GATA2 與強直性脊柱炎發病機制關系的研究進展

施曉慧 李涯松

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）是脊柱關節炎家族中的一種，以放射學骶髂關節炎為特點，發病機制尚不明確，主要涉及遺傳、感染、環境等多方面因素。目前認為主要與人類白細胞抗原-B27（human leukocyte antigen B27,HLA-B27）相關，HLA-B27基因是人類MHC-Ⅰ類分子B 位點上的等位基因，HLA-B27 表達可以在細胞表面形成重鏈二聚體[1]，或誘導內質網錯誤折疊引起非折疊蛋白的反應，繼而激活體液免疫，大量樹突狀細胞（dendritic cell,DC）、巨噬細胞、單核細胞等髓系細胞活化[2]，同時分泌IL-23 等細胞因子[3]。IL-23 又可與已分化的Th17 表面的IL-23R 結合并誘導Th17 的活化[4]，產生大量IL-17、IL-1β、TNF-α，IL-17 通過促進中性粒細胞分化、成熟和活化，刺激單核細胞和成纖維細胞活化來參與AS 早期炎癥反應。在AS 疾病后期，IL-1β、TNFα 還可以激活NF-κB 受體激活劑（receptor activation of nuclear factor kappa B,RANK）-RANK 配體（RANKL）系統引起關節的骨質破壞及周圍組織的炎性損傷[5-6]。可見髓系細胞活化、體液免疫激活在AS 發病中具有重要作用。而GATA2 是髓系細胞分化、成熟的關鍵轉錄因子，同時也是影響AS 骨代謝的重要因素。本文就GATA2 與AS 發病機制關系的研究進展作一綜述。

1 AS 病理表現與GATA2 的關系

GATA2 是具有鋅結構的蛋白結合轉錄因子，屬于GATA 蛋白結合家族中的一員[7]。GATA2 在人類造血組織中高表達，也可在間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSC）、內皮細胞等非造血組織中表達，是維持造血祖細胞分化的必要基因[8]。近年研究發現，GATA2 缺失不僅會使骨髓造血功能受損，也可導致單核細胞、B 淋巴細胞、自然殺傷細胞和DC 等髓系細胞減少[9]。提示GATA2 不僅在造血干細胞分化中具有重要作用，也可能參與髓系細胞發育及活化。而AS 病程中出現的關節炎以局部大量髓系細胞浸潤為特點，早期病理變化主要表現為滑膜下、軟骨下骨髓淋巴細胞、巨噬細胞、漿細胞浸潤，晚期病理主要表現為血管翳形成，滑膜軟骨下骨髓擴張，軟骨侵蝕[10]。此外，AS 關節滑液、滑膜組織、骨髓中CD1c+和CD141+DC、IL-23+CD1a+DC、IL-23+巨噬細胞和IL-23+細胞髓過氧化物酶+髓系前體細胞高度表達[11-13]，外周關節、其他累及組織也有遷移性DC 浸潤，AS 炎癥組織中大量髓系細胞浸潤可能與GATA2異常表達相關。

2 GATA2 與AS 免疫細胞活化的關系

2.1 DC DC 是常見的抗原提呈細胞，介導機體體液免疫。研究發現AS 肌腱附著點上大量DC 浸潤，并且這些細胞是AS 關節、肌腱韌帶組織中IL-23 的主要來源[14]，而AS 中IL-23/IL-17 炎癥通路激活已經被證實[15-17]，可見DC 活化是AS 發病的初始環節。甚至有人認為DC 與HLA-B27 形成的重鏈二聚體直接結合引起免疫反應，最終導致脊柱關節炎癥[18]。而GATA2是DC 分化成熟的關鍵轉錄因子，研究發現GATA2 可調控共同髓系祖細胞（common myeloid progenitor,CMPs）向共同DC 祖細胞（common DC progenitors,CDPs）分化，是DC 祖細胞分化所必需的轉錄因子。Onodera 等[19]在敲除小鼠GATA2 基因后，誘導CMPs 向CDPs 分化，發現第1 天GATA2 mRNA 水平下降了90%，第3 天幾乎檢測不到，說明GATA2 是DC 祖細胞分化所必需的。并在粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子刺激下，小鼠單核細胞來源的DC、骨髓來源的DC 中均高表達GATA2，這表明GATA2 在單核細胞向炎性DC 分化中起重要作用[20]。綜上所述，GATA2 是DC 分化、成熟的重要條件，而DC 是AS 疾病發生、發展的重要因素，但目前尚無GATA2 在AS 表達的大樣本研究，GATA2 在AS 患者中的作用仍有待進一步實驗及臨床研究。

2.2 Th Th 是機體細胞免疫系統的關鍵組成部分，主要包括Th1、Th2、Th17、Treg 亞群[21]。AS 主要以Th1/Th2、Th17/Treg 亞群比例失調為特點，這一現象可能與T 淋巴細胞前體從胸腺向外遷移或從次級淋巴器官釋放幼稚T 淋巴細胞受損有關。2020 年美國國立衛生研究院一項對GATA2 缺乏癥患者的回顧性研究發現，GATA2 缺失的風濕病患者外周血Th 細胞及幼稚Th 細胞亞群比例明顯降低[22]，提示GATA2可能參與風濕病Th 細胞的分化及成熟。基因表達分析發現GATA2 基因敲除小鼠中的髓樣相關基因下調，主要的Th 細胞相關基因如轉錄因子7（TCF7）和GATA3 上調，并且GATA2 可與GATA3 下游190 kb的增強子結合，負調控GATA3 啟動子活性[19]。而GATA3 基因是Th2 細胞分化的特異基因，GATA2 的高表達可能抑制Th0 細胞向Th2 細胞分化[23-24]，引起Th1/Th2 比例失調；而在小鼠中TCF7 表達可抑制胸腺中Treg 細胞的生成[25]。另一項研究發現當GATA2過表達，小鼠髓系細胞在GMP 階段分化增加，T 系淋巴細胞在淋巴祖細胞階段或之后開始分化受阻，T細胞分化停留在胸腺雙陰性1 期階段，基因集富集分析顯示，淋巴細胞分化關鍵調節因子（Vpreb1、EBF1、IL7R、Lef1 和Tcf1）顯著下調[26]。綜上所述，GATA2 是髓系與T 淋巴細胞譜系分化的關鍵，且高水平的GATA2 可抑制Th 相關基因表達，使Th2、Treg 細胞形成減少，導致Th1/Th2、Th17/Treg 細胞亞群比例失調。

3 GATA2 與AS 關節炎癥的關系

TNF-α 是AS 最有代表性的致病炎癥因子，在TNF-α 介導下，GATA2 可與Tie2 基因位點結合促進關節炎癥及血管生成。Tie2 是一種酪氨酸激酶受體，通過與其配體血管生成素-1 和血管生成素-2 相互作用，對血管發育和血管重塑起至關重要的作用[27]。徐令等[28]發現GATA2 在TNF-α 介導的炎癥反應中上調Tie2 基因的表達，該研究認為GATA2 可與Tie2 基因啟動子上的(T/A)GATA(A/G)序列結合，激活Tie2 基因啟動子，從而上調Tie2 基因的表達，在炎癥反應血管生成過程中起重要作用。并且在高表達Tie2 的小鼠模型中，巨噬細胞對炎癥因子TNF-α 的敏感性增強，使大量巨噬細胞形成并向炎癥部位趨化，進一步激活免疫系統，導致小鼠關節炎癥狀加重[29]。這一點也與脊柱關節病臨床研究相吻合，研究發現Tie2 在銀屑病關節炎癥滑膜組織、成纖維樣滑膜細胞、內皮細胞和巨噬細胞高表達，并且高表達Tie2 單核-巨噬細胞有著顯著的促血管生成能力，同時可以導致嚴重臨床關節炎癥狀[27，30]。但GATA2 是否通過上調Tie2表達從而參與AS 關節炎癥及血管翳仍有待進一步臨床研究。

4 GATA2 與AS 骨代謝紊亂的關系

骨代謝即骨的重建，指舊骨退化，等量新骨取代舊的骨組織的過程，是由破骨細胞和成骨細胞藕聯共同完成。AS 另一個病理特點是骨代謝異常，以局灶性骨化和全身性骨丟失為典型特征。其中骨量丟失機制與破骨細胞生成、RANK-RANKL-骨保護素（osteoprotegerin,OPG）信號通路激活有關[31]。

研究發現，在骨代謝過程中，GATA2 具有抑制成骨細胞分化，促進破骨細胞形成的功能。一方面，GATA2 是成骨細胞分化的必要調控因子。GATA2 是MSC分化的關鍵轉錄因子，可控制MSC 向成骨細胞和脂肪細胞譜系分化[32]。WGAS 基因組研究表明GATA2 在骨骼發育基因上富集，在MSC 分化過程中，GATA2 可與其骨骼發育相關基因臨近結合位點結合，并與已知的骨骼發育調節因子Fox 和Hox 轉錄因子的基序共同定位，異位GATA2 可以干擾Smad1/5/8 阻斷成骨細胞的生成，提示GATA2 可通過干擾與骨骼發育相關的基因抑制MSC 的成骨形成[33]。另外，有研究認為GATA2 也可抑制核心結合因子aal（alphal 1/Runx2）轉錄及Wnt/β-連球蛋白（β-catenin）轉導從而抑制成骨細胞生成[34]。在敲除小鼠MSC 中GATA2 后，成骨前體細胞的分化能力和數量上調，骨形成增加，但伴隨著骨小梁發育不良和機械強度降低，最終導致骨質疏松。病理切片可見骨小梁中的骨形成增加，但伴隨破骨細胞數量的增加，致使骨小梁發育不良[35]。說明GATA2異常表達可能導致成骨-破骨藕聯機制失衡，導致骨形成與骨質破壞同時出現，這種GATA2 異常表達導致的骨代謝異常表現與AS 臨床癥狀相符合。

另一方面，GATA2 可直接或間接參與破骨細胞生成。Tolkachov 等[35]為進一步探究GATA2 敲除后小鼠骨小梁發育不良的機制，發現GATA2 敲除后，小鼠骨組織中OPG 表達減少，破骨細胞數量增加，研究者進一步證實了GATA2 是骨骼和MSC 中表達OPG的必需因素。另外，也有研究認為GATA2 是破骨祖細胞的生成需要因素，GATA2 可以與核因子激活的T 細胞1（nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1,NFATc1）共同調節破骨前體細胞（巨噬系）向破骨細胞分化[36]。NFATc1 是破骨細胞早期分化的主要轉錄因子[37]，抑制NFATc1 可使GATA2 和STAT6 表達上調，進而導致具有促進M2 型巨噬細胞向破骨細胞樣細胞分化的細胞因子IL-13 的分泌減少，破骨祖細胞形成受限，提示GATA2 可能是破骨前細胞（巨噬系）分化的一種途徑[38]。綜上所述，GATA2 可能是AS 骨代謝的上源調控基因，對維持骨穩態具有重要意義。

5 小結

GATA2 作為GATA 家族的一員，涉及AS 發病過程中免疫細胞活化、免疫系統激活、組織關節炎癥反應、骨代謝紊亂等多個病理過程。在AS 發病中具有重要意義。首先，GATA2 是祖細胞中髓系和淋巴系細胞分化的關鍵因素，GATA2 可以調控CMPs 向CDPs 分化，誘導循環中單核細胞向炎性DC 分化，介導疾病初期免疫炎癥反應；同時抑制T 淋巴細胞譜系相關基因的轉錄，導致Th 亞群比例失調，是AS 細胞免疫的關鍵因素。其次，在炎癥因子TNF-α 介導下，GATA2 可上調Tie2 基因的表達，加重關節炎癥反應及促進血管翳生成。最后，GATA2 可以抑制成骨及促進破骨細胞分化，從而引起骨代謝紊亂，對探討疾病后期脊柱強直、骨質疏松等不良預后的發生機制及治療方案具有重要意義。