高月 唐芳 馬武開 蘭維婭 蔣總 金澤旭 彭金龍 秦瑤

(1貴州中醫(yī)藥大學(xué),貴州 貴陽 550002;2貴州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科)

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)全球發(fā)病率為0.5%～1.0%,我國(guó)發(fā)病率為0.42%,患病人數(shù)超過500 萬〔1,2〕。RA 患者在病程5～9年、10～14年及≥15年的致殘率分別為43.5%、48.1%、61.3%〔3〕,骨質(zhì)破壞是其關(guān)節(jié)畸形甚至功能喪失的重要因素,引起RA骨破壞的具體分子機(jī)制復(fù)雜,尚在研究明確階段。目前,有研究稱Wnt/β-連環(huán)蛋白(catenin)信號(hào)通路和骨保護(hù)素/核因子-κB受體活化因子配體/核因子-κB受體活化因子(OPG/RANKL/RANK)信號(hào)通路是調(diào)節(jié)RA骨代謝,改善骨質(zhì)破壞的2條重要通路〔4〕。當(dāng)前治療RA骨破壞的藥物大多數(shù)屬于生物抑制劑,且療效并不顯著。本文擬綜述RA骨破壞與Wnt/OPG信號(hào)通路軸之間的相關(guān)性,為治療RA骨破壞提供新思路、新靶點(diǎn)。

1 RA骨破壞

骨代謝是指破骨細(xì)胞(OC)通過骨吸收過程除去陳舊骨或受損骨,成骨細(xì)胞(OB)形成新骨以替代舊骨或受損骨的過程〔5,6〕。這兩種骨細(xì)胞互相作用,相互影響,形成平衡狀態(tài),這就構(gòu)成了正常骨代謝過程中至關(guān)重要的一步。OB和OC之間的平衡狀態(tài)會(huì)受到諸多因素及物質(zhì)的影響,比如炎癥因子、激素〔7〕等,從而形成病理形態(tài)。所以一旦OB和OC之間的平衡被打破,人體內(nèi)的骨代謝過程將不能維持骨量恒定和骨組織的相關(guān)功能,從而導(dǎo)致相關(guān)疾病,如骨質(zhì)疏松(OP)、RA、骨關(guān)節(jié)炎(OA)等的發(fā)生,表現(xiàn)為骨痛、骨骼畸形、骨折等臨床癥狀。

RA是全球慢性殘疾的主要原因之一,以侵蝕性、對(duì)稱性多關(guān)節(jié)炎為主要臨床表現(xiàn)的慢性、全身性自身免疫性疾病,基本改變?yōu)榛ぱ?、血管翳、關(guān)節(jié)軟骨及骨的破壞,最終導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形和功能喪失〔8,9〕。其中骨破壞發(fā)生的主要形式包括關(guān)節(jié)邊緣和軟骨下骨的局灶性骨侵蝕;鄰近炎癥關(guān)節(jié)的骨丟失;系統(tǒng)性骨丟失〔10〕。在RA發(fā)生早期,關(guān)節(jié)周圍即會(huì)出現(xiàn)骨侵蝕或骨破壞現(xiàn)象,并隨著病情的進(jìn)展而逐漸加重,同時(shí)也會(huì)發(fā)生廣泛性骨丟失,如OP的出現(xiàn)〔11〕。RA中除了自身抗體如抗瓜氨酸蛋白抗體(ACPA)等的產(chǎn)生影響OC生成分化之外,滑膜炎癥導(dǎo)致滑膜增厚、肥大,從而侵犯周圍軟骨和骨,最終引起RA骨破壞的發(fā)生〔10,12〕。骨破壞是RA活動(dòng)性標(biāo)志之一,提示疾病預(yù)后較差,需要高度重視〔13〕。

RA骨破壞發(fā)生的主要分子機(jī)制是炎癥、免疫因子等引起的骨代謝失衡,OC骨吸收增加,OB骨形成減少〔14〕。根據(jù)組織病理學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),RA中被破壞的骨表面存在大量OC〔15,16〕。Liu等〔17〕建立RA大鼠模型-CIA大鼠,對(duì)其踝、膝關(guān)節(jié)進(jìn)行病理檢測(cè),可見CIA大鼠踝、膝關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)和骨破壞嚴(yán)重。萬磊等〔18〕收治20例RA患者,進(jìn)行股骨頸、腰椎L2～L4、雙前臂的骨密度測(cè)定和骨形成、骨吸收標(biāo)志物測(cè)定,結(jié)果顯示與正常組相比,骨密度值明顯下降,骨形成和骨吸收標(biāo)志物略有改變。其中,眾所周知,OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路的激活與OC活性增強(qiáng),導(dǎo)致骨吸收增加,骨量下降,而Wnt/β-catenin信號(hào)通路與OB激活,骨生成增加相關(guān)。這2條信號(hào)通路的相互作用以調(diào)控RA骨代謝的機(jī)制值得進(jìn)一步探索,并以此為基點(diǎn)尋找出抗RA骨破壞的治療手段。

2 Wnt/OPG信號(hào)通路軸

2.1Wnt/β-catenin信號(hào)通路 Wnt/β-catenin信號(hào)通路是一類主要由β-catenin介導(dǎo)的、多種蛋白參與的高度保守的信號(hào)通路〔19〕。其從胚胎時(shí)期至人生長(zhǎng)發(fā)育期間,參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡,影響人體各種生理病理過程。當(dāng)受體卷曲蛋白(FZD)與單跨膜分子低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP5/LRP6)協(xié)同,形成FZD-LRP二聚體時(shí)結(jié)合Wnt配體,Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活。從而抑制β-catenin磷酸化,使β-catenin在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)積累,隨后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與T細(xì)胞因子/淋巴樣增強(qiáng)因子(TCF/LEF)結(jié)合,參與相關(guān)靶基因的表達(dá)或轉(zhuǎn)錄以促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)向OB分化。Wnt/β-catenin信號(hào)通路的抑制因子如DKK1、骨硬化蛋白(SOST)在OC骨吸收的作用廣受關(guān)注。有研究表明,Wnt/β-catenin信號(hào)通路參與骨免疫調(diào)節(jié),在相關(guān)疾病中,TNF-α等炎癥因子激活DKK1,從而使OB骨形成減少,OC骨吸收相對(duì)增多〔20〕。

2.2OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路 OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路作為免疫系統(tǒng)中的骨代謝家族新成員之一,是OC生成分化,導(dǎo)致骨吸收的顯著標(biāo)志物〔21〕。在20世紀(jì)90年代末,研究者們明確了此信號(hào)通路主要由RANKL、RANK、OPG同屬于TNF和其受體超家族的3個(gè)因子共同組成〔22,23〕。RANKL又稱為OPG配體(OPGL)、破骨細(xì)胞分化因子(ODF),屬于一種Ⅱ型跨膜蛋白,主要由OB或T細(xì)胞產(chǎn)生后形成一種同源三聚體蛋白,與其受體RANK結(jié)合〔24〕。RANK主要由OC前體細(xì)胞、成熟的OC和免疫細(xì)胞,如樹突細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞所表達(dá)〔25〕。除了RANKL和RANK,OPG同樣是此信號(hào)通路中的重要組成部分之一。1997年Lacey等〔26〕研究者在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其能夠阻止OC生成,與骨吸收過程相關(guān)。經(jīng)過多年研究證實(shí),OPG作為RANKL可溶性誘餌受體,屬于同源二聚體蛋白,同樣由OB生成,能夠同RANK競(jìng)爭(zhēng)性與RANKL結(jié)合,使RANKL/RANK信號(hào)軸失活,抑制OC生成分化,激活相關(guān)免疫因子,起到骨保護(hù)作用〔23,27〕。

近年來,對(duì)與OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路與骨代謝過程的研究得到廣泛關(guān)注。當(dāng)特定因子如炎癥因子作用于此信號(hào)通路,刺激RANKL與RANK結(jié)合,招募銜接蛋白TNF受體相關(guān)因子(TRAFs),其中TRAF6與此信號(hào)通路中的RANK在OC前體細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)的連接最為合適,隨后激活TNF-κβ、C-Fos等因子,使活化T細(xì)胞核因子(NFATc1)表達(dá)上調(diào),最終促進(jìn)OC分化〔28～30〕。從上述得知,此信號(hào)通路中涉及OC與OB的生成分化,RANKL/RANK信號(hào)軸促進(jìn)OC生成分化,而OPG/RANKL的比率上升則意味著骨吸收減少,這為探究以骨破壞為病理特征疾病的治療手段提供新思路。

2.3Wnt/OPG信號(hào)通路軸 Wnt/β-catenin信號(hào)通路和OPG/RANKL/RANL信號(hào)通路分別調(diào)控骨代謝過程中的OB和OC生成分化。OC骨吸收與OB骨形成相輔相成,OB產(chǎn)生RANKL和OPG以調(diào)控OC骨吸收,共同完成一次新骨與破損骨之間的轉(zhuǎn)換更替〔24〕。當(dāng)Wnt/β-catenin信號(hào)通路被激活,OB生成增加,刺激更多OPG的產(chǎn)生,OPG與RANKL結(jié)合更為容易,OPG/RANKL比率上升,從而使RANKL/RANK信號(hào)軸失活,OC生成減少,以調(diào)控骨代謝〔31,32〕。針對(duì)這一機(jī)制,有研究者提出Wnt/β-catenin信號(hào)通路可通過改變OPG/RANKL比率影響骨生成〔33〕。

Glass等〔34〕通過細(xì)胞和分子實(shí)驗(yàn)表明β-catenin與TCF蛋白通過調(diào)控OPG以影響OB表達(dá),抑制OC分化。隨后,Kramer等〔35〕通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明β-catenin缺陷小鼠OPG表達(dá)下降,OPG/RANKL比率減低,從而OC骨吸收增加,導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)骨量減少,證明β-catenin是骨細(xì)胞表達(dá)OPG所必需的。Huang等〔36〕實(shí)驗(yàn)證實(shí),口腔科中大顆粒噴砂酸(SLA-LI)表面種植體通過Wnt-RANKL/OPG信號(hào)軸可增強(qiáng)其在體內(nèi)的骨形成、骨融合。從上述可知,Wnt/OPG信號(hào)通路軸與骨代謝相關(guān),為更進(jìn)一步研究Wnt/OPG信號(hào)通路軸與RA骨代謝失衡之間的具體分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

3 Wnt/OPG信號(hào)通路軸與RA骨破壞

在RA中,Wnt/β-catenin信號(hào)通路的抑制因子DKK1表達(dá)量上升,抑制其激活,導(dǎo)致OB生成減少,骨破壞加重〔37〕。Ruaro等〔38〕進(jìn)行臨床研究,表明RA活動(dòng)期患者血清DKK1水平明顯升高,加速骨丟失和骨破壞。然而,RA中骨破壞發(fā)生機(jī)制也與OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路失調(diào)控相關(guān)〔39,40〕,其中RANKL是引起RA骨破壞的主要因子之一,能夠與RANK結(jié)合后激活此信號(hào)通路,與巨噬細(xì)胞集落因子(M-CSF)共同作用以促進(jìn)OC前體細(xì)胞分化成OC,引起RA骨破壞〔41〕。Sun等〔42〕通過在CIA大鼠模型的關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射激素藥物,使RANKL表達(dá)量上升,顯微(micro)-CT可見比模型組更明顯的骨質(zhì)破壞。近年來,RANKL作為RA治療骨質(zhì)破壞的潛在靶點(diǎn)之一,研究RANKL拮抗劑稱為熱點(diǎn)〔43〕。同時(shí),OPG作為RANK的競(jìng)爭(zhēng)性受體,可以抑制OC生成分化,也成為探索RA骨破壞治療方法的目的因子之一。Hairul-Islan等〔44〕進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究獐芽菜苦甙通過OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路抑制RA骨破壞的發(fā)生機(jī)制,表明此物質(zhì)能增加OPG表達(dá)水平以表現(xiàn)出抗OC活性。

Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)RA骨代謝的調(diào)控與OPG/RANKL比率的變化密切相關(guān)〔45〕。但是,目前Wnt/OPG信號(hào)通路軸在RA骨破壞中發(fā)揮的具體分子機(jī)制尚未明確,需要更進(jìn)一步的研究。

綜上,RA的病理特征包括血管翳生成,滑膜炎癥產(chǎn)生,骨及軟骨破壞,其中骨及軟骨破壞一直伴隨著RA的病程進(jìn)展。若治療不當(dāng)會(huì)加重病情,嚴(yán)重影響RA患者生活質(zhì)量。Wnt/β-catenin信號(hào)通路和OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路在人體骨代謝中都起到重要作用,兩者通過OB的生成和OPG的產(chǎn)生進(jìn)行相互作用。通過Wnt/OPG信號(hào)通路軸研究RA骨代謝,不但可以進(jìn)一步明確RA骨破壞發(fā)生的具體分子機(jī)制,還可以為探尋治療RA骨質(zhì)破壞的方法,提高RA患者疾病后期的生活質(zhì)量提供一種全新思路。