細胞因子在類風濕關節(jié)炎發(fā)病機制中的研究進展*

邱安琪 綜述，彭新國 審校

濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院檢驗科，山東濱州 256699

細胞因子是一種由固有免疫細胞和適應性免疫細胞以自分泌或旁分泌的形式產生的小分子可溶性多肽或糖蛋白[1]。根據其生物學結構和功能，分為腫瘤壞死因子(TNF)、白細胞介素(IL)、干擾素(IFN)、趨化因子等[2]。生理條件下，細胞因子作為免疫調節(jié)元件通過控制免疫激活水平和持續(xù)時間、調節(jié)效應細胞對靶細胞的作用等方式規(guī)避潛在的傷害性影響；病理狀態(tài)時，前述作用受損加上免疫反應的抑制或是過度代償，引發(fā)免疫系統(tǒng)調節(jié)功能障礙，最終導致自身免疫性疾病的發(fā)生。

類風濕關節(jié)炎(RA)患病人口約占全球總人口的0.5%～1.0%，是一種以彌漫性多關節(jié)炎及促炎細胞因子浸潤為主要特征的慢性全身炎癥性自身免疫性疾病[3]，遺傳、環(huán)境均為其誘因。RA的具體發(fā)病機制目前尚不明確，但研究發(fā)現固有免疫及適應性免疫反應所造成的細胞因子增多與RA的發(fā)病密切相關[4]，在RA三大經典病理特征——關節(jié)發(fā)熱腫脹疼痛、血管翳形成、軟骨退化骨侵蝕中發(fā)揮重要作用，甚至延續(xù)至關節(jié)以外的其他靶器官，引發(fā)RA關節(jié)外癥狀，如RA相關間質性肺病、貧血等。隨著高通量遺傳、蛋白質組學和代謝組學技術的出現，這種由細胞因子參與的RA發(fā)病過程逐漸被揭示出來。

1 細胞因子參與RA固有免疫

單核細胞分為經典、中間、非經典三大亞群，中間亞群(CD14+CD16+)在RA患者滑膜、外周血中高度上調，與RA關聯度最高[5]。 RA滑膜中，單核細胞可產生高水平的促炎細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6，亦可分化為促進局部滑膜炎癥的炎性巨噬細胞，激活Th17細胞并促進其擴增[6]，參與適應性免疫。單核巨噬細胞的聚集可促進關節(jié)炎的發(fā)生和發(fā)展，RA滑膜巨噬細胞(SM)浸潤與關節(jié)破壞的進展呈正相關。巨噬細胞是RA滑膜內最豐富的免疫細胞類型，在RA中發(fā)揮著核心作用。免疫組化、滑膜活檢印證巨噬細胞是RA關節(jié)中主要的TNF產生細胞，此作用亦可被TNF抑制劑治療RA的療效證明[7]。除TNF外，巨噬細胞還可以衍生IL-6、IL-1，增強破骨細胞功能，打破正常狀態(tài)下破骨細胞骨吸收與成骨細胞骨形成間的平衡，在軟骨-血管翳處引起嚴重的骨侵蝕。此外，SM還可分泌IL-8(也稱CXC族趨化因子配基8，CXCL8)和單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)，促進中性粒細胞、單核細胞、T細胞、B細胞的募集及激活，促進RA炎癥[8]。

RA患者關節(jié)液和滑膜組織中，存在高水平樹突細胞(DC)。相較于健康對照者的DC，RA患者DC分泌更多的促炎細胞因子IL-1β、IL-6、IL-23和IL-12，誘導CD4+T細胞分化為活化的Th1細胞和Th17細胞[4]。此外，其分泌的CC族趨化因子配基3(CCL3)、CCL17、CXCL19等趨化因子也可募集巨噬細胞、T細胞等其他免疫細胞參與RA的發(fā)生，并激活核因子-κB(NF-κB)途徑誘導炎癥[8]。

除上述細胞，RA滑膜中肥大細胞受IL-33刺激而被激活，產生IL-6、IL-8、TNF并促進NF-κB受體活化配體(RANKL)、基質金屬蛋白酶(MMP)等相關組織降解分子的表達，從而加速單核細胞向炎性巨噬細胞轉化，維持炎癥狀態(tài)、破壞關節(jié)結構[9]。

2 細胞因子參與RA的適應性免疫

全基因組關聯研究將HLA-DR 基因座和 RA 之間關鍵遺傳關聯聚焦于CD4+T細胞，認為其直接與RA有關[10]。CD4+T細胞接受共刺激分子和先天免疫產生的各種細胞因子的刺激，可極化成不同的Th細胞,如 Th1、Th2、Th17、濾泡性Th(Tfh)細胞以及調節(jié)性T細胞(Treg細胞)，與常駐巨噬細胞、DC、滑膜細胞和破骨細胞相互作用。Th1細胞可以產生IFN-γ和IL-2，誘導炎性巨噬細胞的分化，使其產生TNF的能力增加，促進T細胞的發(fā)育存活，激活B細胞，從而啟動和維持滑膜中的炎癥反應[8]。

Th17細胞升高與RA活動度呈正相關，RA患者血清中Th17細胞的數量與28個關節(jié)的疾病活動度評分(DAS28)、抗瓜氨酸蛋白抗體(ACPA)以及C反應蛋白(CRP)水平呈正相關。Th17細胞分泌IL-17A、IL-17F以及IL-22參與RA的發(fā)展進程[11]，它們可進一步刺激滑膜成纖維細胞(FLS)和巨噬細胞產生大量IL-1、IL-6、TNF，加重滑膜炎癥；FLS活化又可通過IL-8將中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞募集到關節(jié)的炎癥部位，加重RA。Th17細胞亦可參與血管翳的形成，一方面，其分泌的IL-17和TNF能夠直接激活血管內皮細胞；再者，IL-17可刺激巨噬細胞分泌血管內皮生長因子(VEGF)調節(jié)內皮細胞的遷移，從而促進局部血管生成。Th17細胞還可以在成骨細胞和滑膜成纖維細胞中誘導RANKL的表達，使破骨細胞生成增多，破壞關節(jié)骨和軟骨。此外，RA 患者滑液中的內皮細胞在中和IL-17后顯著下調，亦表明 Th17 細胞在 RA 血管生成中起重要作用[12]。活化的CD4+T細胞還有助于自身反應性B細胞產生ACPA和類風濕因子(RF)，它們通過直接激活巨噬細胞或觸發(fā)補體級聯進一步驅動炎癥[8]。

3 細胞因子影響RA的發(fā)生、發(fā)展

先天性和適應性免疫細胞和常駐滑膜細胞搭建起RA滑膜的細胞因子環(huán)境，后續(xù)細胞因子參與RA發(fā)病機制的每個階段并整合起相關免疫調節(jié)和炎癥事件，這不僅是RA臨床表現、進展的基礎，而且已成為減輕RA癥狀的治療選擇。

3.1TNF TNF主要由單核細胞、巨噬細胞及T細胞分泌，與TNF受體1(TNFR1)和TNF受體2(TNFR2)結合，通過NF-κB或絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑誘導炎癥、組織變性以及細胞凋亡[13]。TNF可多方向參與RA的發(fā)病機制：誘導白細胞和內皮細胞以及FLS、炎性巨噬細胞等滑膜細胞活化，細胞因子(如IL-6、IL-1β)和趨化因子擴增，血管生成以及傷害感受器活化[6]；協調組織募集和炎癥免疫細胞的存活并促進組織破壞[14]。TNF家族成員B細胞激活因子(BAFF)和外周血單核細胞(PBMC)產生的可溶性增殖誘導配體(APRIL)均能與B細胞結合，促進B細胞增殖、分化成漿細胞以產生RF和ACPA，引起B(yǎng)細胞介導的RA反應[15]。以此為基礎，KRUGLOV等[16]通過對小鼠TNF的選擇性敲除，證明了骨髓細胞產生的TNF可以通過調節(jié)滑膜成纖維細胞的活化來控制關節(jié)炎的發(fā)作，B細胞產生的TNF通過誘導自身抗體來調節(jié)關節(jié)炎的嚴重程度，T細胞衍生的TNF通過調節(jié)自身反應性T細胞的發(fā)育發(fā)揮保護作用。此外，RA中抗TNF(如英夫利昔單抗)治療的成功亦證明了TNF在RA炎癥狀態(tài)中的關鍵作用。TNF-α是由FLS、炎性巨噬細胞、T細胞、B細胞等免疫細胞分泌的關鍵炎癥介質，其過表達或失調與不同的自身免疫性疾病有關，可影響Treg細胞的功能和分化，這對于維持免疫穩(wěn)態(tài)和預防自身免疫至關重要[17]。最新研究表明，TNF-α可以增強骨細胞分泌 RANKL，從而進一步促進破骨細胞生成，打破骨破壞與骨生成的平衡，破壞關節(jié)[18]。除以上所述，TNF還可通過誘導心肌細胞凋亡對健康心肌具有心臟毒性，或許與RA患者心臟病變相關，有待于進一步研究。

3.2IL-6 在RA患者滑液中可檢測到高水平的IL-6，主要由炎性巨噬細胞及FLS分泌，水平與RA活動性相關[19]，可參與RA中破骨細胞的形成、骨和軟骨的降解及其他促炎介質[IL-1、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)]的釋放過程。通過促進B細胞分化為漿細胞，IL-6可誘導RA自身抗體ACPA的產生。IL-6亦是Th17細胞分化的必要條件，Th17細胞可分泌IL-17、TNF-α，并以初級效應器的形式參與自身免疫性疾病的發(fā)生過程，加上對Treg細胞分化的抑制，導致Th17細胞/Treg細胞的上調，更利于包括RA在內的各種自身免疫性和慢性炎癥性疾病的發(fā)展。IL-6可以促進Tfh細胞的分化，Tfh細胞可調節(jié)異位淋巴結構(ELS)，間接使RA、干燥綜合征(SS)等自身免疫性疾病惡化[20]。就RA受累關節(jié)局部而言，IL-6可誘導FLS或其他細胞中的VEGF，可與微血管內皮細胞表達的VEGF受體結合，增加了微血管的通透性，加上其原始的促炎作用，長此以往導致RA患者關節(jié)腫脹、積聚，合并與JAK/STAT通路相互作用引起的關節(jié)痛，最終導致RA關節(jié)紅腫熱痛的發(fā)生[21]。盡管RA被認定為一種主要影響關節(jié)的疾病，但RA的發(fā)生也常常伴隨其他合并癥，不單是消化系統(tǒng)的腹瀉、血液系統(tǒng)的缺鐵性貧血[22]，甚至冠心病[23]、抑郁癥危險度都可因RA患者體內IL-6水平的增加而增加。

3.3IL-1家族 RA患者關節(jié)滑膜和液體中可檢測到高水平的IL-1(IL-1α和IL-1β)，主要由巨噬細胞、單核細胞和DC分泌。RA中，IL-1與IL-1的1型受體(IL1R1)結合，通過NF-κB、激活蛋白1(AP-1)途徑發(fā)揮其促炎效應。其中，IL-1α主要作用于分子水平，通過誘導IL-1β、IL-6或TNF觸發(fā)炎癥反應，IL-1β細胞則在組織水平通過激活中性粒細胞參與先天免疫反應，促進Th17細胞分化，并通過上調RANKL及MMP，促進破骨細胞生成及軟骨破壞，在關節(jié)炎癥、軟骨退化中發(fā)揮作用[24]。

IL-33屬于IL-1超家族，在上皮細胞、成纖維細胞、DC和巨噬細胞中均有表達。IL-33通過其受體ST2(IL-1受體類似物)，激活NF-κB、MAPK通路，誘導破骨細胞分化，推動RA的發(fā)生、發(fā)展。在RA早期階段，IL-33刺激肥大細胞產生TNF、IL-6，以及RANKL、MMP的表達，造成RA患者骨及軟骨的破壞[9]。此外，目前已有試驗證明，高水平IL-33出現于RA患者血清、滑膜中，與患者RF以及ACPA的存在相關[25]。

此外，成員IL-18及IL-36亦可通過NF-κB參與RA的發(fā)生、發(fā)展。其中，IL-18可與IL-1β協同，刺激活化的滑膜T細胞產生IFN-γ并促進Th1反應的發(fā)展，或直接促進巨噬細胞驅動的TNF和IL-1的產生。IL-36則可激活MAPK和NF-κB信號通路，使IFN-γ、IL-8產生增多，刺激FLS產生促炎介質[26]，增強IL-17[27]。

3.4IL-17 IL-17主要由Th17細胞分泌，家族包括6個成員(A～F),RA患者滑膜中主要以IL-17A為主，其滑膜濃度與關節(jié)損傷及疾病活動相關，可刺激促炎細胞因子如IL-6、IL-8、IL-1β和GM-CSF的產生，介導中性粒細胞募集、B細胞活化以及破骨細胞生成，最終導致骨吸收和軟骨降解[4,10]。IL-17可上調IL-6的表達，誘導FLS釋放MMP1和MMP3，促進組織破壞，與TNF、IL-1具有協同作用，亦可直接誘導破骨細胞生成、抑制成骨細胞生成，打破骨生成與骨破壞的平衡，導致軟骨損傷和骨侵蝕[12]。此外，其在體外可增強巨噬細胞分泌IL-1、IL-6和TNF[24]。此外，IL-17A還可參與RA關節(jié)疼痛的發(fā)生，這可能與JAK/STAT通路激活及VEGF表達增加導致神經元活性上調有關[21]。

隨著RA發(fā)病機制更多細節(jié)的發(fā)現，其他相關細胞因子也陸續(xù)進入大眾視野。如IL-15在局部發(fā)炎的滑膜中激活中性粒細胞并延緩FLS和內皮細胞的凋亡，亦可增加巨噬細胞上主要組織相容性復合物(MHC)-Ⅱ的水平，從而增強CD4+T細胞的增殖。IL-23增強了RA中Th17細胞的致病性，誘導RA滑膜中Th17細胞的擴增和IL-17的產生。IL-32與TNF-α和IL-1β協同誘導滑膜炎癥。IFN-γ增強RA的抗原呈遞和巨噬細胞活化、促進破骨細胞的分化以及抑制Treg細胞分化誘導RA自身免疫反應的發(fā)生[8]，還可以誘導VCAM-1在內皮細胞上的表達，便于淋巴細胞遷移到組織[28]。

4 細胞因子在RA診療中的應用

目前臨床主要通過紅細胞沉降率(ESR)、CRP、晨僵時間、DAS28等指標來評估RA活動度，然而CRP、ESR的低特異性，晨僵時間、DAS28的主觀性，都使得它們在RA活動度評價中準確性相對較差。隨著細胞因子在RA領域研究的不斷深入，其在RA關節(jié)炎形成、骨關節(jié)破壞、血管內皮細胞損傷等方面的作用日益顯現，直接或間接影響著RA患者其他相關實驗室指標，如IL-33水平與ESR、CRP、RF以及DAS28評分呈正相關。此外，高細胞因子水平帶來的更為嚴重的炎癥以及更多的疾病活動，也預示著RA患者預后較差。基于上述，細胞因子檢測現已逐漸成為RA早期診斷、病情評估以及預后評估的重要指標。

靶向細胞因子是RA治療的主要進展。(1)直接靶向促炎因子或其受體：如TNF抑制劑能夠調節(jié)巨噬細胞表型，轉變?yōu)楦鼜姷目寡淄淌杀硇停詼p少TNF-α、IL-6、IL-12，增加IL-10，繼而通過轉錄激活因子3(STAT3)、細胞因子信號傳導3(SOCS3)以及GAS6參與的信號轉導來抑制炎癥[29]。IL-6抑制劑可誘導B細胞擴增，減少促炎細胞因子，使趨化因子基因下調，此外還可增加骨保護素，可能與阻斷 RANKL信號傳導和抑制骨吸收有關[30]。除細胞因子單一抑制劑外，參與 RA 發(fā)病機制的多細胞因子聯合阻斷或可成為治療RA的新方法。(2)靶向免疫細胞：如靶向T細胞，阿巴西普(選擇性T細胞共刺激調節(jié)劑)，可干擾T細胞的免疫激活，下調IL-6、TNF-α、IL-1β。如靶向B細胞，利妥昔單抗可消耗B細胞從而減少微環(huán)境中TNF和IL-6的產生，并可能間接作用于滑膜巨噬細胞成分。再如基于Th17細胞可轉化為毒性更強的Th1細胞，而靶向Th17細胞，進而減少IL-17、IL-23的生成，以及誘導炎性巨噬細胞快速凋亡等，都可以成為RA治療的潛在靶點。(3)靶向信號通路：如JAK/STAT通路，該靶向通路不僅可以直接抑制通路相關細胞因子表達，亦可以間接抑制TNF-α等非通路因子，從而減輕RA患者的疼痛[21]，代表藥物托法替尼可抑制STAT-1及下游炎癥靶基因的激活，改善滑膜炎的同時下調MMP、IL-6、IFN-γ、TNF等炎癥細胞因子。如MAPK通路，3，3′-二吲哚甲烷(DIM)[31]、白藜蘆醇[32]可以作用于該通路降低滑膜中TNF-α誘導的促炎因子表達，預防炎癥、保護膝關節(jié)，或可成為潛在RA的治療靶點。此外，經典的NF-κB信號通路因可調節(jié)炎癥細胞因子的表達，并能被炎癥細胞因子刺激持續(xù)激活的特性，也被認為是RA的治療靶點[15]。

細胞因子靶向藥物的迅猛發(fā)展，也使得可規(guī)避昂貴、無效治療的伴隨診斷愈發(fā)重要。伴隨診斷作為一種體外診斷，在腫瘤應用(如篩選靶向治療獲益人群、監(jiān)測治療反應等)領域已基本完備闡述，但與腫瘤不同，RA仍缺乏完備的伴隨診斷來準確預測哪些常見抗風濕藥、生物制劑或其他藥物對于哪類特定患者最有效，致使RA患者可能會接受十幾種不同的抗風濕藥治療，來嘗試實現低疾病活動度。因此，在確定最佳藥物之前，這些頻繁且昂貴的藥物更換(平均每種藥物試藥周期3個月)將使RA患者面臨藥物毒性和(或)不可逆關節(jié)損傷的風險增加，并且疾病表型也可能會隨著時間而改變。研究表明，RA患者疾病活動控制不佳的時間越長，對治療藥物的抵抗力越強，達到緩解的可能性就會越小。細胞因子相關檢測技術，如質譜流式細胞技術的發(fā)展，或許可以一定程度上填補RA伴隨診斷上的部分空白，從而相對減輕RA治療壓力。

5 結 語

RA是一種可以導致進行性關節(jié)炎性損傷、功能失調等并發(fā)癥的慢性炎癥性自身免疫性疾病，基于現有治療，全球仍有約25%患者飽受全身炎癥、持續(xù)性滑膜炎、滑膜細胞擴張(血管翳)等的困擾，在晚期出現關節(jié)畸形乃至殘疾，所以更好地了解導致RA發(fā)生、發(fā)展的分子機制及完善細胞因子監(jiān)測，無論是對RA的早期診斷、活動性判斷、用藥指導、確定新的治療靶點，還是制訂個性化治療都具有重要的臨床意義。目前針對RA發(fā)病機制的探索仍在不斷進行中，其他相關細胞因子也將陸續(xù)揭開面紗，新生物靶點的出現將為RA乃至整個自身免疫性疾病相關系統(tǒng)的診療增加新的檢測手段，為其診療開辟出一片嶄新的前景。