李秋鈺 包文靜

1北京大學(xué)第三醫(yī)院呼吸與危重醫(yī)學(xué)科,北京100191;2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué),呼和浩特010030

COPD是以持續(xù)性氣流受限和進(jìn)行性發(fā)展為特征的慢性氣道阻塞性疾病。COPD不僅具有肺部的炎癥反應(yīng),還具有全身的炎癥改變。COPD往往合并有肺外表現(xiàn),即COPD的系統(tǒng)性合并癥。COPD及其合并癥之間相互影響,在病情發(fā)展及預(yù)后方面具有重要意義[1]。骨質(zhì)疏松是COPD最重要的系統(tǒng)性合并癥之一,大多數(shù)人認(rèn)為COPD的系統(tǒng)性炎癥與骨質(zhì)疏松相關(guān)[2],但其中具體的細(xì)胞和分子機(jī)制尚不明了。骨保護(hù)素/核因子-κB受體活化因子的配體/核因子-κB受體活化因子(OPG/RANKL/RANK)系統(tǒng)在破骨細(xì)胞的分化中起到關(guān)鍵作用,對維持骨代謝的穩(wěn)定性具有重要意義,其中RANKL是促進(jìn)破骨細(xì)胞分化的重要分子。COPD所引發(fā)的系統(tǒng)性炎癥可能通過RANKL/OPG比例失衡導(dǎo)致骨量減少和骨質(zhì)疏松。C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)作為COPD的確定性標(biāo)志物,CRP誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化取決于其特定構(gòu)象,本文對近年來CRP在COPD的合并癥骨質(zhì)疏松中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 COPD及其合并癥骨質(zhì)疏松

COPD是一組慢性氣道阻塞性疾病的統(tǒng)稱,以持續(xù)性氣流受限和進(jìn)行性發(fā)展為特征,其發(fā)病率和病死率近年來呈增加趨勢。我國的流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示,50歲以上的COPD的患病率為13.6%[3]。COPD不僅僅與肺組織的病變有關(guān),還與COPD所引發(fā)的全身炎癥反應(yīng)及其系統(tǒng)性合并癥有關(guān)。COPD常與其他疾病同時(shí)存在(合并癥);COPD及其合并癥之間相互影響,在病情發(fā)展及預(yù)后方面具有重要意義。骨質(zhì)疏松是COPD最重要的系統(tǒng)性合并癥之一。有研究發(fā)現(xiàn)COPD患者的骨質(zhì)疏松(或骨密度降低)程度與COPD病情和肺氣腫程度呈明顯相關(guān)性[4],提示兩者之間具有內(nèi)在聯(lián)系,但其細(xì)胞和分子機(jī)制上不清楚。COPD所引發(fā)的全身炎癥反應(yīng)可能與包括骨質(zhì)疏松癥在內(nèi)的合并癥相關(guān)。研究顯示,全球COPD患者的骨質(zhì)疏松癥患病率為38%,與未患COPD的患者相比,COPD患者患骨質(zhì)疏松癥的可能性幾乎高出3倍。近來有研究表明低體質(zhì)量指數(shù)和低肌肉質(zhì)量與COPD患者患骨質(zhì)疏松癥的可能性增加相關(guān)[5]。

2 OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)對破骨細(xì)胞分化的調(diào)控

OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)對維持骨代謝的穩(wěn)定具有重要作用,是骨質(zhì)疏松發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵分子。OPG是一種分泌型糖蛋白,具有可溶性。OPG作為RANKL的假性誘導(dǎo)受體,可以與RANKL進(jìn)行競爭性結(jié)合,從而抑制破骨細(xì)胞的發(fā)育[6-7]。RANKL為含317個(gè)氨基酸的糖蛋白,為腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)家族成員,由2部分構(gòu)成：膜結(jié)合型RANKL和可溶型RANKL。成骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞可分泌和表達(dá)OPG和RANKL,不僅只有這兩種細(xì)胞分泌表達(dá)OPG和RANKL,在其他組織中也可檢測到他們的存在。RANK作為RANKL的主要受體,存在于破骨細(xì)胞等細(xì)胞表面,其主要功能是當(dāng)RANKL在破骨細(xì)胞表面與RANK結(jié)合后,進(jìn)一步激活其下游分子,從而促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化和成熟,抑制破骨細(xì)胞的凋亡。已有研究證實(shí),活化的T淋巴細(xì)胞可以表達(dá)分泌RANKL,促進(jìn)破骨細(xì)胞成熟,發(fā)揮骨吸收功能,進(jìn)而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[8]。這一機(jī)制將免疫反應(yīng)與骨質(zhì)破壞和骨質(zhì)疏松的發(fā)生聯(lián)系在了一起,為我們提供了重要的研究方向。有研究證實(shí),COPD合并骨密度減低的患者外周血血清RANKL水平以及血清RANKL/OPG比值顯著升高與COPD患者骨密度降低明確相關(guān),且同時(shí)伴有循環(huán)IL-6和TNF-α升高,提示可能是由于COPD引發(fā)的系統(tǒng)性炎癥通過RANKL/OPG比例失衡而導(dǎo)致骨量減少和骨質(zhì)疏松[9-12]。外周血血清RANKL的升高可能與Th17細(xì)胞有關(guān)[13-14]。另有研究證明COPD患者外周血中表達(dá)RANKL的中性粒細(xì)胞比例明顯升高[15],同時(shí)COPD患者外周血中活化的中性粒細(xì)胞比例升高,活化的中性粒細(xì)胞表達(dá)RANKL的比例明顯高于非活化細(xì)胞[15]。上述結(jié)果表明,COPD患者循環(huán)中的中性粒細(xì)胞可能通過表達(dá)RANKL參與骨質(zhì)疏松的發(fā)病過程,是將肺部的COPD與系統(tǒng)性合并癥骨質(zhì)疏松聯(lián)系起來的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。破骨細(xì)胞主要由RANKL驅(qū)動骨髓前體細(xì)胞分化而來,可直接介導(dǎo)骨吸收導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。

3 CRP與單體CRP(monomeric C-reactive protein,mCRP)的結(jié)構(gòu)與功能區(qū)別

CRP是一種典型的人類急性期蛋白,主要由肝臟合成分泌至循環(huán)系統(tǒng)中。CRP是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的人類急性期蛋白和可溶模式識別受體,當(dāng)機(jī)體受到損傷或病菌侵襲感染時(shí)其血漿濃度會迅速上升數(shù)百乃至上千倍,因而在臨床上被廣泛用作炎癥的非特異性標(biāo)識。最近的證據(jù)表明,CRP不僅作為臨床上炎癥反應(yīng)的非特異性標(biāo)志物,而且有可能作為炎癥疾病的潛在誘導(dǎo)因素。CRP在體內(nèi)存在2種構(gòu)象：循環(huán)天然五聚體CRP和mCRP,不同構(gòu)象的CRP具有不同的結(jié)構(gòu)和功能活性,而構(gòu)象的差異是導(dǎo)致前人諸多爭議的因素。循環(huán)天然五聚體CRP屬于五聚體蛋白家族,由5個(gè)相同的亞基通過非共價(jià)相互作用組裝而成。CRP在血液中進(jìn)行循環(huán),是COPD感染加重,病情惡化的確定性標(biāo)志物。CRP主要在肝細(xì)胞中合成和分解代謝,其在肝細(xì)胞中的合成表達(dá),主要通過IL-6在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行調(diào)節(jié),并且在較小程度上受IL-β和TNF-α的調(diào)節(jié)[16]。CRP識別面可與磷酸膽堿等配體識別結(jié)合,與識別面相對的另一面效應(yīng)面可與補(bǔ)體C1q和Fcγ受體結(jié)合。CRP識別病原體以及補(bǔ)體的后續(xù)募集和活化以及對吞噬細(xì)胞影響的能力是免疫系統(tǒng)第一道防線的重要組成部分。1983年,Potempa等[17-18]發(fā)現(xiàn)并描述,在尿素、螯合鈣離子、酸或熱條件下,CRP可以不可逆的解離為mCRP。隨后的研究發(fā)現(xiàn),多種因素都可造成CRP不可逆的構(gòu)象變化,比如與受損的細(xì)胞膜[19]、淀粉樣蛋白聚集體[20]、中性粒細(xì)胞外殺菌網(wǎng)絡(luò)[21]或酸性p H[22]通過相互作用而在發(fā)炎組織中形成mCRP。研究認(rèn)為CRP的解離只在局部發(fā)生,在凋亡細(xì)胞和活化的血小板上也存在其解離過程[23-26]。隨著五聚體結(jié)構(gòu)的解聚,CRP亞基會經(jīng)歷一個(gè)自發(fā)的不可逆的構(gòu)象轉(zhuǎn)變,呈現(xiàn)與CRP表位不同的新抗原表位。mCRP表現(xiàn)出新的構(gòu)象和抗原表位,在這個(gè)過程中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)β折疊減少而α螺旋結(jié)構(gòu)增加,并使位于蛋白質(zhì)內(nèi)部的殘基暴露出來,能與LDL和補(bǔ)體系統(tǒng)相互作用;特別是C端的198位至206位,被認(rèn)為是mCRP形成后的新生抗原表位,使得mCRP表現(xiàn)出與原五聚體蛋白不同的生理活性。mCRP具有可以更高效靈活的識別LDL變體[27]、調(diào)控補(bǔ)體系統(tǒng)激活[28]和LDL代謝的能力[27];同時(shí)筆者在腎臟病領(lǐng)域權(quán)威雜志Journal of the American Society of Nephrology上發(fā)表一篇研究文章表明,a.a.35-47介導(dǎo)了mCRP與補(bǔ)體H因子的相互作用,補(bǔ)體H因子是替代途徑激活的抑制劑,這種相互作用大大增強(qiáng)了補(bǔ)體H因子體外輔助活性,相反針對a.a.35-47的自身抗體可以抑制mCRP的這些行為[29]。同時(shí),mCRP還是多種細(xì)胞炎性因子的強(qiáng)刺激分子,并能在短時(shí)間內(nèi)顯著上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞炎性因子的表達(dá)[24,26,30-32]。mCRP很可能代表一種活性增強(qiáng)的 “功能態(tài)”CRP異構(gòu)體。盡管mCRP已被證實(shí)具有一定的抗炎潛能,但絕大多數(shù)研究表明mCRP具有促炎作用性質(zhì)并可能有助于預(yù)防動脈粥樣硬化。CRP存在于血液循環(huán)中,mCRP存在于局部的病變炎癥組織中。目前為止mCRP的受體尚未完全確定,在人中性粒細(xì)胞中mCRP可結(jié)合Fcγ-RⅢ(CD16)發(fā)揮作用。脂筏是在哺乳動物細(xì)胞質(zhì)膜中普遍存在的特殊膜微域,脂筏中富含膽固醇和鞘脂,在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用。有研究確定脂筏為mCRP優(yōu)先錨定的膜微域[33],在mCRP誘導(dǎo)的促炎應(yīng)答中發(fā)揮重要媒介作用。

4 mCRP通過RANKL調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化

CRP誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化取決于其單體構(gòu)象。有實(shí)驗(yàn)證明,在無RANKL存在的條件下,CRP與巨噬細(xì)胞僅具有較弱結(jié)合能力并且不能驅(qū)動破骨細(xì)胞分化,而mCRP能與強(qiáng)烈結(jié)合并且能夠誘導(dǎo)破骨細(xì)胞生成基因TRAP的高表達(dá)。OPG/RANKL/RANK信號通路系統(tǒng)作為破骨細(xì)胞分化過程中的關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。破骨前體細(xì)胞或破骨細(xì)胞表面的RANK受體可識別并結(jié)合RANKL,從而促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化和激活,抑制破骨細(xì)胞凋亡。為了明確mCRP是否通過RANKL來驅(qū)動破骨細(xì)胞分化,有實(shí)驗(yàn)測定了經(jīng)mCRP處理的BDMD轉(zhuǎn)錄組。結(jié)果顯示,mCRP雖顯著上調(diào)多個(gè)破骨細(xì)胞分化相關(guān)基因,但并未誘導(dǎo)RANKL或其激活型受體RANK的表達(dá),提示經(jīng)典RANKL通路幾乎不參與mCRP介導(dǎo)的下游效應(yīng),mCRP誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化并不依賴于RANKL。事實(shí)上,mCRP誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)譜與RANKL或脂多糖差異明顯且激發(fā)了不同的信號通路。由于mCRP和RANKL具有不同的作用方式,研究者嘗試尋找兩者間是否存在交互及發(fā)生相互作用的作用方式,結(jié)果顯示：當(dāng)單獨(dú)作用時(shí),RANKL對破骨細(xì)胞分化的促進(jìn)作用顯著強(qiáng)于mCRP;但當(dāng)聯(lián)合作用時(shí),RANKL的效應(yīng)似乎完全消失,而僅體現(xiàn)出mCRP的效應(yīng)。值得注意的是,五聚體CRP主要在炎癥病灶組織中轉(zhuǎn)化為mCRP[34](如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)滑膜[35]),因此無論是mCRP單獨(dú)或與RANKL發(fā)生相互作用也應(yīng)主要發(fā)生于病理性破骨細(xì)胞分化過程中。近期有研究分別得出了CRP促進(jìn)和阻止抑制破骨細(xì)胞分化的相反言論。一項(xiàng)研究報(bào)道,CRP通過誘導(dǎo)RANKL的表達(dá)促進(jìn)人外周血單核細(xì)胞的破骨細(xì)胞分化[36]。CRP還可在RANKL不存在的情況下單獨(dú)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化。另一項(xiàng)研究報(bào)道CRP通過Toll樣受體信號通路抑制Raw 264.7細(xì)胞中RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化[37]?？紤]到RANKL在病理性破骨細(xì)胞分化過程中的主導(dǎo)作用,我們推測mCRP對病理性破骨細(xì)胞分化的總效應(yīng)可能是阻止抑制性的,即病理性破骨細(xì)胞分化中mCRP可能是通過拮抗RANKL來對機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用。我們推測mCRP通過物理作用進(jìn)而對RANKL的活性產(chǎn)生了抑制效應(yīng),有研究表明mCRP和RANKL之間的物理作用主要是由膽固醇結(jié)合固有序列aa35-47(CBS)介導(dǎo)的。

5 應(yīng)用

雖然mCRP是一種有效的促炎分子,但它也具有抗炎作用[27-28]。因此,mCRP在疾病中的促進(jìn)或阻止抑制可能與疾病背景和疾病過程有關(guān)。事實(shí)上已有報(bào)道,mCRP在早期動脈粥樣硬化形成中具有保護(hù)作用[38]。最近,申請者證實(shí)mCRP可能通過募集補(bǔ)體旁路途徑重要的剎車因子H因子而在狼瘡性腎炎中起保護(hù)作用,并且針對mCRP重要的肽段aa35-47的自身抗體會消除這種保護(hù)效應(yīng)從而表現(xiàn)出更差的預(yù)后反應(yīng)[29]。值得注意的是,補(bǔ)體激活失調(diào)參與動脈粥樣硬化和狼瘡性腎炎的發(fā)生,這可能解釋了mCRP對機(jī)體的保護(hù)作用。然而,在COPD合并骨質(zhì)疏松患者中,破骨細(xì)胞分化失調(diào)是一種重要致病機(jī)制,因此mCRP可能通過中和RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成發(fā)揮保護(hù)作用。由于體外實(shí)驗(yàn)顯示mCRP可對RANKL誘導(dǎo)的破骨分化產(chǎn)生抑制作用,同時(shí)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中通過擬敲除CRP基因,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖然對小鼠骨穩(wěn)態(tài)無影響,但會顯著增加脂多糖誘導(dǎo)條件下骨組織炎性浸潤和破骨細(xì)胞數(shù)目,但上述實(shí)驗(yàn)均為體外實(shí)驗(yàn),需要在體內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)研究者可以在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中考慮引入CRP Knock-in動物模型,在CRP基因過表達(dá)的情況下是否對骨破壞和炎癥狀態(tài)發(fā)揮其保護(hù)作用,對CRP基因的作用進(jìn)行雙向驗(yàn)證。

6 前景

通過認(rèn)識COPD合并骨質(zhì)疏松患者中RANKL、CRP、mCRP對破骨細(xì)胞分化的影響以及他們之間的相互作用,為進(jìn)一步探索COPD合并骨質(zhì)疏松的細(xì)胞和分子機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。CRP以構(gòu)象依賴性方式調(diào)節(jié)病理性破骨細(xì)胞的分化。通過認(rèn)識COPD合并骨質(zhì)疏松患者中RANKL與CRP、mCRP的關(guān)系,知曉CBS能夠通過物理結(jié)合的方式中和RAKL的活性,可為將來通過免疫分子途徑干預(yù)或治療COPD的合并癥骨質(zhì)疏松提供科學(xué)依據(jù)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突