輔助性T細(xì)胞在骨質(zhì)疏松癥發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

任國(guó)武 徐志為 溫帥波 韓杰* 吳鈺坤

1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧 530299 2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院，廣西 南寧 530011

骨質(zhì)疏松癥 (osteoporosis，OP)是以單位體積骨量減少、骨脆性增加、骨折風(fēng)險(xiǎn)增高為特點(diǎn)代謝性骨病[1]。隨著人口老齡化和相關(guān)危險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)逐漸增高，在2018年國(guó)家衛(wèi)健委公布的中國(guó)OP流行病學(xué)調(diào)查顯示，50歲以上人群OP患病率為19.2 %，且低骨量率人群高達(dá)32.9 %[2]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為OP的發(fā)生是破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞之間骨代謝的失衡，但骨骼除了作為骨骼系統(tǒng)組成成分支持人體的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，同時(shí)骨也是一個(gè)多功能器官，能夠沉積并維持鈣和磷酸鹽等礦物質(zhì)的代謝平衡[3-4]。此外，骨骼的骨髓組織還富含造血干細(xì)胞和成熟的免疫細(xì)胞，其中免疫T細(xì)胞占骨髓細(xì)胞總數(shù)的5 %左右；T細(xì)胞對(duì)介導(dǎo)免疫系統(tǒng)的細(xì)胞免疫反應(yīng)具有重要意義，目前根據(jù)T細(xì)胞不同的免疫應(yīng)答中功能，將其分為初始T細(xì)胞、輔助性T細(xì)胞(Th細(xì)胞)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、濾泡輔助性T細(xì)胞、自然殺傷T細(xì)胞、γδT細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞等諸多亞群。在T細(xì)胞的諸多亞群中Th細(xì)胞為其他免疫細(xì)胞提供輔助功能；Th細(xì)胞根據(jù)各自的環(huán)境刺激可分化為相應(yīng)的Th細(xì)胞亞群，這些Th亞群細(xì)胞進(jìn)而分泌各種細(xì)胞因子和配體，最終影響骨的形成與吸收代謝過(guò)程[5-6]。在OP的研究中同樣表明了，異常活化的Th細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥因子、配體可通過(guò)改變骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)與核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)比例，抑制骨骼成骨能力減弱，增強(qiáng)骨吸收，破壞骨代謝平衡[7-9]。因此，本文從Th細(xì)胞在OP的發(fā)病作用機(jī)制做一綜述，以期進(jìn)一步明確免疫系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)之間的共享微環(huán)境作用機(jī)制。

1 CD4+T細(xì)胞

分化族蛋白(cluster of differentiation，CD)是免疫抗原辨識(shí)的細(xì)胞標(biāo)志物，而由于Th細(xì)胞表面表達(dá)CD4，因此Th細(xì)胞又稱(chēng)CD4+T細(xì)胞[10]。Th細(xì)胞受到不同的刺激可分化為T(mén)h1、Th2、Th9、Th17、Th22、調(diào)節(jié)性T (Treg)和卵泡輔助性T (TFH)等亞群細(xì)胞，這些又執(zhí)行相應(yīng)的細(xì)胞因子以完成整個(gè)免疫應(yīng)答。在生理?xiàng)l件下，Th細(xì)胞不分泌RANKL；相反，在炎癥狀態(tài)下活化的Th細(xì)胞表達(dá)RANKL和TNF-α，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成和隨后的骨質(zhì)丟失[11]。研究[11-13]表明，相對(duì)于絕經(jīng)后正常骨礦物質(zhì)密度(BDM)婦女，絕經(jīng)后OP或低BDM婦女血清中促骨吸收的因子TNF-α、IL-6、IL-12和IL-17升高，抗骨吸收因子IFN-γ、TGF-β、IL-4、IL-10、IL-13降低。OP疾病產(chǎn)生的特殊環(huán)境導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞分化成不同亞型Th細(xì)胞，進(jìn)而影響骨質(zhì)代謝，參見(jiàn)圖1。

圖1 輔助性T細(xì)胞分化以及骨代謝影響圖Fig.1 Impact diagram of helper T cell differentiation and bone metabolism

1.1 Th1細(xì)胞

CD4+T細(xì)胞受到IL-12刺激能活化自身的STAT4轉(zhuǎn)錄因子；STAT4進(jìn)而活化Th1細(xì)胞的特異轉(zhuǎn)錄因子STAT1和T-bet，導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞分化為成熟的Th1細(xì)胞，此后Th1細(xì)胞分泌IFN-γ、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、IL-2和TNF-α等因子參與免疫反應(yīng)、骨代謝[14]。目前關(guān)于Th1細(xì)胞特異性分泌因子對(duì)骨細(xì)胞影響的研究主要集中于IFN-γ對(duì)破骨細(xì)胞分化的抑制作用，IFN-γ通過(guò)激活經(jīng)典的JAK-STAT1通路，進(jìn)而啟動(dòng)泛素-蛋白酶體對(duì)泛素連接酶TRAF6的降解，進(jìn)而抑制下游轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和JNK的表達(dá)，減少破骨細(xì)胞分化[15-16]。此外，IFN-γ下調(diào)破骨細(xì)胞前體單核巨噬細(xì)胞GM-CSF受體(c-Fms)的表達(dá)，抑制GM-CSF與c-Fms結(jié)合，進(jìn)而干預(yù)破骨細(xì)胞增殖分化[16-18]。IFN-γ同樣是增強(qiáng)Th1細(xì)胞增殖分化的正向反饋因子，盡管在OP血清中顯示IL-12升高，但I(xiàn)FN-γ分泌水平降低，可能是OP的特殊炎癥導(dǎo)致Th1細(xì)胞形成減少有關(guān)。在Th1與骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞(BMM)共培養(yǎng)研究表明，活化的Th1通過(guò)分泌IFN-γ抑制了BMM向破骨細(xì)胞分化以及隨后的成熟[15]。盡管Th1細(xì)胞的分泌因子呈現(xiàn)出促進(jìn)(GM-CSF、TNF-α)或抑制(IFN-γ、IL-2)骨質(zhì)吸收兩種相反的作用，可能是活化狀態(tài)下的Th1特異性分泌的IFN-γ干擾了其他因子的作用，見(jiàn)圖2。

注：Th1細(xì)胞、Th2細(xì)胞特異性分泌因子分別為IFN-γ、IL-4，但在OP的病理環(huán)境下使得IFN-γ、IL-4均下降，導(dǎo)致Th1細(xì)胞、Th2細(xì)胞正反饋擴(kuò)張與分化減少；進(jìn)而減弱了IFN-γ對(duì)破骨細(xì)胞分化增殖相關(guān)蛋白GM-CSF、TRAF6的抑制作用；減弱了IL-4對(duì)破骨與成骨失衡的改善作用。

1.2 Th2細(xì)胞

Th2細(xì)胞主要分泌IL-4、IL-10、IL-13等，其中IL-4、IL-10和IL-13具有抑制破骨細(xì)胞形成的作用，其可升高OPG并減低RANKL、RANK的表達(dá)[19-21]。IL-4還能促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化改變，減弱巨噬細(xì)胞向破骨細(xì)胞分化，并促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化[22-23]。在Th2細(xì)胞執(zhí)行因子中，IL-4類(lèi)似于Th1細(xì)胞中的IFN-γ，IL-4是Th2細(xì)胞的正向反饋因子，IL-4會(huì)刺激Th細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄活化子STAT6磷酸化以及GATA結(jié)合蛋白3(GATA3)的上調(diào)，IL-4-STAT6-GATA3信號(hào)不斷促進(jìn)Th2細(xì)胞分化和擴(kuò)增的正反饋機(jī)制[24]。研究表明，在雌激素缺乏OP小鼠中Th2細(xì)胞的GATA-3和IL-4表達(dá)降低；且Th2細(xì)胞數(shù)量的減少與骨密度、雌激素水平下降呈現(xiàn)正相關(guān)[25]。體外實(shí)驗(yàn)[26]也表明，在T細(xì)胞存在情況下IL-4對(duì) RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成具有抑制作用，而分離培養(yǎng)T細(xì)胞與破骨細(xì)胞則消除了IL-4的抑制破骨生成的作用，見(jiàn)圖2。

1.3 Th9、Th22細(xì)胞

Th9細(xì)胞作為最近定義的產(chǎn)生IL-9的Th細(xì)胞亞群，尚缺少與OP直接作用關(guān)系研究，但在系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)、牙周炎等疾病發(fā)現(xiàn)了IL-9與骨質(zhì)吸收關(guān)系，Kar等[27]研究表明，IL-9的刺激顯著增強(qiáng)M-CSF/RANKL對(duì)破骨細(xì)胞活化作用，并上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMP) 的表達(dá)加劇骨質(zhì)降解。Díaz-Zúiga等[28]研究表明，Th9細(xì)胞可調(diào)節(jié)Th17、Th22細(xì)胞介導(dǎo)的骨質(zhì)吸收活性。Th22細(xì)胞也是一種最近定義的產(chǎn)生IL-22的Th細(xì)胞，Th22細(xì)胞與Th17細(xì)胞結(jié)構(gòu)相似，兩者均表達(dá)趨化因子受體(CCR)4和CCR6且能產(chǎn)生IL-22，但除此之外Th22細(xì)胞也表達(dá)CCR10，因此，Th22細(xì)胞需要TNF-α、IL-6刺激芳基烴受體(AHR)才能從CD4+T細(xì)胞分化[29]。目前關(guān)于也暫缺Th22細(xì)胞與OP直接作用關(guān)系研究，但Miyazaki等[30]研究表明，相較于RANKL、M-CSF共培養(yǎng)生成的破骨細(xì)胞數(shù)量，Th22細(xì)胞與Th17細(xì)胞共培養(yǎng)生成破骨細(xì)胞數(shù)量明顯增多，且IL-22以濃度依賴(lài)性促進(jìn)破骨細(xì)胞的蛋白酶K和活化T細(xì)胞核因子1(NFATc1)mRNA的表達(dá)。在炎癥環(huán)境的作用下Th22也參與了破骨細(xì)胞形成的過(guò)程，但是在OP環(huán)境下Th22細(xì)胞對(duì)于破骨細(xì)胞的作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究，圖3。

注：盡管Th9、Th22細(xì)胞在OP研究尚少，但Th9的激活因子在OP中呈現(xiàn)低表達(dá)；且其他繼發(fā)性的骨質(zhì)破壞或體外研究證實(shí)了IL-9的刺激能增強(qiáng)破骨細(xì)胞活化，Th22細(xì)胞對(duì)破骨細(xì)胞分化以及骨吸收能力具有促進(jìn)作用。

1.4 Th17細(xì)胞

CD4+T細(xì)胞受到TGF-β、IL-6、IL-1β和IL-23的刺激，活化Th17細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子的ROR-γt 、STAT3并向Th17細(xì)胞分化，活化的Th17細(xì)胞主要分泌IL-17和IL-22[31]。Th17細(xì)胞至少通過(guò)4個(gè)方面作用促進(jìn)破骨細(xì)胞形成：①Th17細(xì)胞自身RANKL表達(dá)：在Th17細(xì)胞分化過(guò)程中Th17細(xì)胞表面表達(dá)RANKL以促進(jìn)其自身分化，且BMM與Th17細(xì)胞具有共享髓系譜系，共同循環(huán)于血液中，Th17細(xì)胞表面的RANKL誘導(dǎo)破骨細(xì)胞表面RANK信號(hào)的生成，促進(jìn)了破骨前體細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞[32-34]。②Th17細(xì)胞直接誘導(dǎo)作用：Th17細(xì)胞分泌的IL-17和IL-22可直接作用于破骨細(xì)胞表面的受體，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化以及骨侵蝕能力[35-37]。③Th17細(xì)胞間接誘導(dǎo)作用：Th17細(xì)胞分泌的IL-17誘導(dǎo)成骨細(xì)胞表面表達(dá)RANKL間接促進(jìn)破骨形成；IL-17誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α、IL-1和IL-6等多種炎癥因子，這些炎癥因子又通過(guò)誘導(dǎo)成骨細(xì)胞表達(dá)RANKL，促進(jìn)破骨細(xì)胞活化[37-39]。④正向反饋?zhàn)饔茫篒L-17誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的IL-1和IL-6等炎癥因子對(duì)于Th17細(xì)胞的活化又存在促進(jìn)作用，活化的Th17細(xì)胞又從多個(gè)方面促進(jìn)破骨細(xì)胞形成，最終形成Th17-IL-17-巨噬細(xì)胞-IL-1、IL-6-Th17的正向反饋鏈[39-41]。OP的相關(guān)研究[42]則表明，雌激素的缺乏導(dǎo)致STAT3、ROR-γt 和 ROR-α等Th17細(xì)胞特異性因子表達(dá)增加，Th17細(xì)胞分泌的IL-17增加破骨細(xì)胞RANK、TRAP mRNA的表達(dá)和成骨細(xì)胞 IL-17R(IL-17受體)、TNF-α、IL-6、RANKL等促進(jìn)破骨因子的表達(dá)，而通過(guò)雌激素干預(yù)能夠逆轉(zhuǎn)Th17細(xì)胞分化以及隨后IL-17的誘導(dǎo)作用，見(jiàn)圖4。

注：在T細(xì)胞與骨代謝的研究中以Treg、Th17細(xì)胞較為多見(jiàn)。①兩者均可通過(guò)細(xì)胞間接觸作用參與調(diào)節(jié)骨代謝過(guò)程，Treg細(xì)胞通過(guò)CTLA-4誘導(dǎo)破骨凋亡，Th17細(xì)胞通過(guò)RANKL促進(jìn)破骨分化。②兩者的分泌因子對(duì)骨代謝呈現(xiàn)相反作用。③兩者之間的分化受到OP炎癥環(huán)境的作用，顯示出了Treg細(xì)胞減少、Th17細(xì)胞增多。

1.5 Treg細(xì)胞

Treg細(xì)胞主要分為兩類(lèi)：自然性Treg細(xì)胞(nTregs或tTregs)和調(diào)節(jié)性Treg細(xì)胞(iTregs)；nTregs自然存在于胸腺中，iTreg是在自身抗原或外源性的刺激下由外周CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生。研究[43]表明，CD4+T細(xì)胞受到IL-2、TGF-β刺激活化iTreg細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子(Foxp3)，iTreg細(xì)胞分泌IL-10、IL-35、TGF-β等因子。Treg細(xì)胞影響骨代謝主要有3方面機(jī)制：細(xì)胞接觸凋亡機(jī)制，細(xì)胞因子抑制機(jī)制，Treg/Th17細(xì)胞平衡機(jī)制，見(jiàn)圖4。

1.5.1細(xì)胞接觸凋亡機(jī)制：Fischer等[43]表明，F(xiàn)oxp3 +Treg細(xì)胞會(huì)表達(dá)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原-4(CTLA-4)，表達(dá)CTLA-4的Treg細(xì)胞與破骨前體細(xì)胞表面的共刺激分子CD80/CD86結(jié)合，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞中吲哚胺-2,3-雙加氧酶(IDO)的活化。活化的IDO降解色氨酸，促進(jìn)破骨前體細(xì)胞凋亡，從而抑制骨吸收[44]。Oi等[45]的研究同樣表明，CTLA-4-lg能夠抑制RANKL對(duì)BMM細(xì)胞的破骨的誘導(dǎo)作用，降低破骨分化因子(NFATc1)、吸收因子(組織蛋白酶K)以及破骨標(biāo)志物(TRAP)的表達(dá)；且流式細(xì)胞術(shù)分析結(jié)果表明在TNF-α誘導(dǎo)破骨細(xì)胞表面CD80表達(dá)的情況下，相較于CD86，CD80對(duì)CTLA-4-Ig顯示出更高親和力，呈現(xiàn)出更強(qiáng)的破骨抑制效果。

1.5.2細(xì)胞因子抑制機(jī)制：Foxp3 +Treg細(xì)胞分泌IL-10、IL-35、TGF-β等因子參與骨吸收與重塑代謝過(guò)程，研究[46]表明，IL-10能夠降低RANKL誘導(dǎo)的NF-κB、c-Jun、NFATc1破骨因子表達(dá)，并能促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌OPG、胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF1)，產(chǎn)生抑制破骨、促進(jìn)成骨的作用。IL-35能升高成骨細(xì)胞OPG/RANKL比值，且能通過(guò)激活Wnt/β-catenin 信號(hào)促進(jìn)成骨細(xì)胞分化[47]。TGF-β激活細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)因子如MPAK、Smad蛋白誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨分化；類(lèi)似的成骨細(xì)胞表面也存在多種亞型TGF-β受體，TGF-β與相應(yīng)受體結(jié)合后也會(huì)誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分泌Osterix、Runx2等促成骨因子[48]。

1.5.3Treg/Th17細(xì)胞平衡機(jī)制：CD4+T細(xì)胞是Treg、Th17細(xì)胞的共同前體細(xì)胞，Treg、Th17細(xì)胞的分化均受到了TGF-β信號(hào)的調(diào)節(jié)。在缺乏IL-6和其他促炎因子的情況下，TGF-β會(huì)誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞表達(dá)Treg細(xì)胞的特異轉(zhuǎn)錄因子Foxp3，F(xiàn)oxp3可以直接與Th17細(xì)胞分化的特異轉(zhuǎn)錄因子ROR-γt相互作用并拮抗ROR-γt表達(dá)，最終促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向Treg細(xì)胞并減少向Th17細(xì)胞分化[50-51]。但在TGF-β、IL-6和IL-23存在的情況下，IL-6、IL-23共刺激作用會(huì)誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞STAT3表達(dá)，STAT3進(jìn)而產(chǎn)生抑制Foxp3表達(dá)的作用，促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化。但也不能單純的認(rèn)為T(mén)GF-β對(duì)TH17細(xì)胞分化只有抑制效果，研究[49-50]表明，TGF-β經(jīng)典信號(hào)通路TGF-β/SMAD誘導(dǎo)的SMAD是Th17細(xì)胞的共激活劑和共抑制劑，可以反向修飾STAT3誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄；此外，TGF-β通過(guò)激活其他的信號(hào)通路如JNK/c-Jun、RhoA-ROCK2信號(hào)，上調(diào)ROR-γt、IL-17和IL-21的表達(dá)。

1.6 TFH細(xì)胞

TFH細(xì)胞也由CD4+T細(xì)胞分化而來(lái)，TFH細(xì)胞受到B細(xì)胞反應(yīng)時(shí)會(huì)刺激生發(fā)中心 (GC) 生成自身抗體來(lái)參與多種免疫疾病(如類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和系統(tǒng)性紅斑狼瘡)。TFH細(xì)胞表達(dá)各種獨(dú)特的基因與因子，如CXCR5、CD40 L、程序性細(xì)胞死亡-1 (PD-1)、BCL-6和IL-21等等[51]。Kim等[51]敲除T細(xì)胞的雌激素受體(ERα)會(huì)促進(jìn)CD4+T細(xì)胞向CXCR5 + Bcl-6 + TFH細(xì)胞分化和抗原抗體反應(yīng)，而使用雌激素治療能降低 IL-21和Bcl-6的表達(dá)。Greisen等[52]臨床研究也表明，在類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者血清中TFH分泌因子PD-L1、IL-21升高，且這些因子與影像學(xué)上的關(guān)節(jié)破壞、骨質(zhì)侵蝕呈現(xiàn)正相關(guān)。Li等[53]的研究同樣表明，在血吸蟲(chóng)感染引發(fā)骨質(zhì)流失過(guò)程中，TFH細(xì)胞數(shù)量增加且高表達(dá)RANKL，進(jìn)而介導(dǎo)了破骨細(xì)胞形成，圖1。盡管目前關(guān)于TFH細(xì)胞-破骨細(xì)胞培養(yǎng)體系研究尚少，但諸多證據(jù)支撐TFH細(xì)胞與炎癥、免疫以及缺乏激素疾病誘發(fā)的OP存在關(guān)聯(lián)性。

2 結(jié)論

無(wú)論是原發(fā)性O(shè)P還是繼發(fā)性O(shè)P的發(fā)病均涉及骨骼與免疫系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系失調(diào)。但目前臨床上的諸多藥物，如雙膦酸鹽、雷奈酸鍶、雌激素、特立帕肽等藥物的藥理學(xué)研究主要集中于干預(yù)骨質(zhì)代謝的作用機(jī)理，對(duì)于骨骼與免疫系統(tǒng)共享環(huán)境的作用機(jī)制研究尚少。因此，本文通過(guò)闡述Th細(xì)胞在OP的作用機(jī)制，了解OP特殊炎癥病理情況下的骨代謝與Th細(xì)胞的關(guān)聯(lián)機(jī)制，有助于開(kāi)發(fā)新型治療策略。近年來(lái)益生菌、腸道菌群調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)來(lái)改善骨質(zhì)流失的補(bǔ)充療法就代表了骨免疫學(xué)的治療觀點(diǎn)。但本文也存在局限性，文章主要描述Th細(xì)胞自身以及其分泌因子在OP的發(fā)病機(jī)制，對(duì)于其他亞型的T細(xì)胞和免疫細(xì)胞論述不足，尚不能闡明骨骼與免疫系統(tǒng)的關(guān)系。未來(lái)應(yīng)當(dāng)增加各種類(lèi)型免疫細(xì)胞與各類(lèi)骨細(xì)胞相互作用機(jī)制的研究，以期進(jìn)一步明確免疫系統(tǒng)在各種原因骨代謝失衡的作用機(jī)制，從骨免疫學(xué)角度防治OP的發(fā)生與發(fā)展。