǎo)致骨質(zhì)流失[31,37]。研究發(fā)現(xiàn)，活動期AS患者OPG水平降低，RANKL水平升高，OPG/RANKL減少，骨密度降低[38]，而OPG能通過Ca-p38-MAPK信號通路和Fas/FasL途徑，阻滯RANKL與RANK結(jié)合，抑制破骨前體細(xì)胞分化，調(diào)控破骨細(xì)胞功能，還能與TNF相關(guān)性細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)結(jié)合，使TRAIL誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡作用受到抑制[39]，表明AS患者骨密度降低與炎癥反應(yīng)有關(guān)。

1.3.2Wnt/β-catenin信號通路：AS患者體內(nèi)炎性因子對于成骨細(xì)胞的作用，是通過Wnt/β-catenin信號通路發(fā)生的，經(jīng)典Wnt信號通路通過調(diào)控β-catenin的表達(dá)及其亞細(xì)胞定位發(fā)揮促成骨作用[40]。在細(xì)胞表面，Wnt蛋白與卷曲受體和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5或6 (LRP5/6)結(jié)合，使糖原合成酶激酶3β(GSK3β)發(fā)生磷酸化，也可以同時與七通道跨膜G蛋白偶聯(lián)受體(frizzled，F(xiàn)zd)形成雙受體復(fù)合物，經(jīng)過信號傳遞，β-catenin從其蛋白復(fù)合物中分離，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，激活β-catenin信號[41]。在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，β-catenin大量聚集，與T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子/淋巴樣增強(qiáng)因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF)結(jié)合成復(fù)合體，進(jìn)入到細(xì)胞核內(nèi)，啟動與成骨細(xì)胞增殖分化相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，從而促進(jìn)骨形成[42]。研究發(fā)現(xiàn)，AS患者血清骨代謝負(fù)調(diào)控因子骨硬化蛋白(sclerostin，SOST)、dickkopf相關(guān)蛋白(DKK-1)表達(dá)水平增高[43]，因此筆者推測，AS患者體內(nèi)因炎癥升高的IL-17、IL-22、IL-23和TNF-α等能上調(diào)SOST、DKK-1的表達(dá)水平，從而抑制Wnt通路和BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，使骨形成減少，骨丟失增加[44]，導(dǎo)致OP的發(fā)生。

2 AS患者激素失調(diào)致骨質(zhì)疏松癥

強(qiáng)直性脊柱炎患者骨密度和激素水平會有不同程度的改變，二者具有相關(guān)性，甲狀旁腺激素(PTH)和糖皮質(zhì)激素(GC)常致AS患者骨代謝紊亂，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥。

2.1 甲狀旁腺激素

AS患者PTH水平較健康者常降低，且AS合并OP患者PTH水平下降更為顯著[45]。PTH作為血鈣、血磷水平的重要調(diào)節(jié)因子，體內(nèi)含量不足致Wnt信號通路與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)PERK-eIF2α-ATF4信號通路激活減少，多種骨形成關(guān)鍵基因表達(dá)減弱，抑制成骨細(xì)胞釋放骨生長因子，減少骨量，降低骨密度，抑制骨形成[46-47]。Giovanni Orsolini等[48]研究發(fā)現(xiàn)，AS患者DKK-1的血清水平明顯高于健康對照組，且認(rèn)為與PTH血清水平呈正相關(guān)。DKK-1作為Wnt信號的抑制劑，不僅可抑制Wnt，還可增強(qiáng)RANKL/RANK信號[49]，而且持續(xù)的PTH信號亦可增加RANKL/RANK通路的活性，增加AS患者體內(nèi)破骨細(xì)胞的發(fā)生，促進(jìn)骨吸收。

2.2 糖皮質(zhì)激素

在AS患者的治療中使用GC，可以快速減輕脊柱疼痛癥狀，控制炎癥發(fā)展，改善生活質(zhì)量[50]，但糖皮質(zhì)激素過多會抑制成骨細(xì)胞功能，導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥(glucocorti- coid-induced osteoporosis，GIOP)。GC可以通過抑制成骨細(xì)胞Wnt16的表達(dá)，同時增加硬化蛋白和其他通路抑制劑的表達(dá)，直接作用于Wnt/β-catenin信號通路，使成骨細(xì)胞生成減少[51]。GC對Notch通路也有作用，Notch受體和Delta-like(Dll)與Jagged (Jag)家族的同源配體是單通道跨膜蛋白，在相鄰細(xì)胞之間傳遞信號，受體-配體相互作用導(dǎo)致Notch通路的分裂和其細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(NICD)的釋放，后者易位到細(xì)胞核并與免疫球蛋白卡帕J區(qū)(RBPJ)重組信號結(jié)合蛋白的DNA相關(guān)蛋白結(jié)合，從而形成一個活躍的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，誘導(dǎo)編碼轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)的靶基因Hey1、Hey2和HeyL[52]。GC通過增強(qiáng)Notch受體表達(dá)，使轉(zhuǎn)錄因子Hes、Hey表達(dá)增加，導(dǎo)致成骨細(xì)胞功能受損和骨形成減少[53]。此外，GC能升高Bax/Bcl-2比值，降低自噬相關(guān)標(biāo)志物Becn1、Atg5、LC3Ⅱ的表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞凋亡并抑制自噬，引起骨質(zhì)疏松[54]。對于破骨細(xì)胞，GC除了通過增加RANKL/OPG比值來增加破骨細(xì)胞的生成和骨吸收外，也可以直接抑制其凋亡，還能直接通過激活破骨細(xì)胞祖細(xì)胞中的二聚糖皮質(zhì)激素受體增強(qiáng)其骨吸收活性[55]。

3 結(jié)語

AS屬于自身免疫性疾病，免疫系統(tǒng)紊亂，激素失調(diào)，產(chǎn)生的細(xì)胞因子啟動多種信號通路后，對其進(jìn)行正向調(diào)控與負(fù)向調(diào)控，如Wnt通路介導(dǎo)成骨細(xì)胞的增值與分化來促進(jìn)成骨，RANK通路介導(dǎo)破骨細(xì)胞的生成和功能來增強(qiáng)骨吸收，使得破骨細(xì)胞活性異?；钴S，成骨細(xì)胞活躍不明顯，骨破壞多于骨形成，致使骨代謝紊亂，引起骨質(zhì)疏松癥。AS繼發(fā)OP患者發(fā)生骨折的情況普遍存在，臨床發(fā)病率高，AS與OP癥狀都可表現(xiàn)為腰骶部疼痛，容易混淆，而AS患者少有檢測骨密度者，致使AS繼發(fā)OP人群就診率很低，故AS早期診療過程積極配合抗骨質(zhì)疏松治療對提高患者生命質(zhì)量與改善預(yù)后有重要意義，應(yīng)該引起臨床工作者的重視。然而，AS繼發(fā)OP的機(jī)制非常復(fù)雜，對相關(guān)信號通路和通路間相互作用的研究并不完全，確切的發(fā)病機(jī)制還需探索。深入研究AS繼發(fā)OP相關(guān)分子信號通路上的作用靶點，有助于進(jìn)行疾病的靶向治療，這可能成為防治AS繼發(fā)OP的有效途徑。