肾素-血管紧张素系统在骨组织疾病中的作用

宋凯 洪家坤 张池 丁凡

经典肾素-血管紧张素系统(RAS)在全身起着调节血压和电解质平衡的作用，而局部/组织RAS包括骨RAS[1-2]，可直接参与骨代谢，即介导骨质疏松、骨关节炎(OA)等退行性病变中基质金属蛋白酶(MMP)产生，促进细胞外基质(ECM)降解，以及刺激骨肿瘤组织新生血管生成。骨RAS的激活在骨代谢中起着独立于全身的重要作用。RAS的活性因子包括肾素、血管紧张素(Ang)Ⅰ和Ⅱ、血管紧张素Ⅱ受体1(AT1R)、血管紧张素Ⅱ受体2(AT2R)、血管紧张素转换酶(ACE)、Ang-(1-7)及Mas受体等。RAS由2个轴组成，第一轴为ACE，以AngⅡ为最终产物，以AT1R为主要效应器，介导AngⅡ的生物学作用；第二轴为经ACE2介导的AngⅡ水解产生的Ang-(1-7)，以Mas受体为主要效应器传递Ang-(1-7)，介导血管舒张及抗细胞增殖、抗纤维化和抗炎作用。RAS轴中的明星分子是AngⅡ，故研究RAS多以AngⅡ为研究对象。

1 RAS及其阻滞剂与骨质疏松

骨RAS在骨质疏松中的作用已有很多研究[3-4]，在骨组织中RAS可介导细胞发生增殖、分化、凋亡、氧化应激、炎性反应[5]和血管生成[6]等。Nakai等[7]报道，AngⅡ通过增加ROS17/2.8细胞(成骨细胞)中AT1R来促进MMP-3和MMP-13产生，通过降低碱性磷酸酶活性及促进细胞外信号调节激酶(ERK)-1/2、p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路磷酸化来促进细胞增殖，或通过激活ROS17/2.8细胞中应激活化蛋白激酶/c-Jun氨基末端激酶(SAPK/JNK)信号通路来实现这一效应，从而刺激类骨细胞ECM降解，促进骨质疏松发生。Shimizu等[8]研究表明，破骨细胞中存在肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的组成部分，包括AT1R、AT2R和醛固酮受体。Kaneko等[9]报道，激活RAAS或持续进行组织灌注AngⅡ，使其作用于破骨细胞AT1R，可以增加骨吸收，AngⅡ还可通过特异性结合AT1R抑制成骨细胞分化和骨形成，而AT1R缺失与骨强度增加有关。此外，AngⅡ也可直接作用于成骨细胞，促进核因子-κB受体活化因子配体(RANKL)的表达，通过局部提供促破骨细胞因子，间接刺激破骨细胞形成[10]。庞大的RAS家族中不仅存在骨质的破坏因子，还可能存在骨质的保护因子。Abuohashish等[11]通过去卵巢小鼠模型证实，ACE-2/Ang(1-7)/Mas级联受体可能是RAS中的保护因子，可消除传统的ACE/AngⅡ/AT1R信号通路对骨组织的破坏。

Shimizu等[12]通过去卵巢诱导的骨质疏松大鼠模型证实，血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)可增加去卵巢大鼠骨密度，并增加抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)活性和尿脱氧吡啶啉含量。Abuohashish等[13]则通过去卵巢大鼠模型研究Ang(1-7)介导ACEI(卡托普利)对骨的保护作用，同样证实ACEI有改善骨质疏松的作用。也有学者得出相反的结论，即ACEI(依拉普利)可促进去卵巢大鼠骨量丢失[14]。Kunutsor等[15]报道，对中老年白种人使用ACEI可减少老年人骨质疏松髋部骨折的发生。然而Choi 等[16]的研究却得出相反结论，即除血管紧张素受体拮抗剂(ARB)外，抗高血压药物的使用与骨折风险增加有关，ACEI在成年高血压患者中具有较高的骨折发生风险。目前RAS阻滞剂对骨质疏松的治疗作用还存有争议。

2 RAS及其阻滞剂与OA

AngⅡ作为促炎因子可介导肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-6、IL-8、单核细胞趋化蛋白-1、血管细胞黏附分子-1、E选择素、转化生长因子(TGF)-β等多种细胞因子的产生，这些细胞因子在诱导炎症反应中起着重要的作用。

OA是最常见的慢性关节炎性疾病之一，可导致关节疼痛、僵硬、畸形及间隙狭窄，直接损伤关节组织或阻碍关节组织修复过程，严重影响患者生活质量。以往研究证实，在OA和类风湿关节炎(RA)患者关节液中存有促肾素轴，且其血浆肾素活性显著升高[17]，这可能反映了在OA及RA中RAS被激活。Cobankara等[18]研究RA和OA患者及健康成人血清ACE和肾素水平，结果显示3组患者血清ACE和肾素平均浓度无明显差异，但RA患者滑膜液中ACE和肾素水平高于OA患者；因此认为局部滑膜液中的ACE和肾素可能导致关节炎和关节损伤。RAS及其主要介质AngⅡ可通过炎性反应激活滑膜血管直接影响关节炎的进程，并通过自分泌和旁分泌机制刺激滑膜血管生成，影响滑膜成纤维细胞和滑膜血管系统。OA的主要病理特征是关节软骨退行性变性，其主要原因是软骨细胞凋亡和ECM丢失；主要病理变化有软骨细胞肥大、软骨基质分离和降解、软骨钙化层增厚、血管内骨硬化改造等。Tsukamoto等[19]研究发现，局部RAS成分在软骨细胞肥大分化过程中表达并可被调节，通过激活RAS中的AT2R诱导软骨细胞肥大，其结果是Ⅹ型胶原蛋白、MMP-13和Runt相关转录因子-2表达增加，而AT1R活化则抑制了这一效果；进一步研究证实，除了病理性肥大软骨细胞可表达RAS成分外，正常关节软骨中的透明软骨细胞也可通过诱导表达RAS成分[2]。近年来的研究也表明，RAS主要成分(包括ACE、AT1R、AT2R)在人和动物滑膜组织中都有表达，并参与OA和RA发病机制；其表达水平与炎症程度及关节炎严重度相关[20-21]。ACEI或ARB可通过减少炎症因子产生来改善临床症状，延缓OA进展[22]。

3 RAS及其阻滞剂与骨肿瘤

目前对RAS及其阻滞剂在许多肿瘤如神经胶质瘤[23]、乳腺癌[24]等中的作用也有研究。AngⅡ通过调节细胞黏附、迁移、侵袭、增殖和促血管生成在多种恶性肿瘤转移中发挥重要作用。Ishikane等[25]研究认为，AngⅡ/AT1R信号通路可能通过上调黏附分子表达来参与肿瘤细胞与血管内皮细胞黏附，内皮细胞黏附分子上调可能参与Ang诱导的肿瘤转移。

骨肉瘤是骨科常见的原发性恶性骨肿瘤，目前多采用化疗联合广泛肿瘤切除的综合治疗方式，肺转移是骨肉瘤远处转移的主要靶器官。研究表明，AngⅡ可促进骨肿瘤组织血管生长[26],骨肉瘤血管化是其生长及发生远处转移的主要原因[27]。这表明抑制肿瘤血管化可能是有效的治疗策略。AT1R是调节细胞增殖、血管生成和炎症的主要成分。AngⅡ通过激活AT1R来刺激血管内皮生长因子、血管生成素-2、成纤维细胞生长因子和血小板衍生生长因子的表达，这些细胞因子均参与细胞增殖或血管生成；Ang通过上述途径诱导肿瘤血管生成，激活某些癌细胞生长和迁移。高血压是恶性肿瘤的独立危险因素之一[28]。一项针对高血压的大规模临床试验表明，ACEI及ARB不仅可降低心血管疾病死亡率，而且可降低恶性肿瘤死亡率[29]。ACEI可能通过减少AngⅡ介导的肿瘤血管生成而表现出抗肿瘤作用，ARB也可阻断AngⅡ信号转导，且比ACEI更彻底。研究表明，ARB能有效抑制癌症和肉瘤增殖[30]。Wasa等[31]使用肺转移率高的小鼠骨肉瘤细胞系(LM8)研究AT1R拮抗剂对血管生成的影响，结果显示AT1R拮抗剂对骨肉瘤生长和肺转移具有抑制作用。然而，有研究报道RAS抑制剂对抑制癌症发生和转移没有益处。一项随机对照试验显示，虽然坎地沙坦可显著降低心力衰竭患者心血管死亡率，但癌症死亡的风险显著增加[32]。RAS阻滞剂在骨肉瘤中的作用还有待进一步研究。

4 RAS及其阻滞剂与椎间盘退变

椎间盘由上下软骨终板、内部的髓核、周围的纤维软骨环组成。髓核由85%的水和蛋白聚糖组成，纤维软骨环由ECM和外层的Ⅰ型胶原纤维、内层的Ⅱ型胶原纤维、软骨细胞组成。椎间盘的机械性能严格依赖于其结构组成。由于椎间盘固有的正静水压力，髓核能承受压缩载荷，纤维软骨环能抵抗拉伸应力[33]。正常的椎间盘是人体最大的乏血供组织，然而当椎间盘发生退变时这一现象却出现了逆转。彭宝淦等[34]对人退变椎间盘组织病理切片观察发现，退变椎间盘组织中会形成1条从外层纤维环至髓核的不规则血管化肉芽组织条带区，肉芽组织成熟程度及范围大小不一，有成熟的瘢痕化胶原组织及新鲜的血管、肉芽组织。肉芽组织结构紊乱，中间有1个或多个裂隙，肉芽组织沿裂隙向椎间盘纵深处长入。在一些退变椎间盘内，还可见到肉芽组织与非肉芽组织的交界区[35]。退变椎间盘内不仅有带血管的肉芽组织生长[36]，而且还有痛觉神经纤维向内生长。然而，血管长入并不意味着椎间盘自我修复的能力增强，而是椎间盘退变炎症反应的表现。

目前还没有确切证据表明RAS与椎间盘退变之间存在关联性，只能从相关文献资料来加以佐证。上文提到AngⅡ在骨肿瘤和OA中有促血管生成作用[26]，那么椎间盘退变组织病理学中新生血管生成是否也与RAS有关？RAS在椎间盘退变发展中扮演何种角色？Morimoto等[37]通过Sprague-Dawley大鼠椎间盘退变模型证实AngⅡ存在，且AngⅡ与椎间盘退变存在相关性。在骨质疏松症中，AngⅡ通过成骨细胞中AT1R的MAPK信号通路，促进成骨细胞中MMP-3和MMP-13产生，从而刺激类骨细胞ECM周转过程中的降解[5]。MMP在椎间盘退变组织中的高表达及其促退变作用已得到证实[38-40]。骨质疏松症不仅包括椎体骨质疏松，还包括椎体终板骨质疏松，骨质疏松症可导致应力集中于椎体终板中心。生物力学模型表明，增加的压缩应力将导致轴向终板隆起和骨小梁受压，在骨质疏松脊柱中这些变化可能是永久性的。椎体终板骨质疏松将导致椎间盘结构坍塌，促进椎间盘退变发生。鉴于脊柱的两大退行性病变椎体骨质疏松与椎间盘退变密切相关，今后或许可以从RAS参与骨质疏松发病机制中进一步研究其在椎间盘退变中的作用。

5 结语

目前局部/组织RAS在骨组织疾病中的研究越来越多，在骨质疏松、OA及骨肿瘤中RAS介导的炎症反应、氧化应激[41]、促血管生成[25]等作用是否也同样作用于椎间盘退变，值得进一步研究，这也是今后研究努力求证的方向。