類風濕關節炎合并骨質疏松癥發病機制和相關治療藥物對骨質疏松癥影響的研究進展

鄒 琳, 崔軼霞, 張娜娜, 陳思榮

(延安大學附屬醫院 風濕免疫科,陜西 延安 716000)

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis, RA)是一種以慢性、侵蝕性、對稱性多關節炎為主要臨床表現的自身免疫性疾病。流行病學研究顯示,RA可發生于任何年齡段,其發病率隨著年齡的增加呈增長趨勢,在40～50歲人群中好發,女性發病率約為男性的3～5倍,全球發病率為0.5%～1%[1]。骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是一種以骨量降低和骨組織微結構破壞為特征的代謝性骨病,為RA常見的并發癥之一。OP給RA患者帶來嚴重不良預后,使其生活質量下降,從而大大提高了RA的致殘率和病死率。本文對RA合并OP的發病機制和RA相關治療藥物對OP的影響的研究進展進行綜述,旨在為臨床診治提供參考。

1 RA合并OP的發病機制

1.1信號轉導通路

1.1.1無翅型MMTV整合位點家族/β-連環蛋白(wingless type MMTV integration site family/β-catenin, Wnt/β-catenin)信號通路 Wnt信號通路在體內參與細胞的增殖、遷移,組織穩態、再生,胚胎發育等多種生物學過程。Wnt蛋白與卷曲蛋白受體及低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(low-density lipoprotein receptor-related protein 5/6, LRP5/6)結合,觸發經典Wnt/β-catenin通路,參與RA的發病,使間充質前體細胞和骨軟骨祖細胞分化為成骨細胞,參與成骨細胞的增殖和分化。β-catenin轉移到細胞核中,調節Osterix信號軸及Runx家族轉錄因子2(Runx family transcription factor 2, Runx2)的表達[2]。Wnt信號傳導受到卷曲蛋白受體相關蛋白、Wnt抑制因子1、硬化素和Dickkopf(DKK)家族蛋白等抑制劑的調節。硬化素拮抗LRP5/6下游信號傳導,進而抑制Wnt信號傳導,增強成骨細胞凋亡,DKK -1與LRP5/6及單通道跨膜受體Kremen1/2結合,導致復合物的內化,進而抑制Wnt信號傳導,下調骨保護素(osteoprotegerin, OPG)和上調核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand, RANKL)的表達[3]。

1.1.2骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)/果蠅與秀麗隱桿線蟲蛋白同源物(homologues of the drosophila protein, mothers against decapentaplegic and the caenorhabditis elegans protein, Smad)信號通路 BMP是轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)家族中最大的亞類,可刺激軟骨細胞的增殖和分化,Smad蛋白將TGF-β與其受體結合產生的信號從細胞質傳遞到細胞核,從而調節成骨細胞和破骨細胞分化,在骨骼發育、骨形成和骨穩態過程發揮作用[4]。BMP以Smad1/5/8(B-Smads)為信號傳導器,與細胞表面具有絲氨酸、蘇氨酸激酶活性的受體BMP受體Ⅰ/Ⅱ結合磷酸化, 磷酸化的B-Smads與Smad4形成復合物在細胞核中積累,與轉錄輔助因子或抑制因子結合后再與目標基因的調控元件結合進行轉錄調控[5]。經典BMP-Smad信號通路的每一步都受到正性或負性因子調控,骨形成蛋白和激活蛋白膜結合抑制物(bone morphogenetic protein and activating protein membrane binding inhibitor, BAMBI)被稱為TGF-β偽受體,與BMP受體Ⅰ結構相似但缺乏絲氨酸/蘇氨酸磷激酶信號傳導結構域,BAMBI與BMP受體Ⅱ結合后形成異構復合物,阻止BMP-Smad信號傳導[6]。

1.1.3磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號通路 PI3K-Akt信號通路受生長因子和細胞因子的調節,通過與受體酪氨酸激酶和G-蛋白偶聯受體結合后磷酸化胞內的酪氨酸殘基發揮作用[7]。PI3K-Akt信號通路調控成骨細胞和破骨細胞的存活和分化,進而維持骨穩態,并且與調控成骨分化的通路有密切聯系。Wnt/β-catenin信號通路受到小鼠糖原合成酶激酶-3β形成的降解復合物的調節,Akt通過磷酸化小鼠糖原合成酶激酶-3β使其失活喪失蛋白功能而影響Wnt/β-catenin通路[8]。此外,Akt可以負調控BMP-Smad通路中Smad,抑制活化的Smad1和Smad5在細胞核聚集,抑制BMP-Smad信號傳導[9]。

1.1.4Janus激酶信號轉導和轉錄激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT)信號通路 JAK/STAT信號通路是多種細胞因子、激素和生長因子的重要下游介質,在骨發育、代謝和愈合中起重要作用[10]。白細胞介素(interleukin, IL)-6通過糖蛋白130激活糖蛋白130相關的JAK,從而誘導STAT3激活的JAK/STAT通路上調RANKL,導致破骨細胞分化,骨吸收增強[11]。Wang等[12]研究發現,降低IL-6水平抑制了JAK/STAT信號通路相關基因的mRNA水平,減少了STAT1蛋白表達并增加了成骨分化,相反增強IL-6的表達增加了STAT1蛋白表達及JAK/STAT信號通路相關基因的mRNA水平,降低成骨細胞的分化。

1.1.5神經源性位點缺口同源蛋白(neurogenic locus notch homolog protein,Notch)信號通路 Notch信號通路主要由Notch受體、Notch配體、轉錄因子及Notch信號調節分子組成,也包括Notch的4種受體蛋白(Notch-1、2、3、4)及5種配體蛋白(Delta-1、3、4,Jagged-1、2),在先天性和獲得性免疫的識別、調節中發揮作用,與T細胞、B細胞及巨噬細胞等免疫細胞作用調節炎癥反應,參與RA[13-14]。此外,Notch通路在調控與維持骨穩態方面發揮重要的作用,參與破骨細胞的分化、成熟,影響軟骨形成、骨形成和骨吸收。然而,不同Notch受體-配體結合激活的Notch通路存在不同的調控作用,如Notch1/Jagged1軸抑制破骨細胞生成,而Notch2/Delta1軸促進破骨細胞生成[15]。

1.1.6Hedgehog信號通路 Hedgehog信號通路由Hedgehog信號蛋白、Ptched、Smoothened特異性受體、Gli蛋白和下游靶基因4部分構成,Hedgehog信號蛋白分為Shh、Ihh和Dhh,其中Shh分布最廣,陽性表達率高,相關研究最多[16]。經典的Hedgehog信號通路參與RA的發病。有研究發現,RA患者的Shh水平與類風濕因子(rheumatoid factor,RF)及抗環瓜氨酸肽(cyclic citrullinated peptide,CCP)抗體呈正相關,Shh信號通過細胞外信號調節絲裂原活化蛋白激酶信號介導RA成纖維樣滑膜細胞的增殖和遷移[17]。此外,Hedgehog信號通路在骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化及調控成骨細胞的增殖、分化、活性中發揮重要作用[18]。

1.1.7新興的骨質重塑調節因素 微小RNA(microRNA,miRNA)是非編碼的單鏈RNA分子,在骨細胞內發揮轉錄后的調控作用,長鏈非編碼RNA和環狀RNA參與骨代謝的調節[19]。

一些miRNA針對Wnt信號級聯的關鍵成分,通過靶向部分互補序列的mRNA來轉錄調節基因表達,導致Wnt信號的減弱或增強,例如,miR-37c、miR-23a、miR-30e通過靶向Wnt受體或共同受體(Wnt3、LRP5/6)使Wnt信號傳導減少,使成骨細胞分化減少,相反,miR-27a、miR-142、miR-29a、miR-218、miR-98、miR-335、miR-542通過靶向卷曲蛋白受體相關蛋白、DKK-1、硬化素等Wnt抑制劑和負調控因子誘導Wnt信號傳導和成骨分化[20]。此外,雖然2022年Liang等[21]針對miRNA對骨細胞活動的影響進行了探討,涉及Wnt信號通路、Runx2、BMP/Smads通路、RANKL通路等多條信號通路,雖然這些研究僅涉及動物模型和隊列研究,轉化為臨床有待測試,卻對發現OP的潛在治療靶點具有重要意義。

1.2炎癥因子 眾所周知,炎癥因子的過度表達可增加RA患者發生OP的風險,以腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、IL-6和IL-1為代表的促炎細胞因子誘導RANKL的表達刺激破骨細胞分化,增強骨吸收,打破骨形成和骨吸收間的平衡。

1.2.1TNF-α TNF-α在RA中的骨吸收作用已經被證實,推測其可能通過上調破骨細胞前體NF-κB受體活化因子和巨噬細胞集落刺激因子受體的表達,進而促進破骨細胞增殖,增強破骨細胞活性,影響破骨細胞分化[22]。然而,TNF-α不是破骨細胞形成、發生侵蝕性關節炎和骨溶解所必須的,這些改變在TNF-α缺乏的條件下也可發生。Zou等[23]認為,TNF-α是破骨細胞生成的自分泌因子,在RANKL的誘導下,破骨細胞生成增加并且隨著TNF-α的增加而增加。

1.2.2IL-1和IL-6 IL-1直接作用于破骨細胞表面的IL-1受體,激活NF-κB,在TNF-α誘導破骨細胞形成的過程中發揮橋梁作用,且通過作用于前列腺素E2的合成影響破骨細胞形成,參與多核破骨細胞形成[24]。IL-6在RA患者的滑膜中大量表達,誘導關節炎癥和損傷,軟骨退化,關節侵蝕和變窄,IL-6與IL-6受體結合由JAK/STAT信號通路介導直接促進RA患者成纖維細胞樣滑膜細胞中RANKL的表達,并且是TNF-α和IL-17誘導RANKL所必需的[25]。此外,IL-6水平與慢性滑膜炎和關節破壞的嚴重程度相關,且IL-6水平降低可作為患者良好預后的標志[26]。

1.2.3自身抗體 瓜氨酸化蛋白抗體(anti-citrullinated protein antibodies, ACPAs)通過與細胞表面瓜氨酸波形蛋白結合或形成免疫復合物調節細胞功能,ACPAs存在于RA發病的早期,在RA患者血清和關節滑膜內與破骨細胞前體細胞結合,誘導TNF-α的表達和釋放,刺激破骨細胞分化,直接誘導骨丟失[27]。與ACPAs陰性的RA患者相比,ACPAs陽性的RA患者關節周圍骨的破壞程度更明顯,骨小梁結構改變、體積變小、數量變少、網絡不均勻性增加,并且ACPAs與RF產生疊加效應,與RA侵蝕關節數目及嚴重程度有關,ACPAs和RF均陽性的RA患者關節侵蝕程度更重[28-29]。Engdahl等[30]研究發現,瓜氨酸波形蛋白所誘發關節炎較甲基化牛血清白蛋白輕,但關節周圍骨丟失更明顯,可能與抗瓜氨酸波形蛋白作用于關節周圍骨髓中破骨細胞前體和增加成熟破骨細胞的浸潤而觸發關節周圍骨丟失有關,這解釋了在RA患者早期炎癥發作前為什么骨量已經改變,甚至在ACPAs陽性而未確診的RA患者中就已經發生骨量減少。

1.3維生素D缺乏與肌少癥 維生素D缺乏與自身免疫性疾病的發病機制有關,低維生素D水平被認為是RA發病的危險因素,可抑制單核細胞向樹突狀細胞分化,減少了抗原提呈細胞向T細胞分化,且作用于B細胞,從而使免疫球蛋白的產生減少[31]。約有半數RA患者存在25-羥基維生素D缺乏(< 20 ng/ml ),中老年人低25-羥基維生素D水平與低骨量的相關性已被證明,25-羥基維生素D除了參與骨骼和鈣代謝,還在免疫調節中也發揮重要作用。有研究報道,RA患者血清25-羥基維生素D水平明顯降低,且與RA易感性有關,與疾病活動呈負相關[32]。

肌少癥是一種以肌肉質量、力量和功能低下為特征的全身性疾病,增加患者身體殘疾、生活質量低下和死亡的風險。缺乏物理鍛煉被認為是肌少癥的首要危險因素,除此之外,激素和細胞因子失衡也會導致肌肉質量和力量的損失,極端肌肉損失發生由與年齡相關的激素濃度下降及促炎細胞因子(TNF-α、IL-6)所介導[33]。Lian等[34]招募了549名來自中國的RA患者和158名對照受試者,并對其進行骨密度和骨骼肌質量測量,結果顯示肌少癥在RA患者中的發生率為61.7%,患有肌少癥RA患者的年齡、病程、血沉、C反應蛋白水平、28個關節疾病活動度評分和健康評估問卷-殘疾指數顯著升高。并且Chu等[35]研究顯示,肌少癥和維生素D缺乏對RA患者椎體骨質疏松性骨折具有協同作用,可能與維生素D不足損害肌肉功能有關。

2 RA相關治療藥物對OP的影響

2.1激素 糖皮質激素(glucocorticoids, GC)在RA的治療中運用廣泛,長期大劑量GC對骨骼產生的負面影響是眾所周知的,然而短期小劑量GC治療的作用仍存在爭議。全身性應用GC對骨形成和骨吸收有很大的抑制作用,特別是長期大劑量給藥可促進破骨細胞形成,抑制成骨細胞活性,且促進腎臟對鈣的排泄,抑制腸道對鈣的吸收,減少性激素分泌,導致肌肉萎縮和步態障礙,進而增加骨質流失和骨折風險,即使在GC停藥后,骨折風險仍可持續1年[36]。實際上,小劑量GC(<10 mg/d)可以減少RA患者的全身炎癥反應,對骨的保護作用能夠抵消其對骨的不良影響,處于疾病早期和活動期的RA患者使用小劑量GC不會出現顯著的骨密度改變,尤其是潑尼松劑量<5 mg/d[37-38]。然而,臨床上GC的不規范使用并不少見,受文化水平及診療條件等影響,大多RA患者將GC當做靈丹妙藥而長期大劑量口服,糖皮質激素性骨質疏松患者大量出現,骨質疏松性骨折也越來越多。一項基于中國人的隊列研究顯示,RA使用過GC組OP的發生率為41.6%,明顯高于未使用GC組(29.4%),并與使用療程有關,而與GC每日劑量無關,且骨量丟失多發生在GC治療的第一年,在最初治療的3～6個月,糖皮質激素性骨質疏松的患病率沒有明顯增加,維持在30.0%左右,但在治療6～12個月迅速上升,12個月后隨著GC療程的延長而向上波動[39]。為了最大限度地降低骨折風險,臨床實踐指南建議,對于預計在3～6個月內每天接受相當于5～7.5 mg潑尼松治療的患者,應給予抗OP藥物治療[40]。

2.2傳統合成改善病情抗風濕藥(disease-modifying antirheumatic drugs, DMARDs) 臨床上普遍使用GC聯合傳統合成DMARDs治療RA,目前常用的傳統合成DMARDs包括甲氨蝶呤(methotrexate, MTX)、羥氯喹(hydroxychloroquine, HCQ)、來氟米特、柳氮磺吡啶和新型小分子抗風濕藥艾拉莫德,這些藥物不僅在治療RA中具有突出作用,對骨密度也具有顯著影響。低劑量MTX(≤25 mg/周)是歐洲風濕病防治聯合會(EULAR)指南推薦治療RA的一線用藥,MTX通過上調血清OPG,降低RANKL的表達,競爭性抑制RANK和RANKL的結合以及調節RANKL/RANK/OPG通路來抑制骨破壞,與GC聯合使用可預防骨侵蝕和關節破壞[41]。然而,近年來越來越多長期使用MTX的患者出現了所謂的“MTX骨病”,發生多發性跟骨/脛骨遠端和近端以及股骨遠端干骺端不全性骨折,可能與MTX抑制原始骨髓基質細胞增殖,損害成骨細胞增殖及活性有關[42]。HCQ可能影響成骨細胞和破骨細胞形成,體外研究表明,HCQ降低了成熟破骨細胞的細胞內pH值,抑制破骨細胞的形成,導致骨吸收減少[43]。來氟米特抑制基質金屬蛋白酶(MMP-1、MMP-9)的表達,從而抑制關節骨的破壞,是唯一一個與腰椎骨密度顯著增加相關的傳統合成DMARDs[44-45]。柳氮磺吡啶可能會增加氧化應激,通過減少RANKL的表達、增加OPG的表達來抑制破骨細胞的形成[46]。艾拉莫德抑制環氧合酶-2而起到抗炎作用,抑制骨吸收,促進骨形成[47]。臨床上MTX單一療法失敗的RA患者常聯合傳統合成DMARDs進行治療,Carbone等[48]研究發現,單獨或聯合使用MTX、HCQ、柳氮磺吡啶對骨折風險沒有顯著影響。

2.3生物制劑 隨著生物制劑的問世,RA的治療有了重大突破,以TNF-α拮抗劑(英夫利昔單抗、阿達木單抗、依那西普)為代表的早期生物制劑作為治療RA的第四代藥物,具有高選擇性藥理作用及低毒副作用的特點,較傳統合成DMARDs起效更快、作用更強。TNF-α拮抗劑已經被證實可減輕RA患者關節骨侵蝕、全身骨量減少及滑膜炎,英夫利昔單抗不僅可以緩解關節炎癥,還可以減少全身骨損失和抑制肌腱炎癥[49]。阿達木單抗減輕脊柱和髖關節骨質流失,特別是在開始治療的第一年,而手部和髖部的骨密度分別在治療1年和4年后持續下降[50]。IL-6抑制劑托珠單抗能夠有效控制RA炎癥反應,延緩關節損傷,并且托珠單抗聯合MTX消除了疾病活動和關節損傷間的相關性[51]。Poutoglidou等[52]通過構建CIA模型發現,托珠單抗可使肌腱組織中TNF-α和IL-23顯著降低,并且明顯改善小梁微結構,改善肌腱形態。靶向小分子藥物JAK抑制劑托法替尼抑制JAK/STAT信號傳導進而減弱IL-6功能,促進成骨分化,降低破骨細胞的分化和活性,并且不損害軟骨分化[53]。新型生物制劑阿巴西普是治療RA的第五代藥物,直接抑制T細胞活化, 對股骨頸骨密度的增加有顯著影響[54]。

3 結論

綜上,RA和OP的發病在信號轉導通路及炎癥因子間相互作用、相互聯系,并且與維生素D水平及物理鍛煉息息相關,RA治療藥物對OP的影響也不容小覷。進一步探究這些因素與RA合并OP的關系可提供更有效的治療方式,減少RA患者骨折的發生風險,改善RA患者生活質量。