强直性脊柱炎相关骨化因子研究进展＊

许红飞 综述，初同伟 审校

（第三军医大学新桥医院骨科，重庆400037）

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一种慢性自身免疫性疾病，主要累及人体中轴骨关节系统，特征性病理改变是肌腱和韧带的骨附着点炎及炎症后骨化，多见于青壮年，部分患者还伴有不同程度的眼、肺、心血管、肾等其他病变。最严重的后果是脊柱强直，故重视AS骨化机制的研究十分必要。近年来，随着对AS病理研究的深入，已发现一些与骨化相关的蛋白因子参与了AS软组织骨化病理改变的过程，使得对其疾病演变过程有了更清晰的认识。AS在炎症性关节炎中占第二位，以异位骨形成导致骨硬化为特征，即肌腱端炎。肌腱端炎的病理过程是指关节囊、肌腱、韧带的骨附着点为中心的慢性炎症，炎症部位肉芽组织形成，最终肌腱端出现纤维化和骨化，最多发生在骶髂关节、椎间盘、椎体周围韧带等部位，肌腱附着点通常被认为能提供新骨形成所需的基质，以及前体细胞微小的生长平台。在新骨形成的过程中，有多种蛋白成分参与了局部组织的破坏、成骨细胞的分化增殖、血管的增生。如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth，VEGF）、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、转化生长因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）、基质金属蛋白酶3（matrix metalloproteinase3，MMP-3）。本文主要针对参与AS软组织骨化病理改变的相关蛋白进行综述。

1 VEGF

VEGF又名血管通透因子，属血小板生长因子家庭，是一种特异性促内皮细胞分裂素，能够刺激体外培养的内皮细胞成活，进行有丝分裂、分化、生长和迁移，它通过与血管内皮细胞膜上的受体结合，迅速增加细胞内钙离子浓度，经磷酸肌醇特异性磷酸酯酶C途径，特异性的促血管内皮细胞增生和血管生成［1］。有研究发现，AS患者血清中VEGF高于正常人，且与C反应蛋白、红细胞沉降率、疾病活动程度呈正相关关系［2］，VEGF基因的多态性也可能与疾病的严重程度相关［3］。在接受肿瘤坏死因子拮抗剂治疗后的患者，其血VEGF水平有明显的下降［4］，且与AS疾病活动评分（ASDAS）有一致性的改善［5］，故也可把VEGF用来作为一个评判疾病活动程度的指标。VEGF在AS中升高可能与它的促成骨作用有关。已有研究证实，VEGF具有明显的成骨作用，可以加速骨折的愈合［6］，骨化必伴有血管生成，骨化初期的血管增生标志着骨化的开始，此过程有VEGF的参与［7］。有研究运用原位杂交的方法证实了在AS活动期患者棘间韧带、骶髂关节滑膜组织中的成纤维细胞及滑膜细胞内VEGF mRNA呈强阳性表达［8-9］。可能通过以下几方面发挥作用：（1）促进局部内皮细胞分泌BMP，通过BMP介导成骨作用［10］；（2）作用于单核细胞使其向成骨细胞迁移，进而发挥成骨作用［11］；（3）诱导水解酶、组织因子、基质胶原酶等释放，改变细胞外基质，介导骨与软骨破坏［12］；（4）促进病变区域血管形成，输送更多的骨化因子到达病变部位，加速骨化的发展。

2 BMP

BMP主要位于骨髓基质细胞、骨膜细胞和骨细胞内［13］。1985年有学者观察到脱钙骨基质具有诱导成骨的能力，并发现BMP是骨形成的关键因子。BMP与其受体结合后，通过激活co-Smad信号蛋白并结合辅助因子复合物进入细胞核，调节靶基因的表达。在体内BMP具有多种生物学效应，在诱导成骨和生长与调控方面发挥着重要作用，通过旁分泌和自分泌的形式，能够诱导血管、肌肉和筋膜周围游离的和未分化的间充质细胞及纤维细胞，转化为不可逆的骨系细胞，从而促进骨折愈合，与骨、软骨、肌腱、牙周组织等形成有极为密切的关系。有研究表明，在脊柱关节病的小鼠模型中，BMP参与肌腱末端骨形成［14］，运用BMP细胞外拮抗药物noggin后，内源性BMP水平降低，延缓了关节软骨向骨形成的转化［15］。在人类BMP的noggin基因的点突变，可导致多发的关节融合及进行性关节腔狭窄［16］。目前基因重组BMP已经广泛用于临床，通过载体植入缓释、局部注射、基因治疗等途径，有效的促进骨形成，加速骨折愈合。研究证实，活动期AS患者骶髂关节滑膜组织中MBP-2mRNA强阳性表达［17］，且AS血清BMP水平与脊柱和髋关节放射学评分（BASRI）呈正相关［18］，通常伴有BMP抑制物Sclerostin表达降低［19］，说明BMP为AS病理性成骨过程中的重要的成骨因子。其机制可能为，AS活动期患者某些因子刺激邻近的骨细胞、骨膜细胞等分泌BMP-2，促进成纤维细胞向成骨细胞转化，病理性骨组织增生，破坏关节正常结构，导致关节骨性强直。

3 TGF-β1

TGF-β1是TGF-β超家族成员的核心因子，具有广泛的生物学效应，在炎症和纤维化过程中均起关键的作用。TGF-β1不同的生物学活性尤其是其前炎和抗炎的双向调节特性，文献报道它在脊柱关节病中的作用复杂多样［20-21］。有报道称，AS患者血清TGF-β1水平较健康对照者明显升高［22］，骶髂关节组织中存在 TGF-β1／Smad通路表达异常［23］，而骶髂关节又是AS的主要病变靶点，TGF-β1升高说明它在病理改变过程扮演了重要角色。TGF-β1是已知单核细胞趋化因子中最强的一种，可由多种实质细胞产生，炎症时由渗出细胞，如单核细胞、淋巴细胞等产生或分泌，在炎症早期少量TGF-β1聚焦在炎症部位，导致单核细胞向炎症部位聚焦。单核细胞数量增多后，又大量产生TGF-β1，高浓度的TGF-β1又可继续趋化和激活单核细胞，并且T细胞被吸引至炎症部位，这样就加重了病变部位的炎症。TGF-β1上调白介素等前炎症因子和MMP表达来加重关节部位的炎症，还可以促进Th17分化而参与炎症反应，并且通过与TNF-α及RANKL的协同效应诱导破骨细胞分化，对软骨和骨进行破坏［24］。除了参与炎症外，TGF-β1还能协助BMP促进骨膜生发层间充质细胞的增殖、成熟、分化为骨系细胞，加速骨组织的形成。

4 CTGF

CTGF是一种富含半胱氨酸的多肽，属于即刻早期基因家族，具有促进细胞外基质合成等作用，参与机体组织的创伤修复，在组织器官纤维化过程中起着重要作用。它不仅能促进软骨增殖和分化、软骨细胞外基质合成及血管形成，还能修复损伤的关节软骨、促进软骨再生［25］。目前认为，CTGF与TGF-β1关系密切。CTGF与TGF-β1结合后，增强TGF-β1与受体结合的能力，从而活化TGF-β1信号通路。成骨细胞中TGF-β1能诱导CTGF的表达，同时在TGF-β1诱导成骨细胞外基质产生的过程中，CTGF是其重要的下游调节器［26-27］。TGF-β1是激活CTGF的主要因子，CTGF被TGF-β1诱导分泌。AS患者骶髂关节组织中，在血管翳炎症细胞及骨髓细胞的细胞质内高表达CTGF［28］，CTGF的过度表达可诱发及增加I型胶原的合成，这可能是CTGF在AS关节病变的主要作用机制。

5 MMP-3

MMP-3是对基质起广泛作用的一种蛋白酶，是具有降解细胞外基质功能的蛋白多糖酶，其作用底物主要是蛋白多糖和糖蛋白。MMP-3一般只在炎症情况下才会高表达，它在血清中的水平高低可以作为判断AS病情活动程度的指标。Maksymowych等［29］通过对外周血中 MMP-3，软骨蛋白聚糖和Ⅱ型胶原水平及放射学的检测，证实MMP-3mRNA可以作为AS的一种独立的骨与软骨损伤的预测标记。易钊泉等［30］对MMP-3与强直性脊柱炎临床分级关系进行研究后发现，RT-PCR及凝胶成像分析系统半定量检测出MMP-3的扩增产物在ASⅠ、Ⅱ、Ⅲ级白细胞中呈递增表达，与不同炎症时期病情程度呈正相关。MMP-3不仅参与AS炎症，还是调节骨质破坏病理过程的重要因素。它对AS的关节破坏可能通过直接降解软骨和骨基质。软骨由大量的基质及少量的软骨细胞构成，细胞间质大部分为水分，其余由胶原、蛋白多糖和其他基质蛋白构成。胶原构成基质的骨架，其余成分填埋于胶原网络中间，MMP-3对基质广泛降解破坏后，软骨便失去了正常功能。软骨下骨的骨基质同样也由于MMP-3的破坏而失去了正常的结构［31］，并随着炎症的推进，骨破坏转变为骨修复增强，软骨也被增生的骨组织代替，逐渐演变为骨性强直。

6 结 语

AS是一种遗传因素占主导的多基因疾病，通过全基因扫描不仅证实了人类白细胞抗原（HLA）区域是与AS相关的重要区域，并且发现了HLA外还存在其他的AS易感区域。基础病理研究揭示了上述骨化相关的因子在AS病变部位的病理性表达，相互之间又存在错综复杂的联系，共同的结果就是促进了病变局部的骨基质形成，最终导致关节骨化强直。将来需要更多的分子生物学、遗传学、免疫学及其他相关学科的共同研究，如能找到调控这些蛋白病理性表达的方法，不失为一种治疗AS的新途径。

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