細胞因子在類風濕關節炎的研究進展

廖磊，洪學志，陳曉歡，劉雷，王亞慧，莫漢有

(桂林醫學院附屬醫院風濕免疫科，廣西 桂林 541000)

0 引言

類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis, RA)是一種病因未明的慢性、以炎性滑膜炎為主的系統性疾病，主要表現是手、足小關節的多關節、對稱性、侵襲性關節炎癥，經常伴有關節外器官受累及血清類風濕因子陽性，可以導致關節畸形及功能喪失，其病因和發病機制較復雜，至今仍未完全明確。其發病率女性高于男性，歐美國家的發病率明顯高于國人[1]。細胞因子在RA的發病機制中有至關重要的作用，促炎細胞因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素1(IL-1)、IL-6、IL-17、IL-33和抗炎細胞因子IL-4、IL-10、IL-13的平衡紊亂，可導致多系統免疫并發癥[2]。通過更好地了解這些細胞因子，可以設想出新的治療策略以及更好地使用現有的細胞因子相關的生物制劑。

1 促炎細胞因子

1.1 TNF-α

TNF-α是RA發病過程中起重要調控作用的細胞因子。它主要由活化的巨噬細胞產生，但也可以由單核細胞、成纖維細胞、肥大細胞和NK細胞產生[3]。新合成TNF是最初表現為一種跨膜蛋白，這需要由TNF-α轉化蛋白酶(TACE，也叫ADAM17)水解成為可溶性TNF[4]。它有兩個受體- 55-KD受體稱為p55或TNFR1和75-KD受體稱為p75或TNFR2。TNF-α通 過 與TNF受 體(TNFR1和TNFR2)結 合并 激 活 這兩種不同的受體而發揮多方面的生物活性。TNFR1廣泛表達，具有死亡結構域，可被可溶性和跨膜TNF激活。TNF的同源三聚體與同源三聚體TNFRs結合以誘導信號轉導，與TNFR1的配體結合募集適配分子TNFR1相關的死亡域蛋白(TRADD)和不同信號復合物(稱為復合物I、IIa、IIb和IIc)的組裝，從而導致不同的功能結果。TNFR1主要促進炎癥和組織退化[5]。TNFR2表達僅限于特定的細胞類型，如神經元、免疫細胞和內皮細胞，不具有死亡結構域，因此不能直接誘導程序性細胞死亡，主要由跨膜TNF激活。TNFR2募集TNFR相關因子2(TRAF2)形成TNFR2復合物I。TNFR2主要介導局部的穩態效應，如細胞存活和組織再生[5]。

TNF-α在RA的發病機理中顯示出多種相關的效應功能，其表現在幾個水平上都具有促炎功能。在RA患者的滑膜、軟骨及血管翳中，TNF-α及其2個受體異常表達是破骨細胞形成的重要推動因素，同時它也抑制成骨細胞的分化和功能，進一步促進骨破壞和形成之間的不平衡[6]。并且與IL-17協同，TNF-α促進分離的人間充質干細胞衍生的成骨細胞的成骨分化。TNF-α刺激B淋巴細胞、T淋巴細胞和NK細胞的增殖和分化，誘導產生其他促炎細胞因子，如IL-1、IL-6、IL-8和金屬蛋白酶(MMP)，還能刺激成纖維細胞表達粘附分子，如細胞內粘附分子1(ICAM-1)[7]，介導炎癥細胞浸潤。

1.2 IL-1

IL-1的 組 成 主 要 有IL-1α、IL-1β、IL-18、IL-33[8]。IL-1α在細胞表面表達或于細胞內發揮生物學作用，而IL-1β通過作用于其他細胞產生其生物學功能。IL-1α和IL-1β的作用可以被內源性抑制劑IL-1受體拮抗劑(IL-1Ra)拮抗。IL-1受體有兩種類型-IL-1RI和IL-1RII。IL-1與IL-1RI的結合導致細胞內信號轉導，這種結合被一種輔助蛋白IL-1R-AcP強化，相反IL-1RII作為誘餌受體，IL-1與IL-1RII結合，由于細胞質域非常短，不能傳遞信號[9]。

在RA患者的關節滑膜組織以及組織液中檢測到高表達的IL-1(IL-1α和IL-1β)，并且IL-Ra和IL-1之間表達水平存在不平衡[10]。IL-1增加滑膜成纖維細胞中趨化因子，一氧化氮合酶(INOS)，前列腺素(PG)和MMP的釋放。在許多情況下也發現破骨細胞的活化和內皮細胞粘附分子的表達[11]。載脂蛋白A1(急性期蛋白)的抗炎作用，抑制IL-1的表達而不是的IL-1Ra的表達。另外，IL-1Ra的表達可以通過β干擾 素(IFN-β)，轉 化 生長因子-β(TGF-β)，IL-4和IL-13來增加，而IL-1的產生可以通過前面提到的細胞因子(IFN-β、TGF-β、IL-4、IL-13)來減少。IL-1在RA中的作用主要表現在骨和軟骨破壞方面，通過刺激產生的破骨細胞分化因子(RANKL)[12]，參與破骨細胞和MMP的生成，導致軟骨退化。

1.3 IL-6

IL-6是一種22-29kd的糖蛋白，它是由B細胞、T細胞、成纖維細胞、內皮細胞、單核細胞、巨噬細胞等多種細胞產生[13]。IL-6受體具有異二聚體結構，它由相對分子質量130k跨膜蛋白gp130和IL-6Ra亞基組成。這兩個亞基都以可溶的形式存在。在經典的信號通路中，IL-6與跨膜IL-6R結合，隨后這個復合物與信號傳導分子gp130結合，gp130通過Janus激酶誘導靶細胞下游信號事件的激活。IL-6R跨膜僅在肝細胞、白細胞中表達，而gp130在機體的所有細胞中均有表達。在IL-6與sIL-6R結合后，該復合物與gp130結合，從而刺激不表達IL-6R的細胞，如內皮細胞和平滑肌細胞。這種形式的信號傳導被稱為IL-6反式信號傳導，而通過跨膜IL-6R的信號傳導被稱為IL-6經典信號傳導[14]。

在許多RA患者的血液和關節滑膜中發現了高水平的IL-6。IL-6通過作用于分泌活性氧中間體和蛋白水解酶[15]。它還通過RANKL依賴的核因子B(NF-kappa B)受體或RANKL獨立機制的受體激活刺激破骨細胞分化。它是一個關鍵的細胞因子在建立以及維護血管翳的炎癥血管組織[13]。至于全身癥狀，IL-6可迅速誘導急性期蛋白、C反應蛋白(CRP)、血清淀粉樣蛋白A、補體C3、纖維蛋白原和血小板生成素的產生，但可降低白蛋白和細胞色素p450。

1.4 IL-17

IL-17屬于新發現的T細胞亞群，即Th17亞群，它的產生主要由CD4+Th17細胞，但它也可以由CD8+T細胞、NKT細胞及中性粒細胞產生。IL-17家族由6個成員IL-17A至IL-17F組成，IL-17A和IL-17F是最重要的成員，并與自身免疫性疾病有關[16]。IL-17受體家族由五個成員組成，即：IL-17RA～E，受體是同源或者異源二聚體[17]。各受體成員之間相互組成受體復合物，結合不同配體發揮不同的生物學效應，如IL-17A與細胞表面復合受體IL-17RA：IL-17RC結合，受體包含一個保守的信號結構域，即SEF/IL-17R(SEFIR)，它通過SEFIR募集泛素連接酶(Act1)，Act1招募TNF受體相關因子-6(TRAF6)，后者激活經典的NF-KB和MAPK途徑以及潛在的磷酸肌醇-3激酶(PI3K)等轉錄因子促進下游炎癥因子如IL-6、TNF-α等的表達。Th17細胞的發育受到Th1和Th2細胞的細胞因子和轉錄因子的抑制，例如重組人干擾素(IFN-γ)，IL-4，信號傳導及轉錄激活因子(STAT1)，STAT4，STAT6等[18]。

在RA患者血清和滑液中發現IL-17水平升高，IL-17增加了MMP1、MMP3以及某些促炎性細胞因子(如TNF-α，IL1-β，IL-6和IL-8)的 產 生。它 還 通 過 引 起RANK和 巨細胞集落刺激因子(M-CSF)刺激的破骨細胞增加INOS的分泌而增加對骨的破壞。它通過刺激某些細胞因子(例如C-X-C基序趨化因子5(CXCL5)和C-X-C基序趨化因子12(CXCL12))的產生來增強免疫細胞對滑膜的浸潤[19]。此外，它將內皮細胞和血管內皮生長因子(VEGF)遷移到滑膜中促進新生血管形成。

1.5 IL-33

IL-33是IL-1家族的最新成員。它也被稱為IL-1F11，通過與T1/ST2受體結合發揮作用。它是由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(caspase- 1)裂解30-kD前體形成的18-KD蛋白。ST2在人體內有三種亞型：ST2V、ST2L和可溶性ST2(sST2)。sST2是一種孤兒受體，在實驗研究中可以拮抗IL-33的作用。IL-33在活化的巨噬細胞、成纖維細胞和樹突狀細胞上表達[20]。IL-33結合ST2受體從而招募IL-1R附屬蛋白(IL-1RAcP), IL - 1受體相關激酶1(IRAK1)、4(IRAK4)、泛素連接酶腫瘤壞死因子受體(TNFR)、相關因子6(TRAF6)和髓樣分化因子88(MyD88)進而活化NF-κB和MAP激酶通路(p38、ERK1/2 JNK1/2)，這可能促進Th2相關細胞因子如IL-4、IL-5和IL-13的產生[21]。

在RA發病中的作用已通過實驗被證明，且發IL-33已被確認是一些炎癥性(RA)疾病的一個重要標志[22]。在RA患者的滑膜組織和培養的成纖維細胞中檢測到IL-33，通過肥大細胞依賴途徑促進疾病從急性到慢性的轉化，從而導致疾病的遷延難愈。

2 抗炎細胞因子

2.1 IL-4

IL-4是主要由活化T細胞產生的細胞因子。IL-4Rα是IL-4的受體，以各種形式存在于體內。最初有報道稱IL-4在RA患者的滑液中很少出現或不存在，目前在一些RA患者的滑液中也發現了它的存在。它是一種抗炎細胞因子，它能調節多種不同類型細胞的活性，抑制TNF-α、IL1β、IL-6、IL-8等炎癥因子的活性，控制炎癥反應。IL-4通過提高mRNA的降解率來抑制促炎性細胞因子的合成[23]；IL-4還有保護軟骨和關節下骨及其他關節組織完整性的作用，主要通過減輕由INF、IL-1和脂多糖(LPS)造成的蛋白多糖的破壞而起作用。另外，IL-4能上調IL-1Ra的產生，刺激單核細胞巨噬細胞和中性粒細胞產生可溶性Ⅱ型IL-1R、可溶性TNF；同時IL-4可減少單核細胞MHC分子和共刺激分子的表達、一氧化氮(NO)的合成、聚乙二醇(PGE2)的產生。IL-4能使Th1/Th2型細胞發生轉移和引導B細胞產生IgG1、IgG4、IgE抗體還可協同IL-10抑制Th1細胞反應。這些現象表明，IL-4在RA的發病過程中通過抑制細胞反應和抑制促炎性細胞因子而起抗炎作用[24]。

2.2 IL-10

IL-10，也被稱為人類細胞因子合成抑制因子(cytokine synthesis inhibitory factor , CSIF)，是 一 種39-KD的 同 型 二聚體，由單核細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞和B淋巴細胞產生[24,25]。IL-10受體是一個由α和β鏈組成的II型細胞因子受體。它是一種抗炎細胞因子，減少促炎細胞因子的形成，如TNFα, IL-1α, IL-1β, IL-6, IL-8, IL-12。此外，它還能抑制HLA-DR和B7分子的表達，進而減弱巨噬細胞在RA患者的滑液(SF)和外周血(PB)中抗原提呈功能，下調共刺激分子和粘附分子表達，誘導細胞無能與凋亡，轉化效應T細胞為調節細胞，控制T細胞對自身抗原或異體抗原的過度反應，表現出其抗炎性[26]。IL-10阻斷NKL-OPG系統的信號，抑制破骨細胞形成。

2.3 IL-13

IL-13是一種抗炎細胞因子，其序列和結構與IL-4相似度約為30%。它是由Th0、Th1、Th2細胞、CD8+T細胞、肥大細胞和嗜堿性細胞產生的[27]。IL-13受體是由IL-13RA1和IL-4R兩個亞基組成的I型細胞因子受體。IL-13的抗炎作用通過抑制IL-12的α和β鏈的轉錄而降低Th1細胞介導的免疫應答。還可降低某些促炎細胞因子如THF-α、IL-1、IL-6和趨化因子如IL-8、巨噬細胞炎性蛋白(MIP)-1α和MIP-1β、單核細胞趨化蛋白-3(MCP-3)的產生[28]。它通過促進單核細胞產生孤兒受體IL-1RII來中和IL-1活性。此外，它還下調fcγR1(Cd 64)的表達，進而抑制抗體依賴的細胞細胞毒性。也有研究認為，IL-13可能在RA患者尤其是在活動期的患者中高表達抗炎及促炎因子，而促炎因子TNF-α、IL-2等又反過來刺激抑炎因子IL-13的表達，從而使IL-13通過介導負反饋機制來抑過量的促炎因子的產生[29]。

3 結語

類風濕關節炎背后的發病機理是一個復雜的過程，各種細胞因子不是獨立存在的，它們相互調節、相互影響，形成復雜的細胞因子網絡，迄今為止還不能完全被描述，認為多種促炎細胞因子和抗炎細胞因子與發病有關。雖然在了解促炎及抗炎細胞因子在RA發病機制中的作用方面已做了大量工作，但RA是具體由哪種機制介導的疾病仍不清楚。針對細胞因子研發的生物制對于傳統的治療方法來說被認為是更直接、更明確、更有針對性的治療方法，而且已經有相關的生物制劑應用于的臨床。