强直性脊柱炎发病机制的研究进展

丁繁荣，姜萍，刘巍

(山东中医药大学，济南250014)

强直性脊柱炎(AS)是一种慢性进行性免疫性疾病，其病理特征是骶髂关节的骨侵蚀、附着点炎及后期的骨性强直。AS的发病机制尚不明确，目前认为与遗传、感染等因素有关。人类白细胞抗原B27(HLA-B27)是人类主要组织相容性复合体(MHC)Ⅰ类分子，主要作用是向T细胞提呈内源性抗原。HLA-B27是最早发现的与AS相关的风险因素，90%的AS患者呈HLA-B27阳性，但这也表明HLA-B27并不能完全解释AS的发病。随后与AS风险基因关联分析筛选发现存在非MHC区域的高风险基因，尤以内质网氨基肽酶1(ERAP1)和白介素23受体(IL-23R)为主。EARP1在抗原提呈中负责调整抗原肽长度，是APC激活免疫应答的重要一环；IL-23是促炎症性细胞因子，主要促进Th17细胞增殖，而Th17细胞与免疫性疾病有密切关系，提示IL-23在AS发病中有重要作用。此外，炎症性肠病(IBD)作为以AS为典型的脊柱关节病的常见关节外表现，二者间的相互作用也有很多研究报道，已有不少证据支持肠道免疫与AS发病有关。现将AS发病机制的最新研究进展综述如下。

1 HLA-B27在AS发病中的作用

MHC是免疫细胞识别自我和非我的关键组成分子，是免疫应答发生的重要成分。HLA-B27是MHCⅠ类分子，主要参与内源性抗原提呈，抗原肽经蛋白酶体降解为短肽后，肽段借助转运蛋白从细胞质运输到内质网与MHCⅠ类分子结合，以抗原肽-MHCⅠ类分子复合物的形式呈现在细胞表面，进而被特异性CD8+T细胞识别激活T细胞免疫应答。而在被运出细胞表面之前，内质网上组装完成稳定的MHCⅠ类分子非常重要。HLA-B27异常会产生非正常抗原肽复合物进而导致抗原错误提呈激活免疫应答，引发炎症反应。HLA-B27引起AS发病的具体机制目前主要有3个假说。

1.1 HLA-B27的错误折叠 HLA-B27肽链的错误折叠或未折叠形式蛋白无法转输到细胞膜，累积在内质网上会导致内质网应激反应，即未折叠蛋白反应(UPR)，从而引发炎症反应导致AS的发生。UPR主要由3个跨膜感受器启动，分别为内质网跨膜激酶1(IRE1)、蛋白激酶样内质网激酶(PERK)、活化转录因子6(ATF6)。目前认为，UPR影响炎症介质产生主要有两条途径：IRE1的下游炎症因子X-盒结合蛋白1(XBP1)和PERK通路诱导的细胞凋亡蛋白(CHOP)通过结合基因调节因子直接促进细胞因子的产生；IRE1和PERK通路能激活促炎症转录因子(如AP-1、NF-κB等)调控白介素、肿瘤坏死因子α等炎症因子的产生。

然而UPR并未得到证实，在AS患者肠道中虽然发现了HLA-B27的错误折叠，但并没有激活UPR，反而出现自噬反应[1]。而Neerickx等[2]报道，在合并肠道炎症的AS患者滑膜上未发现自噬基因的过度表达。UPR是对错误折叠蛋白的适应性反应，促使未折叠或错误折叠蛋白正确折叠，当UPR无法纠正未折叠蛋白活动时，会诱导细胞启动凋亡程序。自噬是对细胞内错误折叠蛋白或老化受损的细胞器自我消化以维持细胞稳态，在功能上可以说是UPR的承进[3]。研究表明，XBP1可降解自噬启动因子FoxO1限制自噬发生，而UPR信号通路能聚集内质网释放的钙离子直至激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)从而引起自噬[4]。这表明UPR与自噬在维持细胞稳态上具有相互协调的作用，提示UPR功能受损或自噬失衡均可引发炎症反应。

1.2 HLA-B27异常表达 MHCⅠ类分子主要由三个独立多肽组成，即重链、β2微球蛋白轻链、氨基酸锚定残基。β2微球蛋白从重链中分离，自由重链结合形成同源二聚体表达在胞内或细胞表面，与T细胞或NK细胞表面受体(主要是KIR3DL2)结合，促进特异性Th17细胞转录因子RORγt及抗细胞凋亡因子Bcl-2表达[5]，促进白介素17(IL-17)分泌。Bowness等[6]在脊柱关节病的肠道及滑液中发现这种二聚体形式的表达，其对KIR的激活可能促使AS中Th17细胞分化，并减少已活化Th17细胞的凋亡，促使更多IL-17产生。HLA-B27同源二聚体与KIR3DL2的结合激活了Th17细胞，这些被激活的Th17细胞通过淋巴系统到达靶器官，促进这些器官中微生物与自身抗原间的分子模拟反应，进而发生关节炎症[7]。

1.3 关节肽假说 某些外源肽与关节组织中的自身肽结构相似，这种特定的相似自身肽被HLA-B27结合并被提呈激活CD8+T细胞产生自应性免疫反应，对自身组织发生攻击，从而引发炎症。但至今尚未识别到能触发AS免疫反应的“关节炎基因肽”，而在与AS相关或非相关的HLA-b27亚型结合肽之间也未发现有定性差异[8]。随后研究重点逐渐转向定量HLA-B27的多肽组分析并有了新的猜测，认为假定的关节肽会优先与AS相关的B27亚型结合，由此引发异常免疫反应。目前认为是由具有交叉反应性的微生物抗原导致限制性HLA-B27细胞毒性CD8+T细胞反应自应性激活，从而破坏了自身免疫平衡状态，且此种抗原可能来源于肠道，通过淋巴回流入侵骶髂等关节导致这些节点产生炎症反应造成损害[9]。

2 非MHC基因因素在AS发病中的作用

在免疫应答过程中存在许多非MHC区域的分子参与，2007年专家学者首次对AS进行全基因组关联分析，识别出ERAP1和IL-23R两个非MHC位点。最新的大规模基因识别分析整合5个相关疾病(强直性脊柱炎、克罗恩病、银屑病、原发性硬化胆管炎、溃疡性结肠炎)的病例进行基因芯片研究，共识别出113个AS相关的非MHC位点，结果显示IBD与AS之间存在多基因重合[10]。

2.1 内质网氨基肽酶(ERAP) ERAP1与其异构体ERAP2均属于锌指金属基质肽酶M1家族中的“催产素酶亚家族”，主要负责对抗原肽的长度剪切，正常情况下将抗原修剪为9～16个氨基酸的肽，以嵌合MHCⅠ类分子残基槽。当ERAP修剪功能异常时抗原肽长度或结构发生变化，抗原肽-MHCⅠ类分子复合物不稳定，最终引发异常免疫应答。

ERAP剪切功能发生异常的机制目前并不完全清楚，ERAP无法剪切抗原肽呈正常长度，同样会导致蛋白质错误折叠引起内质网应激。也有学者认为是HLA-B27特殊亚型对非正常抗原肽有特异作用从而引发AS，毕竟HLA-B27亚型的不同与AS发病有强相关性。Evans等[11]报道，与AS相关的ERAP1等位基因只有在HLA-B27阳性时存在，认为ERAP1与HLA-B27具有异位显性作用。另有研究显示，在无HLA-B27显型的HLA-B*40：01与ERAP1(rs30187)有相互作用[12]。以上研究表明，ERAP1与HLA-B分子间具有相互作用。ERAP1同种异型具有较高的催化活性，与B27的共同存在更改了在适应性免疫系统自免机制中微生物或自身肽正常提呈的条件[13]。Vitulano等[14]报道，高度活性的ERAP1在ERAP2的存在下会影响B27复合体的稳定性，可能形成二聚体或低聚体结构，而ERAP1的低活性与ERAP2的不表达却具有保护作用[15]，表明ERAP多态性影响HLA-B27与多肽的相互作用。

2.2 IL-23/IL-17轴 Th17细胞是近年来新发现的T细胞亚群，主要分泌IL-17，与自身免疫性疾病有密切关系。IL-23能作用于Th17细胞表面IL-23受体，促进Th17细胞的增殖分化及生存维持，激活Th17细胞免疫反应并分泌IL-17因子，继而引起下游多发炎症反应。近年来遗传学与免疫学研究均强调IL-23/IL-17轴在AS发病机制中的重要作用。Delay等[16]在HLA-B27转基因鼠模型中发现，巨噬细胞中HLA-B27错误折叠会促进IL-23的分泌；Goodall等[17]报道，树突状细胞中错误折叠引发的UPR会上调IL-23的分泌。

有学者认为，免疫系统对骨代谢的作用是基于T细胞分泌IL-17直接对骨代谢的调节，IL-17直接作用于成纤维细胞诱导RANKL的表达导致破骨细胞分化增加促进骨吸收，同时激活滑膜巨噬细胞促进IL-1、IL-6、TNF-α等的产生，诱导DKK1的表达，抑制骨形成[18]。IL-23是一种双向调节性因子，以前研究认为IL-23是通过Th17/IL-17间接调控骨吸收；现有研究表明IL-23可以不通过Th17/IL-17途径，直接提高小鼠破骨前体细胞表面RANK的表达，从而增加破骨前体细胞对RANKL的敏感性，促进破骨分化成熟[19]；但也有研究认为IL-23能激活骨质增生。Tseng等[20]研究发现，炎症可导致椎间板破坏，在脊柱疾病发展过程中有着先决性的作用，并认为炎症会导致骨质疏松扩展而改变骨表型。Chaurasia等[21]报道，在反应性关节炎和未分化的脊椎关节病变患者中，滑膜液CD8+细胞能识别重组沙门氏菌的外膜蛋白A，刺激滑液单核细胞产生IL-17、IL-23，提示病原菌可能在脊柱关节中诱发免疫炎症反应，导致脊柱性疾病的发生。

2.3 肠道免疫 肠道微生物是外源微生物与HLA-B27相互作用的一个重要方面。AS患者并发IBD者占5%～10%，还有超过70%的AS患者伴有亚临床肠道炎症，高达30%的原发IBD患者会出现关节症状，这表明二者可能有共同的发病机制。Costello等[22]认为，肠道菌群失调可能是AS与肠道炎症的共同发病机制。B27大鼠模型显示，肠道微生物失调不仅对外周单核细胞间的系统性炎症细胞及介导因子有影响，可能还有骨侵蚀的作用[23]。正常肠道菌群在抵御病原微生物入侵黏膜上皮细胞及血液循环上具有重要的作用，是黏膜屏障正常发挥功能的生理基础。肠道菌群的改变会引发持续性抗原刺激，进而激活T细胞引发慢性炎症[24]。肠道菌群失衡致使病原菌增殖，菌群分布的改变降低了黏膜表面渗透性，导致黏膜屏障功能受损，病原菌穿透黏膜激活固有免疫，进而产生多种促炎症因子[25]。尽管AS患者肠道菌群失调与固有免疫反应及慢性炎症有关已得到证实，但二者间的因果关系仍有待进一步确定。同时有研究发现，HLA-B27转基因鼠肠道微生物形成相比野生鼠模型具有菌群差异性[26]，这提示HLA-B27可能对肠道菌群的形成有作用。

此外，AS患者肠道中出现IL-23异常升高，并未发现Th17细胞的极化[27]，但却发现了肠源性3型先天性淋巴细胞(ILC3)的存在。ILC3是一种主要产生IL-17、IL-22等细胞因子的固有免疫细胞亚群，Cicca等[28]在AS炎性肠病程度较高的患者外周血、滑液及骨髓活检中发现肠源性ILC3水平升高，认为肠道免疫反应对AS关节炎症发生有作用。IL-23/IL-17轴不仅涵盖Th17细胞，可能因不同部位而包含其他能产生IL-17的免疫细胞，肠道中IL-23升高启动IL-23/IL-17轴，分泌促炎症因子，引发关节、肌腱端炎症反应，ILC3分泌IL-17等促炎症因子可能是AS中肠道-关节轴性反应的关键组成。

2.4 其他相关因素 除ERAP1与IL-23R外，非MHC基因区域的其他分子在AS发病机制中的作用也有很多研究，包括自噬、相关转运蛋白、细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4、肿瘤坏死因子ɑ等。有研究表明，已有脊柱侵害的AS患者PBMCs自噬相关基因表达水平较健康人群降低，且部分基因表达随症状严重程度加重降低更为明显，认为AS患者脊柱受损可能由自噬活性下降所致[29]。有研究认为，中国女性自噬相关基因(ULK1、ATG16L1)与AS易感性有一定的关系[30，31]。

目前各假说亟待更多的实验验证，HLA-B27在AS发病中的常规及非常规作用，自噬在AS关节炎症上是否具有独特的诱导作用，ERAP1在影响B27复合体稳定性及其在提呈过程中的精确作用，以及更深层地挖掘ERAP多态性与HLA-B27特殊亚型的交互作用又是如何发生，这些问题都需更多的实验探索阐明。肠道菌群失调及黏膜免疫反应已得到证实，二者因果关系及与AS关节炎症之间的具体机制仍待深度研究。肠道炎症反应是否受HLA-B27及其他高风险基因变异所影响也需进一步挖掘。