腫瘤壞死因子α在痛風性關節炎發病機制中的作用研究進展

朱克強 王晨 惠曉艷 張芳

痛風性關節炎（GA）是過飽和的尿酸鹽從血液或滑膜液中析出，形成結晶后沉積于關節滑囊、滑膜、軟骨及其他組織中，進而引起白細胞趨化募集并釋放多種炎性介質導致局部炎癥反應的一種代謝性風濕病[1]。全球范圍內GA的發病率呈逐年上升趨勢，且發病年齡趨于低齡化[2]。GA反復發作可引起關節破壞畸形，并形成痛風石，部分患者合并發生痛風性腎病。

與其他炎性關節病類似，GA的發病機制涉及大量炎癥因子的釋放，其中包括腫瘤壞死因子α（TNF-α）[3-4]。TNF-α是相對分子質量為17 000（Mr17K）的非糖基化蛋白，主要由巨噬細胞、單核細胞、自然殺傷細胞、T細胞、B細胞等細胞產生，是一個非螺旋、富含折疊體的多肽，通過與靶細胞上的受體結合啟動信號轉導通路，從而誘導炎癥、激活血管內皮、協調免疫細胞的組織募集并促進組織破壞[5-6]。同時TNF-α又可促進蛋白水解酶和氧自由基的釋放，加速炎癥進展[7]。研究發現，GA患者的血清中可檢測到高水平的TNF-α，TNF-α在GA的發病機制中發揮了重要作用[8]。本文就TNF-α在GA發病機制中的作用研究進展作一綜述。

1 TNF-α誘導白細胞介素1（IL-1）活化及炎癥的發生

IL-1是體內作用最強的炎癥介質之一，參與了許多炎癥性疾病的發病過程[9]。IL-1β是IL-1的主要分泌形式，由巨噬細胞、單核細胞、樹突狀細胞等免疫細胞產生，不具有生物活性，是IL-1家族中行使生物學功能的主要炎性因子[10]。IL-1β的活化依賴于具有活性的半胱天冬酶-1（caspase-1）水解切割，裂解成IL-1β的活性p17形式，從細胞中分泌出來[11]。在GA的發病機制中，TNF-α可引發中性粒細胞（PMN）響應單鈉尿酸鹽（MSU）刺激并分泌活性caspase-1，進而促進IL-1的裂解、活化[12]，引起血管擴張并導致單核細胞和吞噬細胞的募集，從而參與炎癥進程[13]。Tran等[14]研究發現，GA患者血清中可檢測到高水平的IL-1β。Amaral等[15]研究發現，實驗組小鼠關節腔內注射MSU晶體后，相對于對照組小鼠（關節腔內注射0.9%氯化鈉溶液），關節周圍組織中檢測到的IL-1β蛋白表達量明顯升高；當阻斷TNF-α后，實驗組小鼠關節腔內檢測到的IL-1β蛋白表達量明顯下降，表明TNF-α與IL-1β的產生相關。Yokose等[12]研究發現，MSU刺激不會誘導人PMN中的pro-IL-1β mRNA表達，而TNF-α具有上述作用，在加入TNF-α的PMN培養環境中，MSU刺激會誘導IL-1β和IL-18分泌水平的顯著提高。這些研究結果說明，在GA的發病機制中，TNF-α參與了pro-IL-1β mRNA的表達及IL-1β的產生。

2 TNF-α增強白細胞介素6（IL-6）介導的炎癥反應

IL-6是一種多功能細胞因子，不僅能引起炎癥急性期反應，還會引發特定細胞和體液免疫應答的發展，包括終末期B細胞分化、免疫球蛋白分泌和T細胞活化，其在GA急性期呈明顯高表達[16-17]。Tsai等[18]研究發現，GA患者血漿中IL-6水平顯著高于健康人群。Cavalcanti等[19]研究發現，IL-6與痛風石、關節畸形的存在相關，并且可能是GA的疾病預后指標。近期研究發現，內源性TNF-α可增強IL-6的介導，延長核因子κB（NF-κB）抑制蛋白 z（IκBz）共激活因子的合成，并維持IL-6調節區的增強子結合蛋白β（C/EBPβ）募集和組蛋白乙酰化，從而促進活化的人PMN表達IL-6。上述研究結果說明TNF-α參與了IL-6的產生、活化及相關炎癥進程[20]。

3 TNF-α激活NF-κB信號通路

NF-κB是細胞內重要的轉錄因子，對細胞的存活及凋亡有著極其重要的調控作用[21]。在GA的發病機制中，活化的NF-κB能啟動和調節眾多與炎癥免疫反應有關的炎癥介質、黏附分子和酶等基因表達，如TNF-α、IL-1β 等[13，22]。NF-κB 的信號轉導分為“經典”和“非經典”兩種途徑，而TNF家族主要參與經典NF-κB信號轉導途徑的調節。以TNF受體1（TNFR1）的TNF連接引起的 NF-κB抑制蛋白 α（IκBα）的誘導性降解為代表，可溶性腫瘤壞死因子（sTNF）與TNFR1的結合可導致NF-κB的激活，而NF-κB的激活又是TNFR1信號傳導中的關鍵事件，可誘導炎性基因的表達[21，23]。有研究表明，TNF-α和IL-1β的過表達可以直接激活NF-κB通路，而激活的NF-κB通路可進一步刺激促炎細胞因子的產生，引起炎癥反應[24]。同時TNF-α可借啟動NF-κB轉錄因子的信號通路和蛋白酶通路，刺激單核巨噬細胞分泌白細胞介素-8（IL-8）、IL-6等炎性因子，進而誘發或加重炎癥進程[7]。

4 TNF-α與PMN的相互作用

TNF-α作為一種主要的前炎癥因子，亦是重要的炎性趨化因子和激活因子，由單核巨噬細胞分泌，能激活磷脂酶A2并促進花生四烯栓酸分解，同時亦能激活白細胞表面黏附分子，促進血管內皮細胞（VEC）與白細胞之間的黏附，增加PMN和VEC的黏附，進而破壞VEC的完整性。Arokiasamy等[25]在小鼠動物實驗研究中發現，在炎癥發展過程中，TNF-α釋放于組織中既控制PMN在通過淋巴管內皮時的遷移，又控制其在管腔的爬行。而PMN具有合成和釋放TNF-α作用，由此形成惡性循環，加重組織損傷和炎性反應[26-27]。Amaral等[15]在GA動物模型實驗中發現TNF-α對PMN的募集、浸潤及CXC型趨化因子配體1（CXCL1）的產生有著不可替代的作用。經基因敲除后體內缺乏TNF-α的小鼠，在關節腔內注射MSU晶體后，很少有PMN募集到關節腔，且在關節腔內PMN募集減少的同時關節中CXCL1水平也降低。CXCL1是與PMN相關的主要趨化因子，具有促進PMN在關節周圍組織中的募集的作用。

5 TNF-α與骨侵蝕

GA進入慢性期，以痛風石形成、骨破壞為病理特征。骨破壞的機制與成骨細胞/破骨細胞功能失衡有關。NF-κB受體活化因子配體（RANKL）在GA的骨破壞發病機制中發揮了重要的作用[28]。RANKL是一種可溶性細胞因子，可由成骨細胞、骨基質細胞、滑膜纖維母細胞以及活性T細胞等產生[29]。其受體RANK主要表達于破骨細胞前體以及破骨細胞上，與RANKL結合后激活下游的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、NF-κB等信號通路，是破骨細胞分化、成熟和存活的核心信號通路。Lee等[30]證實MSU晶體可激活外周T細胞，產生RANKL，是痛風石中RANKL的重要來源；當關節液中缺乏T細胞時，即使存在巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）和RANKL的誘導，滑膜單核細胞卻無法分化為破骨細胞。Weitzmann[31]亦論述了在炎癥等病理條件下，活化的T細胞和B細胞可分泌大量的RANKL，從而促進破骨細胞生成，破壞基礎骨穩態并導致骨質流失。上述研究說明，在GA的骨破壞病程中，T細胞是誘導破骨細胞分化不可或缺的細胞[32]。而TNF-α參與了T細胞的激活。Mehta等[33]研究發現，在T細胞受體（TCR）與配體結合誘導信號進入細胞膜，繼而引發TCR識別抗原過程的早期階段，TNF-α能夠增強CD4+T和CD8+T細胞的TCR依賴性激活，提高T細胞的增殖水平和相關細胞因子的表達，因此TNF-α可以作為T細胞的共刺激分子，參與RANKL促破骨細胞分化。TNF-α與RANKL聯合可顯著刺激破骨細胞的分化并且正向調節破骨細胞的mRNA標志物的表達[34]，同時TNF-α和RANKL又可抑制成骨細胞增殖[35]。Feng等[36]認為，TNF-α可協同IL-1、IL-6在體外誘導和加速RANKL信號傳導，誘導破骨細胞的分化形成。體外研究發現，人體的滑膜細胞和表皮成纖維細胞在受到TNF-α刺激后可分泌產生膠原和地諾前列酮，可抑制骨形成、誘導骨吸收，同時亦抑制軟骨移植物內的生物合成并促進蛋白多糖的吸收[37]。上述研究結果說明，TNF-α參與了GA慢性期的骨質破壞，在眾多骨破壞的環節中發揮了不可替代的作用。

6 小結

GA發病機制的特點在于多種炎性細胞或因子的共同參與，TNF-α作為一種重要的免疫調節和前炎性因子，通過參與IL-1活化、增強IL-6介導的炎癥反應、激活NF-κB炎癥信號通路、與PMN相互作用等眾多環節，誘發或加重GA的病理過程，并參與GA慢性期骨質破壞的發生。已有多項臨床案例報道應用TNF-α拮抗劑治療急性GA或難治性GA并取得了良好的臨床療效，間接驗證了TNF-α在GA發病機制中的不可或缺的作用[38-40]。因而進一步明確TNF-α在GA中的致病作用有助于深入了解GA的發病機制，推進臨床開展GA精確診治，有利于促進抑制GA發作及相關抗炎新藥的研發和臨床應用。