布魯菌致骨損傷機制的研究進展

[摘要]"布魯菌病是感染布魯菌導致的易侵襲骨骼和肌肉系統的人畜共患病，可給人體帶來關節痛、骨骼畸形、殘疾、勞動能力喪失等不良后果。本文擬從細菌的直接作用和免疫病理反應兩方面出發，對布魯菌致骨損傷發病機制的研究進展進行綜述，以期更深入地了解布魯菌致骨損傷的機制，更好地預防和治療布魯菌致骨損傷。

[關鍵詞]"布魯菌；布魯菌病；骨損傷；機制

[中圖分類號]"R516.7""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.05.029

感染布魯菌可導致布魯菌病，布魯菌病是一種在世界范圍內流行的人獸共患傳染病[1-3]。在中國，布魯菌病屬于國家法定報告的乙類傳染病。《2023年我國衛生健康事業發展統計公報》[4]數據顯示，2022年全國布魯菌病的發病人數為66"138例，2023年全國布魯菌病的發病人數為70"439例，位居全國甲乙類傳染病報告發病人數第5位。布魯菌病的臨床表現包括發熱，多汗，乏力，關節痛及肝、脾、淋巴結腫大等，骨骼關節是最易感染布魯菌的器官[5-6]。骨骼關節受累可導致患者喪失勞動能力或發生殘疾，極大損害患者身體健康，甚至引發疫區農牧民因病致貧、因貧致病的惡性循環[7-10]。目前，感染布魯菌引起骨骼損傷的發病機制尚未完全闡明。本文總結并分析相關文獻中布魯菌致骨損傷機制的最新研究進展。

1""骨損傷

布魯菌感染易累及骨骼和肌肉系統[11]。布魯菌病患者出現的骨關節病變是人類活動性疾病中最常見的局限性疾病[12]。研究表明10%～85%的布魯菌病患者會出現骨關節病變[13]。布魯菌具有骨關節定位的特征[14]。布魯菌所引發的骨損傷主要危害脊柱與大關節，主要病理表現是骨關節及關節周圍軟組織腫脹，導致骨質發生改變，病情嚴重時，患者可出現局限性骨質破壞和骨膿腫；隨后在骨修復的作用下，軟骨下和破壞灶周圍形成彌漫性骨質硬化，導致關節間隙變窄，甚至出現骨性強直、肌腱韌帶骨化[15]。布魯菌累及肩、脊柱、膝、骶髂等關節時，常引起游走性刺痛[15]。年齡與骨骼損傷部位有關[11，16]。脊柱是布魯菌引起的骨損傷最常見的部位，發生率為2%～53%；其中，頸椎、腰椎和骶骨是脊柱損傷常見的侵襲部位，主要引起局灶性脊柱炎和彌漫性脊柱炎[11，17-18]。布魯菌通過血液途徑播散，并發椎間盤炎；椎間盤炎是布魯菌侵襲骨關節最嚴重的表現形式，可引起骨質改變和神經后遺癥[19]。

2""骨損傷的機制

2.1""細菌的直接作用

布魯菌是一種革蘭陰性菌，其是一種無運動性、無莢膜、兼性厭氧的細胞內寄生菌，可直接與骨細胞、成骨細胞、滑膜細胞等作用而影響骨骼關節系統[20-21]。牛種布魯菌可直接與成骨細胞相互作用并在細胞內復制，抑制成骨細胞的分化和功能，誘導成骨細胞凋亡，導致骨丟失，減少成骨細胞中礦物質沉積；但牛種布魯菌不能調節成骨細胞的膠原沉積[14，20]。感染布魯菌導致前破骨細胞體積變小、鈣吸收能力下降[22]。同時，高毒性布魯菌入侵后可損害破骨細胞生長，延緩破骨細胞凋亡，延長細胞壽命，這可能與人布魯菌病患者中經常發生進行性骨關節病變和慢性感染有關[22-23]。

2.2""免疫病理反應

2.2.1""誘導趨化因子、細胞因子和金屬蛋白酶的"表達""牛種布魯菌感染成骨細胞和脂肪細胞并在其中存活，誘導炎性細胞因子、金屬蛋白酶和趨化因子的表達，這可能與布魯菌病患者骨關節表現有關[24-26]。成骨細胞轉錄因子Osterix和Runt相關轉錄因子2（Runt-related"transcription"factor"2，RUNX2）是骨形成過程中的重要轉錄因子，參與成骨細胞的分化及骨形成[27]。布魯菌感染導致脂肪細胞分泌白細胞介素（interleukin，IL）-6，IL-6通過抑制RUNX2和Osterix的表達阻礙骨形成[24，28-30]。然而有學者指出牛種布魯菌感染不能調節RUNX2的表達[12]。牛種布魯菌感染的巨噬細胞分泌腫瘤壞死因子-α（tumor"necrosis"factor-α，TNF-α）誘導成骨細胞凋亡和基質沉積[25]。牛種布魯菌感染誘導成骨細胞分泌IL-8和單核細胞趨化蛋白-1（monocyte"ehemoattractant"protein-1，MCP-1）[14]。檢測堿性磷酸酶（alkaline"phosphatase，ALP）活性變化是評估成骨細胞分化能力的方法之一。因此，ALP可作為成骨細胞分化成熟的標志物[31]。牛種布魯菌感染可降低ALP活性[20]。核因子κB受體活化因子配體（receptor"activator"of"nuclear"factor-κB"ligand，RANKL）導致破骨細胞相關基因的表達增加，從而加快破骨細胞的成熟和分化[32]。牛種布魯菌感染通過細胞外信號調節蛋白激酶1/2和p38絲裂原激活蛋白激酶信號通路誘導RANKL上調，通過誘導破骨細胞分化導致骨損失[20，25]。

2.2.2""調控自噬過程""自噬是調節成骨細胞分化、凋亡和維持骨穩態的重要環節[33]。微管相關蛋白輕鏈3（microtubule-associated"protein"light"chain"3，LC3）作為自噬相關基因的同源物，可調控自噬體的形成和成熟。其中，LC3Ⅱ是公認的自噬體標志物[34]。自噬基因Beclin1是參與自噬的特異基因，可推動自噬的進行；螯合體1（sequestosome"1，SQSTM1，又稱為p62）負責將廣泛蛋白運輸至自噬體內，并確保廣泛蛋白被有效清除[35]。牛種布魯菌感染誘導小鼠成骨前體細胞MC3T3-E1中LC3Ⅱ、Beclin1的表達增加，p62的表達減少，表明牛種布魯菌感染致MC3T3-E1細胞中的自噬被激活[12]。牛種布魯菌感染成骨細胞，促進基質金屬蛋白酶（matrix"metallopeptidase，MMP）-2分泌導致骨丟失，而MMP-2分泌依賴自噬途徑的激活[12]。牛種布魯菌感染依賴自噬體-溶酶體融合、磷脂酰肌醇3激酶活化和溶酶體蛋白酶調節成骨細胞功能，但不依賴細菌的細胞內復制[12]。骨橋蛋白（osteopontin，OPN）是骨基質中的一種非膠原蛋白[20]。OPN在細菌感染組織中對成骨細胞的功能產生負面影響[12]。牛種布魯菌感染的成骨細胞中OPN的轉錄增加，這一過程依賴自噬途徑[12]。牛種布魯菌感染抑制Osterix也依賴自噬途徑[12]。

2.2.3""調控細胞凋亡""連接蛋白43（connexin"43，Cx43）是骨骼中表達的主要縫隙連接蛋白亞型，可促進細胞間信號傳導，維持骨細胞活力[36]。牛種布魯菌感染抑制Cx43的表達，骨細胞中Cx43缺失導致細胞凋亡增加[36-37]。牛種魯菌感染影響幾種整合素的表達，誘導骨細胞凋亡[37]。牛種布魯菌感染可增加叢生蛋白、凋亡抑制蛋白、抗凋亡因子的表達，促凋亡蛋白的表達減少，從而抑制滑膜細胞凋亡[14，38]。然而，牛種布魯菌感染成熟破骨細胞時，無論布魯菌毒力如何，都不會導致細胞死亡[23]。

2.2.4""布魯菌和免疫細胞的相互作用""研究表明非特異性免疫和特異性免疫均與布魯菌導致的骨損傷有關[39]。巨噬細胞感染布魯菌時，可促進TNF-α、IL-1β和IL-6的分泌，以致破骨細胞生成；被吸引到感染部位的單核細胞/巨噬細胞與布魯菌脂蛋白發生相互作用，產生TNF-α，從而誘導破骨細胞生成；在骨環境中的促炎性細胞因子誘導成骨細胞和滑膜細胞生成MCP-1；這種相互作用產生病理性惡性循環，加劇骨損傷[14]。感染布魯菌時，巨噬細胞可刺激B細胞增長，但巨噬細胞不參與誘導B細胞表達RANKL的過程，因此巨噬細胞不能促進牛種布魯菌感染的B細胞誘導破骨細胞生成[37，40]。

牛種布魯菌感染巨噬細胞分泌IL-6，誘導T細胞分泌IL-17[41]。IL-17誘導促炎性細胞因子（TNF-α、IL-1β和IL-6）的產生，間接刺激破骨細胞的生成[14]。牛種布魯菌感染巨噬細胞分泌炎癥因子。在此炎癥環境的T細胞中，TNF-α是參與破骨細胞生成的主要促炎性細胞因子[14]。在局部炎癥環境影響下，輔助性T細胞1轉變為致病性輔助性T細胞17[14]。牛種布魯菌感染激活B細胞，B細胞又為牛種布魯菌提供感染環境[42-43]。B細胞可能有助于布魯菌慢性感染[42]。用小鼠脾臟純化的B細胞進行體外研究證明，牛種布魯菌感染可誘導促炎性細胞因子、MMP-9和RANKL的分泌[14]。RANKL和促炎性細胞因子可促進破骨細胞的形成，而骨保護蛋白（osteoprotegerin，OPG）則可抑制B細胞介導的破骨細胞生成，表明RANKL通過增強破骨細胞的分化在促進骨質吸收過程中扮演核心角色[37]。牛種布魯菌感染B細胞促進骨髓來源單核細胞形成功能性破骨細胞[37]。

2.2.5""調節內分泌""研究發現急性布魯菌病患者血清皮質醇含量相對于健康對照者顯著升高[44-45]。Pesce等[46]研究發現，皮質醇使牛種布魯菌在骨細胞中的復制增加。皮質醇抑制牛種布魯菌感染的成骨細胞中Cx43的表達[46]。皮質醇抑制破骨細胞生成，而脫氫表雄酮（dehydroepiandrosterone，DHEA）對破骨細胞生成沒有影響[46]。腎上腺類固醇不能直接調節破骨細胞分化。因此，腎上腺類固醇可誘導牛種布魯菌感染的骨細胞分泌細胞因子，這些細胞因子調節破骨細胞分化的能力不同。牛種布魯菌感染的骨細胞促進功能性破骨細胞形成，這種作用可被皮質醇抑制[46]。皮質醇增強牛種布魯菌感染對成骨細胞基質沉積的抑制作用[47]。

糖皮質激素受體（glucocorticoid"receptor，GR）是決定糖皮質激素（glucocorticoid，GC）發揮效應的重要載體[48]。細胞對皮質醇的敏感度不僅取決于血清濃度，還取決于不同GR亞型的比例[46]。GRα是介導GC作用的主要功能性受體；GRβ無法與GC結合，但可與GRα競爭性結合核內糖皮質激素反應元件，是GRα的內源性抑制因子[49]。牛種布魯菌感染可降低GRα和GRβ基因的轉錄，提高GRα/β的轉錄比例，從而促進皮質醇對骨細胞的作用[46]。皮質醇的細胞內水平取決于同工酶11β-羥基類固醇脫氫酶（11β-hydroxysteroid-dehydrogenase"type，11β-HSD）1和11β-HSD2的作用，其可將可的松轉化為皮質醇[46]。牛種布魯菌感染可促進11β-HSD1的轉錄，抑制11β-HSD2的轉錄，誘導11β-HSD1/2比值增加，以增加細胞內皮質醇的生物利用度[46]。

3""小結與展望

布魯菌具有骨關節嗜性，但其機制尚未完全闡明。布魯菌引起的骨損傷是該菌與宿主免疫系統相互作用的結果，包括布魯菌的直接作用和機體的免疫病理反應。其中，免疫病理反應較復雜，包括誘導趨化因子、細胞因子和MMP的表達，調控細胞凋亡，調控自噬過程，對免疫細胞的影響和調節內分泌等。目前，除鼠外，其他實驗動物的布魯菌病關節炎模型未見報道。因此，盡快構建多種布魯菌骨損傷實驗動物模型有利于進一步探討布魯菌致骨損傷的機制，以便尋找新的治療方案。了解布魯菌致骨損傷的機制能更好地預防和治療該病。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] QURESHI"K"A，"PARVEZ"A，"FAHMY"N"A，"et"al."Brucellosis："Epidemiology，"pathogenesis，"diagnosis"and"treatment-A"comprehensive"review[J]."Ann"Med，"2023，"55（2）："2295398.

[2] 劉佳音，"田國忠，"于高娃，"等."布魯菌多重熒光定量PCR方法的建立與應用[J]."中國人獸共患病學報，"2022，"38（4）："309–316.

[3] 李樹軍，"張玉龍，"馬龍，"等."虎紅平板凝集試驗、標準試管凝集試驗、酶聯免疫吸附方法在布魯菌病中檢測的特性及診斷效能[J]."中國熱帶醫學，"2022，"22（11）："1078–1081.

[4] 國家衛生健康委員會."2023年我國衛生健康事業發展統計公報[EB/OL]."（2024-08-29）[2025-01-19]."https：//"www.gov.cn/lianbo/bumen/202408/content_6971241.htm.

[5] 中華人民共和國國家衛生健康委員會."布魯氏菌病診斷："WS"269-2019[S/OL]."（2019-01-02）[2025-02-05]."http：//www.nhc.gov.cn/wjw/s9491/201905/b109b71e7a624256985b573944b5d292/files/55d653517e924a01bb9aadceea7d93be.pdf.

[6] 尚智鑫，"喬春梅，"王欣，"等."布魯菌病性骨關節炎影像學研究進展[J]."臨床放射學雜志，"2023，"42（5）："881–884.

[7] ZHANG"N，"ZHOU"H，"HUANG"D"S，"et"al."Brucellosis"awareness"and"knowledge"in"communities"worldwide："A"systematic"review"and"Meta-analysis"of"79"observational"studies[J]."PLoS"Negl"Trop"Dis，"2019，"13（5）："e0007366.

[8] RUBACH"M"P，"HALLIDAY"J"E，"CLEAVELAND"S，"et"al."Brucellosis"in"low-income"and"middle-income"countries[J]."Curr"Opin"Infect"Dis，"2013，"26（5）："404–412.

[9] 劉秀萍."基于“布病防控健康行”的疾病預防控制健康扶貧模式[J]."職業與健康，"2019，"35（15）："2137–2140.

[10] 杜蘭平."人間布魯菌病隱性感染隨訪結局的系統綜述和Meta分析[D]."長春："吉林大學，"2024.

[11] ESMAEILNEJAD-GANJI"S"M，"ESMAEILNEJAD-"GANJI"S"M"R."Osteoarticular"manifestations"of"human"brucellosis："A"review[J]."World"J"Orthop，"2019，"10（2）："54–62.

[12] PESCE"VIGLIETTI"A"I，"GENTILINI"M"V，"ARRIOLA"BENITEZ"P"C，"et"al."B."Abortus"modulates"osteoblast"function"through"the"induction"of"autophagy[J]."Front"Cell"Infect"Microbiol，"2018，"8："425.

[13] ADETUNJI"S"A，"RAMIREZ"G，"FOSTER"M"J，"et"al."A"systematic"review"and"Meta-analysis"of"the"prevalence"of"osteoarticular"brucellosis[J]."PLoS"Negl"Trop"Dis，"2019，"13（1）："e0007112.

[14] GIAMBARTOLOMEI"G"H，"ARRIOLA"BENITEZ"P"C，"DELPINO"M"V."Brucella"and"osteoarticular"cell"activation："Partners"in"crime[J]."Front"Microbiol，"2017，"8："256.

[15] 國家衛生健康委辦公廳，"國家中醫藥局綜合司."關于印發鼠疫等傳染病診療方案（2023年版）的通知[EB/OL]."（2023-12-14）[2025-01-20]."http：//www.nhc.gov.cn/"ylyjs/pqt/202312/75cfff021a484d0c9c200f85f2bf746b.

shtml.

[16] 周洋."布魯桿菌性脊柱炎臨床特點與手術策略[D]."烏魯木齊："新疆醫科大學，nbsp;2021.

[17] 何雄，"郭輝."布魯菌骨關節病的研究進展[J]."兵團醫學，nbsp;2·023，"21（2）："50–52.

[18] 白玉鳳，"牛娟琴，"葉建軍，"等."布氏桿菌性脊柱炎的CT及MRI表現[J]."臨床放射學雜志，"2017，"36（9）："1311–1315.

[19] ERDEM"H，"ELALDI"N，"BATIREL"A，"et"al."Comparison"of"Brucellar"and"tuberculous"spondylodiscitis"patients："Results"of"the"multicenter"\"backbone-1"study\"[J]."Spine"J，"2015，"15（12）："2509–2517.

[20] FREIBERGER"R"N，"LóPEZ"C"A"M，"SVIERCZ"F"A，""et"al."B."abortus"infection"promotes"an"imbalance"in"the"adipocyte-osteoblast"crosstalk"favoring"bone"resorption[J]."Int"J"Mol"Sci，"2023，"24（6）："5617.

[21] G?OWACKA"P，"?AKOWSKA"D，"NAYLOR"K，"et"al."Brucella-virulence"factors，"pathogenesis"and"treatment[J]."Pol"J"Microbiol，"2018，"67（2）："151–161.

[22] 王鑫，"丁家波."布魯菌病關節炎的致病機制研究進展[J]."生命科學，"2020，"32（11）："1237–1242.

[23] KHALAF"O"H，"CHAKI"S"P，"GARCIA-GONZALEZ"D"G，"et"al."Interaction"of"Brucella"abortus"with"osteoclasts："A"step"toward"understanding"osteoarticular"Brucellosis"and"vaccine"safety[J]."Infect"Immun，"2020，"88（4）："e00822–19.

[24] PESCE"VIGLIETTI"A"I，"GIAMBARTOLOMEI"G"H，"QUARLERI"J，"et"al."Brucella"abortus"infection"modulates"3T3-L1"adipocyte"inflammatory"response"and"inhibits"adipogenesis[J]."Front"Endocrinol"（Lausanne），"2020，"11："585923.

[25] SCIAN"R，"BARRIONUEVO"P，"FOSSATI"C"A，"et"al."Brucella"abortus"invasion"of"osteoblasts"inhibits"bone"formation[J]."Infect"Immun，"2012，"80（7）："2333–2345.

[26] SCIAN"R，"BARRIONUEVO"P，"GIAMBARTOLOMEI"G"H，"et"al."Granulocyte-macrophage"colony-stimulating"factor-"and"tumor"necrosis"factor"alpha-mediated"matrix"metalloproteinase"production"by"human"osteoblasts"and"monocytes"after"infection"with"Brucella"abortus[J]."Infect"Immun，"2011，"79（1）："192–202.

[27] 劉亞北，"段建華，"魏軍營."基于RUNX2/Osterix信號通路探討自擬益腎接骨湯對脛骨骨折非感染性骨不連患者骨代謝的影響[J]."國醫論壇，"2024，"39（3）："30–32.

[28] ZHANG"Y，"LI"X，"CHIHARA"T，"et"al."Comparing"immunocompetent"and"immunodeficient"mice"as"animal"models"for"bone"tissue"engineering[J]."Oral"Dis，"2015，"21（5）："583–592.

[29] CHIHARA"T，"ZHANG"Y，"LI"X，"et"al."Effect"of"short-"term"betamethasone"administration"on"the"regeneration[J]."Histol"Histopathol，"2020，"35（7）："709–717.

[30] KANESHIRO"S，"EBINA"K，"SHI"K，"et"al."IL-6"negatively"regulates"osteoblast"differentiation"through"the"SHP2/MEK2"and"SHP2/Akt2"pathways"in"vitro[J].""J"Bone"Miner"Metab，"2014，"32（4）："378–392.

[31] 陳香麗，"張慧敏，"張紫佳."骨碎補UPLC指紋圖譜與人骨肉瘤細胞MG63中堿性磷酸酶活性的譜效關系研究[J]."天然產物研究與開發，"2024，"36（2）："293–302.

[32] YAO"Z，"GETTING"S"J，"LOCKE"I"C."Regulation"of"TNF-induced"osteoclast"differentiation[J]."Cells，"2021，"11（1）："132.

[33] 陳汝娜，"魏立偉，"柴爽，"等."內質網應激與自噬交互作用在絕經后骨質疏松發病中的研究進展[J/OL]."中國藥理學通報，"2024."（2024-10-09）[2025-01-20]."https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=x0sJsLzXXbhx3C3R6OVKrC47jR7feLx0G5rtWyWs3dEgLvgGaB55F7pxmrjwXwTqTuD4VfC0gG0YzKWITNyAIeKLbM2sdf_D62GisNhXmIqZM3mjtJqTG7Od1ytyjFR8LSYsn3xSQGYqTgrEcJWrCvXGGQLT65n51BYW27iCluY=amp;uniplatform=NZKPT.

[34] MAO"X"B，"CHENG"Y"H，"XU"Y"Y."MiR-204-5p"promotes"diabetic"retinopathy"development"via"downregulation"of"microtubule-associated"protein"1"light"chain"3[J]."Exp"Ther"Med，"2019，"17（4）："2945–2952.

[35] 袁宇晴，"龍丹，"謝超群，"等."三物白散對胃癌細胞自噬相關蛋白Beclin1、LC3、p62表達的影響[J]."中醫藥導報，"2024，"30（3）："30–36.

[36] BIVI"N，"NELSON"M"T，"FAILLACE"M"E，"et"al."Deletion"of"Cx43"from"osteocytes"results"in"defective"bone"material"properties"but"does"not"decrease"extrinsic"strength"in"cortical"bone[J]."Calcif"Tissue"Int，"2012，"91（3）："215–224.

[37] PESCE"VIGLIETTI"A"I，"ARRIOLA"BENITEZ"P"C，"GIAMBARTOLOMEI"G"H，"et"al."Brucella"abortus-"infected"B"cells"induce"osteoclastogenesis[J]."Microbes"Infect，"2016，"18（9）："529–535.

[38] SCIAN"R，"BARRIONUEVO"P，"RODRIGUEZ"A"M，"""et"al."Brucella"abortus"invasion"of"synoviocytes"inhibits"apoptosis"and"induces"bone"resorption"through"RANKL"expression[J]."Infect"Immun，"2013，"81（6）："1940–1951.

[39] 劉小平."布魯菌病罹患骨關節損害的系統評價及患者血清中1，"25（OH）2D3及其可溶性受體的水平及意義[D]."西寧："青海大學，"2021.

[40] SPERA"J"M，"HERRMANN"C"K，"ROSET"M"S，"et"al."A"Brucella"virulence"factor"targets"macrophages"to"trigger"B-cell"proliferation[J]."J"Biol"Chem，"2013，"288（28）："20208–20216.