探討IL-17基于RANKL/RANK/OPG通路對類風濕關節炎骨破壞的作用機制

羅豐 王秋燚 綜述 姚血明△ 審校

(1.貴州中醫藥大學,貴州 貴陽 550001;2.貴州中醫藥大學第二附屬醫院,貴州 貴陽 550001)

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種致殘率較高的自身免疫性疾病,臨床主要以對稱性小關節受累為主的持續性多關節炎,發病時常伴有明顯晨僵、關節屈伸不利、腫脹、疼痛等不適,疾病后期可出現致殘、致畸等,嚴重影響患者的生活質量[1]。流行病學調查顯示,全球范圍內RA的患病率為0.24%[2],發達國家為0.3%～1%[3],中國為0.28%～0.45%[4],且發病率逐年增長。RA的病因至今未明,病理主要以滑膜炎、血管炎形成為主,造成關節軟骨和骨破壞。骨破壞是RA患者關節畸形、功能喪失等一系列臨床問題的關鍵,它貫穿于整個RA的發展過程[5]。骨量的相對穩定狀態是成骨細胞(osteoblast,OB)的骨形成與破骨細胞(osteoclasts,OCs)的骨吸收共同作用的結果,RA患者骨破壞的重要原因是由于兩者之間的失衡所致,即骨吸收增強而骨形成不足[6]。據文獻[7]報道,白細胞介素-17(InterLeukin-17,IL-17)可通過介導核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)/核因子κB受體活化因子(receptor activator for nuclear factor-κB,RANK)/骨保護素(Osteopro-tegerin,OPG)信號軸誘導OCs生成,影響RA中的滑膜炎癥及骨破壞程度,進而改變RA病情發展方向。因此,有效地抑制骨破壞發生、發展是控制RA病情發展的重要措施。本文就相關文獻探討IL-17通過RANKL/RANK/OPG通路對RA骨破壞的作用機制。

1 IL-17與RA骨破壞

IL-17是新型炎癥細胞因子家族的成員之一,其家族包括6個成員配體(IL-17A至IL-17F)和5個受體(IL-17RA至IL17RD和SEF),該細胞因子家族是由Th17細胞分泌,并誘導滑膜細胞和間充質細胞分泌IL-6和IL-8,從而導致炎癥的產生[8]。IL-17最初被鑒定為新型CD4+T淋巴細胞(CD4-Positive T-Lymphocyte,CD4+T細胞)亞型,CD4+T細胞在激活和擴展后,發展成具有不同細胞因子特征和不同效應功能的T細胞子集,T細胞又被分成輔助性T細胞1(T helper cell 1, Th1)和輔助性T細胞2(T helper cell 2, Th2),而IL-17則產生于輔助T細胞的第三個子集[9]。研究[10]發現,IL-17家族在自身免疫、感染和炎性疾病方面參與各種免疫應答。A.Hot等[11]發現IL-17A和IL-17F誘導基因依賴于核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)蛋白的激活,而少數基因受p38絲裂原活化蛋白激酶(p38mitogen-activated protein kinase,p38MAPK)的調控,IL-17A誘導MAPK以及下游轉錄因子AP-1和p65 NF-κB的激活,得出IL-17A與IL-17F與RA易感性存在關聯,從而發現兩者通過相關信號通路參與了RA在內的一些自身免疫性疾病。還有相關研究[12-13]表明,RA患者的關節腔積液存在異常增生的IL-17,IL-17不僅能影響RANKL/RANK/OPG信號通路的表達,也會影響OCs的表達,導致成纖維樣細胞(Fibroblast,FLS)生成,進而刺激OCs的分化。IL-17主要通過促進關節OCs的增殖與分化,引起關節軟骨的破壞與疏松;在滑膜組織內,IL-17可以上調RA FLS中RANKL mRNA的表達,IL-17誘導的RANKL表達通過抑制NF-κB和激活蛋白而降低,得出即使沒有外源性RANKL/RANK/OPG信號通路的表達,IL-17也能誘導OCs的生成[14-15]。所以,IL-17引起RA骨破壞可能是促進OCs和FLS的活化與增殖。

2 RANKL/RANK/OPG與骨破壞

2.1 RANKL/RANK/OPG組成及生物學功能RANKL是一種由腫瘤壞死因子配體的超家族成員11(tumor necrosis factor superfamily member 11,TNFSF11)基因產生的一種蛋白質,該基因不僅位于人染色體13q14上,并位于小鼠14號染色體上,RANKL是由細胞內、胞外、跨膜三部分組成的Ⅰ型跨膜蛋白,核心結構由158個由胞外羧基端的氨基酸組成,并有數條β型折疊構成,為TNF家族同源性結構域[16]。RANKL在正常生理條件下主要分布于免疫、骨骼和循環系統,且表達于OB、FLS、內皮細胞以及骨髓間質細胞中,他們通過細胞之間的接觸,激活信號的傳導促進了OCs的活化,并使RANKL參與骨破壞,以OB、活化T細胞和滑膜細胞的分泌為主,通過自分泌與旁分泌的方式與RANK結合發揮生物效應[17]。人體的各種組織中均可以檢測到RANKL表達,但是在骨組織中的表達比在心臟、腎臟等更為強烈,盡管有多種細胞因子參與破骨細胞前體(osteoclast precursors,OCPs)向OCs的分化過程,但是有研究[18]認為RANKL仍然是目前唯一可以促進OCPs分化、成熟的細胞因子。RANK屬于腫瘤壞死因子受體超家族(tumor necrosis factor receptor superfamily,TNFRSF) 的一員,它的基因位于18q22.1,是一個Ⅰ型的跨膜蛋白,含有616個氨基酸,其人、鼠同源性為60%[19]。RANK主要在單核巨噬細胞系統中表達,其中包括OCs及前體細胞、淋巴細胞、內皮細胞、FLS等,并在乳腺上皮細胞、OCs、軟骨細胞、樹突細胞、活化的T細胞及B細胞等細胞中均有RANK蛋白的表達,它的mRNA主要分布于結腸、肌肉、胸腺、腎上腺等組織[20]。OPG蛋白是1997年W.S.Simonet等[21]在大鼠腸cDNA文庫測序實驗發現的。OPG是RANKL的一種可溶性誘導受體,也被稱為破骨細胞抑制因子,是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)受體家族之一,它還是一種生長因子受體,主要由骨細胞產生,主要通過抑制RANK-RANKL受體相互作用來防止骨細胞的形成和吸收[22]。RANKL/OPG系統與骨代謝關系密切,RANKL是骨細胞生成所需的配體,骨鈣蛋白(osteocalcin)是RANKL的誘餌受體,RANKL與RANK系統主要通過胞內信號轉導,調控基因表達,促進OCs分化,從而誘導OCs再形成,最終導致骨質破壞[23]。OPG具有抗內皮細胞凋亡,促進血管內皮細胞成熟等作用,它有著抑制破骨細胞前體細胞的分化,抑制成熟OCs的骨吸收活性并誘導其凋亡的功能[24]。

2.2 RANKL/RANK/OPG通路與骨破壞的研究骨重塑過程是由骨細胞組成的,也就是OB的骨形成、OCs的骨吸收以及骨細胞之間平衡的結果。源自造血干細胞譜系的OCs是參與骨吸收的主要細胞,在RA和骨質疏松等風濕性疾病中,平衡被破壞并發生有利于骨吸收的變化,因此,闡明OCs形成和骨吸收的機制至關重要。RANKL/RANK/OPG系統參與了骨細胞成熟、骨構建和骨重塑的過程[25],而RANKL和OPG是此信號系統的主要元件。在一些研究[26-27]中,RANKL/RANK/OPG途徑通過調控OCs的活性而影響骨代謝,OPG能抑制RANKL的活性,從而激活它的配體,而骨細胞通過OPG和RANKL的分泌來調控骨吸收,促進骨細胞的分化和成熟,通過OPG與RANKL的結合,抑制骨細胞分化,這說明上調OPG/RANKL的比率,可以抑制骨質疏松癥[28]。OCs與RA骨質破壞具有密切的關系,而RANKL是一種OCs分化因子,其在OCs分化中具有重要作用,RANKL在RA患者的滑膜組織中高度表達,并參與OCs的形成,從而導致RA中的骨破壞[29]。RANKL和OPG分別是TNF和TNF受體超家族的成員,與RANK的結合不僅可以調控正常骨構建和骨重塑中OCs的形成,而且也有其他一些以骨轉換增加為特征的病理狀況[30],RANKL/OPG通路的發現有助于理解骨形成和骨吸收是如何處理和調控的,可以作為一種新的骨治療策略。OPG在骨代謝調節中具有重要的作用,它與 RANKL之間存在著密切的關系,OPG對 OCs的分化、激活、 OCs的凋亡以及對骨的再吸收有一定的影響,因此,OPG/RANKL比值是OCs衡量骨吸收程度的一個重要指標,研究人員可以將OPG作為一種有待研究的潛在創新治療選擇。

3 IL-17通過RANKL/RANK/OPG通路調控RA骨破壞

目前,IL-17促進RA骨破壞的機制可能與間接產生IL-1、IL-6和TNF-α有關,從而加重關節破壞,RANKL/RANK/OPG通路的平衡失調會促使OCs分化,導致破骨增加而成骨減少。IL-17可以通過調節RANKL/RANK/OPG 通路對OCs和OB的活化產生重要影響,IL-17是RA免疫異常的關鍵因素,OPG與RANKL結合,可以抑制骨細胞骨吸收,IL-17可以通過改變RANKL/OPG的比例促進OCs的形成,引起骨質破壞,所以,RANKL/OPG通路是骨重吸收和形成之間的耦合因子[31]。有研究[32]發現在RA患者中的血清、組織及關節液中可以觀察到RANKL水平升高,而OPG減少。Y.Nakano等[33]通過對人牙髓細胞研究發現IL-17在體外增加人牙髓細胞中RANKL的mRNA表達,而且,還有研究[34]表明在對人牙周膜細胞的實驗中,IL-17可以明顯增強RANKL的表達和抑制OPG形成,并進一步發現IL-17可以通過NF-κB 調節RANKL與OPG的表達。R.Ganesan等[35]通過實驗發現IL-17與RANKL表達式依賴于IL-17/IL-17RA/信號傳導及轉錄激活蛋白-3(signal transducer and activator of transcription-3,STAT-3)的信號級聯,IL-17RA對STAT-3活化的抑制,降低了關節炎大鼠的IL-17對RANKL表達及其骨細胞的生成潛力,這為IL-17信號級在RA中產生RANKL的重要作用提供了重要證據。還有研究[36]發現IL-17可以強化RANKL信號通路,刺激OCs分化,參與RA的骨破壞。呂英姿等[37]通過臨床試驗發現IL-17可以通過STAT3信號通路的表達,抑制IL-17誘導的RANKL表達增多,使IL-17對OPG的生成具有抑制作用,得出STAT3參與誘導RA關節滑膜炎癥和骨質破壞的過程。還有研究[38]報告指出IL-17可以誘導RANK表達的受體,對OCs生成和骨質吸收有著重要的作用。RANKL可與破骨細胞前體RANK結合,促使破骨前體細胞分化為OCs;IL-17刺激滑膜FLS或OCs誘導RANKL高表達,進一步對破骨細胞前體產生作用;IL-17通過誘導TNF-α、IL-1、IL-6等致炎因子的產生,從而促進 RANKL的表達,從而介導破骨細胞前體向 OCs的分化,從而導致骨質破壞。

4 小 結

IL-17在RA疾病發生發展過程中不僅發揮致炎作用, 還參與了RA骨和軟骨的破壞。在骨細胞的微環境中,OB與OCs之間存在復雜的生物學功能,二者之間相互影響、相互聯系,OCs的過度分化會導致骨形成與骨吸收平衡失調,最終引起骨破壞。雖然IL-17主要與組織炎癥的誘導有關,但IL-17的其他生物學功能,包括其創面愈合功能,還有待進一步深入研究。IL-17在最近幾年被認為是一種很有前景的風濕性疾病的治療目標,而且其抑制劑已經開始在臨床中得以應用,如司庫奇尤單抗等治療RA的臨床研究正在進行之中,并且在臨床上阻斷IL-17或其受體證明是有效果的,但是關于治療性阻斷IL-17的安全性問題是什么,我們還有待探索。RANKL/RANK/OPG信號通路受體激活劑的發現幫助了解如何處理和調節骨形成和吸收,RANKL/OPG比值的升高,是RA患者關節破壞和骨侵蝕的重要分子生物機制之一。RA的早期表現為骨質疏松,晚期則發展為骨破壞。深入了解OCs的病理過程及骨形成和骨吸收機制,觀察并干預促進RA活性的細胞因子,可有效預防 RA患者的致殘,降低其死亡率,為臨床防治RA提供了有力的依據。

利益沖突說明/Conflict of Intetests

所有作者聲明不存在利益沖突。

倫理批準及知情同意/Ethics Approval and Patient Consent

本文為綜述,不涉及醫學倫理審查和知情同意。