免疫調節在骨質疏松癥中的研究進展

李文艷(綜述)，徐玉善，李　紅(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院內分泌一科，昆明 650000)

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免疫調節在骨質疏松癥中的研究進展

李文艷(綜述)，徐玉善※，李紅(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院內分泌一科，昆明 650000)

摘要：骨質疏松癥的原因包括內分泌因素、營養狀況、遺傳因素、物理因素、免疫因素等。近年來研究表明,免疫系統和骨骼系統之間存在密切聯系,免疫細胞和骨細胞都處于骨骼腔的微環境中,它們共享有很多調節分子,包括細胞因子及其受體、信號分子和轉錄因子等。免疫細胞能分泌大量細胞因子，可以促進破骨細胞的數量增多、活性增強,骨質吸收增加。該文就調節性T細胞、白細胞介素17、輔助性T細胞17等細胞因子在骨質疏松中的作用進展作一綜述，以期進一步闡述免疫調節在骨質疏松癥的發生、發展中的作用。

關鍵詞：骨質疏松癥；免疫系統；破骨細胞；調節性T細胞

骨質疏松癥是由于多種原因導致的骨密度和骨質量下降，骨微結構破壞，造成骨脆性增加，從而容易發生骨折的全身性骨病。其病理過程主要為骨重建過程中骨吸收和骨形成失衡。破骨細胞、成骨細胞是骨組織進行代謝的基本的功能細胞，分別具有骨吸收和骨形成的功能，其分化成熟、凋亡都直接影響骨代謝的動態平衡，破骨細胞和成骨細胞分化成熟或者凋亡的障礙都會導致骨代謝平衡失調。

骨重建和免疫系統存在著相互調節的作用，免疫系統的異常激活可以改變成骨細胞、破骨細胞之間的耦聯平衡，從而影響骨重建的失衡而導致骨質疏松[1-2]。同時，免疫細胞產生的細胞因子可通過相應的受體，信號轉導通路，轉錄因子影響破骨細胞的功能。實驗動物模型研究結果及人類自身免疫性疾病的觀察都支持這一理論[3-4]。

調節性T細胞(regulatory T cells，Tregs)是一群T細胞亞群，在免疫系統中擁有免疫抑的制作用，它在骨代謝中對破骨細胞起著負調控的作用。免疫系統和骨骼系統共享很多共同的調節因子，如巨噬細胞集落刺激因子、核因子κB受體活化因子(ligand of receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)、Tregs、白細胞介素(interleukin,IL)1、IL-6、IL-4、IL-10、IL-12、IL-13、IL-18、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等。其中巨噬細胞集落刺激因子和核因子κB受體活化因子配基(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)在破骨細胞的分化、增殖、活化以及存活等生理過程中發揮著非常重要的作用[5]。也有研究證實，IL-1、IL-7、IL-17等在破骨細胞的增殖、分化、活化過程中發揮著正調控的作用[6]。除了對破骨細胞正調控的免疫分子外，也存在負調控的免疫細胞，如IL-4、IL-10、IL-12、IL-13、IL-18等。現對Tregs與IL-17-輔助性T細胞17(T help cell 17,Th17)等多種細胞因子在骨質疏松中的作用進行綜述，以進一步闡述免疫調節在骨質疏松癥發生、發展中的作用。

1Tregs與骨質疏松癥

1.1Tregs的分類及功能Tregs是一類可以調節多種免疫細胞功能的T細胞亞型,其正常的生理功能對體內免疫穩態的維持是必不可少的。Tregs可以分為很多亞型,其中比較重要的也是目前研究最多的是天然產生的自然調節性T細胞(nTreg)及誘導產生的適應性調節性T細胞(aTreg或iTreg)。

nTreg主要有CD4+CD25+。CD4+CD25+除了表達CD4、CD25分子，還表達轉錄因子Foxp3，這也是它的特征。Foxp3不但可以作為CD4+CD25+調節性T細胞的標志性分子，而且是決定CD4+CD25+調節性T細胞功能的較關鍵因子。Foxp3+調節性T細胞(Foxp3+Tregs)屬于T淋巴細胞中表達CD4、CD25及轉錄因子Foxp3的一類T細胞亞型,其正常功能對于人體免疫穩態的動態調節必不可少[7]。

適應性調節性T細胞(aTreg或iTreg)是由外周幼稚T細胞在抗原或細胞因子的誘導下發育而成的，主要包括Tr1、Th3，分泌IL-10、轉化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)來發揮免疫抑制作用。

1.2Tregs對破骨細胞的抑制破骨細胞是唯一吸收骨的細胞，其作用的增強取決于骨損失的病理炎癥條件。破骨細胞的增加可以導致骨質疏松等溶骨性疾病，進一步研究破骨細胞的調控機制非常重要。破骨細胞主要來源于造血干細胞，它的分化、發育涉及很多種調控機制，主要受RANK的調控，同時由多種轉錄因子協同調節其生物學行為。

骨保護素(osteoprotegerin，OPG)是破骨細胞形成的負調節因子，通過抑制破骨細胞前體細胞的分化[8]，誘導破骨細胞的凋亡，并且OPG還能與RANK競爭性地結合RANKL[9]，從而抑制破骨細胞的分化。OPG的減少和RANKL的增加有利于破骨細胞的分化和活化，促進骨量丟失[10]。但是，隨著年齡的逐漸增加，OPG合成逐漸減少，RANKL表達升高，骨質疏松的發生也相應增加[11]。T細胞是雌激素缺乏后骨損失的關鍵誘導劑，主要是因為T細胞產生的TNF-α水平增加，從而增加破骨細胞形成[12-14]。

Tregs對破骨細胞有抑制作用[15-17]。研究表明[18]，在生理和病理骨重建過程中，Tregs可以控制體內骨吸收，能保持骨量，減少骨質疏松的發生。Zaiss等[19]研究表明，Tregs抑制RANKL和巨噬細胞集落刺激因子調控的破骨細胞形成，且這一抑制作用呈劑量依賴性。Zaiss等[18]對Foxp3的轉基因小鼠(Tg)與它們的野生型(WT)骨中的參數進行比較，對卵巢切除術后Foxp3的-Tg小鼠骨質疏松癥的骨參數及RAG-1-/-小鼠的骨頭分離的CD4+CD25+T細胞進行了分析，并且將Foxp3的-Tg小鼠和野生型小鼠分離的CD4+CD25+T細胞和CD4+T細胞與單核細胞共同培養，以確定它們在體外抑制破骨細胞的能力，結果Foxp3的-TG小鼠骨量較高。骨量的增加是體內破骨細胞分化的受損和骨吸收較少的結果；而骨形成沒有受到影響，將CD4+CD25+T細胞轉移到T細胞缺陷的RAG-1-/-小鼠后也出現骨量增加，表明Tregs不需要通過其他T細胞譜系的作用而直接影響骨骼平衡[18]。研究表明，Tregs源性的TGF-β1和IL-10對破骨細胞的分化以及骨吸收具有抑制作用[16]。研究顯示，TGF-β對于破骨細胞起著雙向調節的作用，在成骨細胞中它可以下調RANKL的表達，然而在T細胞中則可以上調RANKL的表達[20-21]。Zaiss等[22]將Foxp3轉基因小鼠的骨髓細胞輸入TNF轉基因小鼠的體內，結果幾乎完全阻斷了TNF轉基因小鼠骨質的破壞；相反，來源于Foxp3基因剔除小鼠的骨髓細胞卻加快了TNF轉基因小鼠骨質的破壞，作用機制是Tregs對破骨細胞的生成發揮了直接抑制的作用。

以上研究都表明，Tregs通過負反饋抑制破骨細胞的形成及分化，在骨代謝平衡中發揮著至關重要的作用，Tregs數量、功能的改變均可影響骨代謝的動態平衡：Tregs作用增強時可以抑制破骨細胞的形成及分化，從而減少骨吸收，減少骨質疏松的發生，反之亦然。

2細胞因子與骨質疏松癥

2.1IL-17-Th17與骨組織疏松癥Th17和Tregs是被廣泛研究的兩種具有相反作用的淋巴細胞亞群。研究顯示，T細胞產生細胞因子不能根據Th1、Th2的系統分類[23-25]。T細胞不產生干擾素γ或IL-4，而是有選擇性產生IL-17，命名為Th17[26]。這些T細胞構成一個獨特的譜系，Th17細胞是除了Th1和Th2[27]以外的第三類型的輔助性T細胞。Th17產生IL-17，而后者在膠原誘導下可促進骨損失。Deselm等[28]認為在雌激素缺乏的骨質疏松小鼠中IL-17可介導骨量的丟失。有研究表明，IL-17-Th17的成員可促進骨質流失，有利于破骨細胞的產生和抑制成骨細胞分化，且其作用是根據雌激素的負調控作用；利用重組抗體對IL-17的抑制作用可以治療絕經后骨質疏松癥[29]。在小鼠骨髓細胞中，E2抑制IL-17介導的破骨細胞分化。IL-17抑制成骨細胞礦化結節的形成，而反過來又被E2抑制。E2缺乏導致Th17的分化以及信號轉導因子和轉錄激活因子3、維甲酸相關孤核受體γT、維甲酸相關孤核受體α的上調和Foxp3的下調，后者可拮抗Th17分化。

IL-17被證明是炎癥性關節炎和其他影響骨的疾病的介體[23]。在2型糖尿病中，IL-17可以介導骨質流失[30]。Kocic等[31]和Huang等[32]研究表明，IL-17對成骨細胞的分化具有積極的作用。Won等[30]研究表明，2型糖尿病的多基因遺傳模型可導致骨骼畸形的自發發展，與骨質疏松性相似。這些發現對使用IL-17的藥理阻滯劑以及限定該細胞因子的體內生物學效應具有重要的影響。

2.2TGF-β1與骨質疏松癥TGF-β1是免疫調節細胞因子，它調節免疫細胞的增殖、存活、分化和遷移。免疫和骨骼系統之間有著強烈的關聯，TGF-β1在骨骼組織發展和維持中起著關鍵的作用[33]。成骨細胞是負責骨形成的單核細胞。TGF-β1在骨形成中的多種作用已得到廣泛認可，如TGF-β1能促進成骨細胞的增殖，抑制成骨細胞的凋亡。另一方面，TGF-β1可以抑制成骨細胞增殖和礦化的后期階段。已有報道，TGF-β受體Ⅰ、Ⅱ在鼠科、大鼠和人類成骨細胞分化過程中的表達均下降，這可能意味著成骨細胞在其分化的晚期對TGF-β1比較不敏感[33]。骨基質蛋白是TGF-β超家族成員，它在后期階段有正調控作用，因此TGF-β1與骨基質蛋白共同調節成骨細胞的分化。侏儒相關轉錄因子2(Runx2)，也被稱為核心結合因子亞基α-1，是一種DNA結合轉錄因子，在特定成骨細胞譜系中很重要[34]。研究表明，Runx2是骨形成的主轉錄因子，它受TGF-β1和骨基質蛋白2的調節。在間充質干細胞向成骨細胞祖細胞分化階段，Runx2抑制間充質干細胞分化為成骨細胞以外的細胞類型，在成骨細胞祖細胞向成骨細胞分化階段，TGF-β1誘導Runx2的表達，兩者相互作用及β聯蛋白信號可促進祖細胞向成骨細胞分化[35]。Smad3基因可以被TGF-β1激活，并通過Runx2的敏感元素與Runx2產生相互作用，抑制Runx2的表達。Runx2能防止成熟的成骨細胞向骨細胞分化，并使它們保持在休眠狀態。因此，TGF-β1可通過在成骨細胞中下調Runx2而促進骨細胞的發展[36]。上述研究表明，TGF-β1可微調成骨細胞分化。

TGF-β1在破骨細胞形成和骨吸收中的作用是非常復雜和有爭議的。很顯然，TGF-β1介導破骨細胞的功能，如它們的成熟、凋亡，及破骨細胞前體從脾或骨髓的募集[37]。研究表明，TGF-β1對破骨細胞成熟有雙向作用[38]。當TGF-β1被添加到RANKL和巨噬細胞集落刺激因子培養液中，它能誘導破骨細胞的造血前體和其他破骨細胞前體。TGF-β1在破骨細胞前體中能觸發核因子κB的表達及其受體的激活，RANKL-RANK的相互作用對于生存期延長、增強破骨細胞前體向破骨細胞分化是非常重要的。另一方面，當破骨細胞前體與成骨細胞共同進行培養時，破骨細胞的活化就被減弱了，特別是當它們被高濃度的TGF-β1(1～10 μg/L)刺激時尤為明顯，而低濃度的TGF-β1(1～10 ng/L)促進破骨細胞的成熟[38]。

3結語

當前對骨質疏松癥發病機制的研究很多，而骨質疏松癥的免疫調節作為新的研究熱點，為骨質疏松癥發病機制的探索提供了新的思路。已知免疫細胞和骨細胞都處于共同的微環境骨骼腔內,它們共享多種調節分子,而很多細胞因子都在骨代謝過程中，尤其是成骨細胞和破骨細胞的增殖、分化、活化過程中起著非常重要的作用。但這些細胞因子的具體作用機制仍未得出無可爭議的結論，而且還有很多細胞因子在骨代謝過程中的作用仍不明確。此外，是否能夠通過免疫調節預防骨質疏松癥，免疫治療是否能成為骨質疏松癥新的治療方式等一系列問題，仍有待更加深入的研究來回答。隨著研究的不斷深入，對骨質疏松癥的免疫調節機制的認識將不斷完善，改善免疫調節的異常可能成為治療骨質疏松的新靶點及新途徑。

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The Research Progress of Immunomodulatory in OsteoporosisLIWen-yan,XUYu-shan,LIHong.(DepartmentOneofEndocrinology,theFirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650000,China)

Abstract：There were several causes,such as endocrine factors,nutritional situation,genetic factors,physical factors,and immune factors for osteoporosis.In recent years,studies have shown that there is a close link between the immune system and the skeletal system.Immune cells and bone cells are in the same bone microenvironment,and they share many common regulatory molecules,including cytokines and their receptors, signaling molecules and transcription factors. Immune cells can secrete large amount of cytokines which can promote the increasing of number and activity of osteoclasts,and can enhance the resorption of bone.Here is to make a review of the role of cytokines in the osteoporosis, such as regulatory T cells,IL-17,Th17,and further elaborate the effect of immunomodulatory on the development of osteoporosis.

Key words:Osteoporosis; Immune system; Osteoclasts; Regulatory T cells

收稿日期：2013-10-28修回日期：2014-06-19編輯：伊姍

基金項目：云南省衛生科技項目(2010NS037)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.02.008

中圖分類號：R274

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)02-0213-04