GATA2 与强直性脊柱炎发病机制关系的研究进展

施晓慧 李涯松

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）是脊柱关节炎家族中的一种，以放射学骶髂关节炎为特点，发病机制尚不明确，主要涉及遗传、感染、环境等多方面因素。目前认为主要与人类白细胞抗原-B27（human leukocyte antigen B27,HLA-B27）相关，HLA-B27基因是人类MHC-Ⅰ类分子B 位点上的等位基因，HLA-B27 表达可以在细胞表面形成重链二聚体[1]，或诱导内质网错误折叠引起非折叠蛋白的反应，继而激活体液免疫，大量树突状细胞（dendritic cell,DC）、巨噬细胞、单核细胞等髓系细胞活化[2]，同时分泌IL-23 等细胞因子[3]。IL-23 又可与已分化的Th17 表面的IL-23R 结合并诱导Th17 的活化[4]，产生大量IL-17、IL-1β、TNF-α，IL-17 通过促进中性粒细胞分化、成熟和活化，刺激单核细胞和成纤维细胞活化来参与AS 早期炎症反应。在AS 疾病后期，IL-1β、TNFα 还可以激活NF-κB 受体激活剂（receptor activation of nuclear factor kappa B,RANK）-RANK 配体（RANKL）系统引起关节的骨质破坏及周围组织的炎性损伤[5-6]。可见髓系细胞活化、体液免疫激活在AS 发病中具有重要作用。而GATA2 是髓系细胞分化、成熟的关键转录因子，同时也是影响AS 骨代谢的重要因素。本文就GATA2 与AS 发病机制关系的研究进展作一综述。

1 AS 病理表现与GATA2 的关系

GATA2 是具有锌结构的蛋白结合转录因子，属于GATA 蛋白结合家族中的一员[7]。GATA2 在人类造血组织中高表达，也可在间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）、内皮细胞等非造血组织中表达，是维持造血祖细胞分化的必要基因[8]。近年研究发现，GATA2 缺失不仅会使骨髓造血功能受损，也可导致单核细胞、B 淋巴细胞、自然杀伤细胞和DC 等髓系细胞减少[9]。提示GATA2 不仅在造血干细胞分化中具有重要作用，也可能参与髓系细胞发育及活化。而AS 病程中出现的关节炎以局部大量髓系细胞浸润为特点，早期病理变化主要表现为滑膜下、软骨下骨髓淋巴细胞、巨噬细胞、浆细胞浸润，晚期病理主要表现为血管翳形成，滑膜软骨下骨髓扩张，软骨侵蚀[10]。此外，AS 关节滑液、滑膜组织、骨髓中CD1c+和CD141+DC、IL-23+CD1a+DC、IL-23+巨噬细胞和IL-23+细胞髓过氧化物酶+髓系前体细胞高度表达[11-13]，外周关节、其他累及组织也有迁移性DC 浸润，AS 炎症组织中大量髓系细胞浸润可能与GATA2异常表达相关。

2 GATA2 与AS 免疫细胞活化的关系

2.1 DC DC 是常见的抗原提呈细胞，介导机体体液免疫。研究发现AS 肌腱附着点上大量DC 浸润，并且这些细胞是AS 关节、肌腱韧带组织中IL-23 的主要来源[14]，而AS 中IL-23/IL-17 炎症通路激活已经被证实[15-17]，可见DC 活化是AS 发病的初始环节。甚至有人认为DC 与HLA-B27 形成的重链二聚体直接结合引起免疫反应，最终导致脊柱关节炎症[18]。而GATA2是DC 分化成熟的关键转录因子，研究发现GATA2 可调控共同髓系祖细胞（common myeloid progenitor,CMPs）向共同DC 祖细胞（common DC progenitors,CDPs）分化，是DC 祖细胞分化所必需的转录因子。Onodera 等[19]在敲除小鼠GATA2 基因后，诱导CMPs 向CDPs 分化，发现第1 天GATA2 mRNA 水平下降了90%，第3 天几乎检测不到，说明GATA2 是DC 祖细胞分化所必需的。并在粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子刺激下，小鼠单核细胞来源的DC、骨髓来源的DC 中均高表达GATA2，这表明GATA2 在单核细胞向炎性DC 分化中起重要作用[20]。综上所述，GATA2 是DC 分化、成熟的重要条件，而DC 是AS 疾病发生、发展的重要因素，但目前尚无GATA2 在AS 表达的大样本研究，GATA2 在AS 患者中的作用仍有待进一步实验及临床研究。

2.2 Th Th 是机体细胞免疫系统的关键组成部分，主要包括Th1、Th2、Th17、Treg 亚群[21]。AS 主要以Th1/Th2、Th17/Treg 亚群比例失调为特点，这一现象可能与T 淋巴细胞前体从胸腺向外迁移或从次级淋巴器官释放幼稚T 淋巴细胞受损有关。2020 年美国国立卫生研究院一项对GATA2 缺乏症患者的回顾性研究发现，GATA2 缺失的风湿病患者外周血Th 细胞及幼稚Th 细胞亚群比例明显降低[22]，提示GATA2可能参与风湿病Th 细胞的分化及成熟。基因表达分析发现GATA2 基因敲除小鼠中的髓样相关基因下调，主要的Th 细胞相关基因如转录因子7（TCF7）和GATA3 上调，并且GATA2 可与GATA3 下游190 kb的增强子结合，负调控GATA3 启动子活性[19]。而GATA3 基因是Th2 细胞分化的特异基因，GATA2 的高表达可能抑制Th0 细胞向Th2 细胞分化[23-24]，引起Th1/Th2 比例失调；而在小鼠中TCF7 表达可抑制胸腺中Treg 细胞的生成[25]。另一项研究发现当GATA2过表达，小鼠髓系细胞在GMP 阶段分化增加，T 系淋巴细胞在淋巴祖细胞阶段或之后开始分化受阻，T细胞分化停留在胸腺双阴性1 期阶段，基因集富集分析显示，淋巴细胞分化关键调节因子（Vpreb1、EBF1、IL7R、Lef1 和Tcf1）显著下调[26]。综上所述，GATA2 是髓系与T 淋巴细胞谱系分化的关键，且高水平的GATA2 可抑制Th 相关基因表达，使Th2、Treg 细胞形成减少，导致Th1/Th2、Th17/Treg 细胞亚群比例失调。

3 GATA2 与AS 关节炎症的关系

TNF-α 是AS 最有代表性的致病炎症因子，在TNF-α 介导下，GATA2 可与Tie2 基因位点结合促进关节炎症及血管生成。Tie2 是一种酪氨酸激酶受体，通过与其配体血管生成素-1 和血管生成素-2 相互作用，对血管发育和血管重塑起至关重要的作用[27]。徐令等[28]发现GATA2 在TNF-α 介导的炎症反应中上调Tie2 基因的表达，该研究认为GATA2 可与Tie2 基因启动子上的(T/A)GATA(A/G)序列结合，激活Tie2 基因启动子，从而上调Tie2 基因的表达，在炎症反应血管生成过程中起重要作用。并且在高表达Tie2 的小鼠模型中，巨噬细胞对炎症因子TNF-α 的敏感性增强，使大量巨噬细胞形成并向炎症部位趋化，进一步激活免疫系统，导致小鼠关节炎症状加重[29]。这一点也与脊柱关节病临床研究相吻合，研究发现Tie2 在银屑病关节炎症滑膜组织、成纤维样滑膜细胞、内皮细胞和巨噬细胞高表达，并且高表达Tie2 单核-巨噬细胞有着显著的促血管生成能力，同时可以导致严重临床关节炎症状[27，30]。但GATA2 是否通过上调Tie2表达从而参与AS 关节炎症及血管翳仍有待进一步临床研究。

4 GATA2 与AS 骨代谢紊乱的关系

骨代谢即骨的重建，指旧骨退化，等量新骨取代旧的骨组织的过程，是由破骨细胞和成骨细胞藕联共同完成。AS 另一个病理特点是骨代谢异常，以局灶性骨化和全身性骨丢失为典型特征。其中骨量丢失机制与破骨细胞生成、RANK-RANKL-骨保护素（osteoprotegerin,OPG）信号通路激活有关[31]。

研究发现，在骨代谢过程中，GATA2 具有抑制成骨细胞分化，促进破骨细胞形成的功能。一方面，GATA2 是成骨细胞分化的必要调控因子。GATA2 是MSC分化的关键转录因子，可控制MSC 向成骨细胞和脂肪细胞谱系分化[32]。WGAS 基因组研究表明GATA2 在骨骼发育基因上富集，在MSC 分化过程中，GATA2 可与其骨骼发育相关基因临近结合位点结合，并与已知的骨骼发育调节因子Fox 和Hox 转录因子的基序共同定位，异位GATA2 可以干扰Smad1/5/8 阻断成骨细胞的生成，提示GATA2 可通过干扰与骨骼发育相关的基因抑制MSC 的成骨形成[33]。另外，有研究认为GATA2 也可抑制核心结合因子aal（alphal 1/Runx2）转录及Wnt/β-连球蛋白（β-catenin）转导从而抑制成骨细胞生成[34]。在敲除小鼠MSC 中GATA2 后，成骨前体细胞的分化能力和数量上调，骨形成增加，但伴随着骨小梁发育不良和机械强度降低，最终导致骨质疏松。病理切片可见骨小梁中的骨形成增加，但伴随破骨细胞数量的增加，致使骨小梁发育不良[35]。说明GATA2异常表达可能导致成骨-破骨藕联机制失衡，导致骨形成与骨质破坏同时出现，这种GATA2 异常表达导致的骨代谢异常表现与AS 临床症状相符合。

另一方面，GATA2 可直接或间接参与破骨细胞生成。Tolkachov 等[35]为进一步探究GATA2 敲除后小鼠骨小梁发育不良的机制，发现GATA2 敲除后，小鼠骨组织中OPG 表达减少，破骨细胞数量增加，研究者进一步证实了GATA2 是骨骼和MSC 中表达OPG的必需因素。另外，也有研究认为GATA2 是破骨祖细胞的生成需要因素，GATA2 可以与核因子激活的T 细胞1（nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1,NFATc1）共同调节破骨前体细胞（巨噬系）向破骨细胞分化[36]。NFATc1 是破骨细胞早期分化的主要转录因子[37]，抑制NFATc1 可使GATA2 和STAT6 表达上调，进而导致具有促进M2 型巨噬细胞向破骨细胞样细胞分化的细胞因子IL-13 的分泌减少，破骨祖细胞形成受限，提示GATA2 可能是破骨前细胞（巨噬系）分化的一种途径[38]。综上所述，GATA2 可能是AS 骨代谢的上源调控基因，对维持骨稳态具有重要意义。

5 小结

GATA2 作为GATA 家族的一员，涉及AS 发病过程中免疫细胞活化、免疫系统激活、组织关节炎症反应、骨代谢紊乱等多个病理过程。在AS 发病中具有重要意义。首先，GATA2 是祖细胞中髓系和淋巴系细胞分化的关键因素，GATA2 可以调控CMPs 向CDPs 分化，诱导循环中单核细胞向炎性DC 分化，介导疾病初期免疫炎症反应；同时抑制T 淋巴细胞谱系相关基因的转录，导致Th 亚群比例失调，是AS 细胞免疫的关键因素。其次，在炎症因子TNF-α 介导下，GATA2 可上调Tie2 基因的表达，加重关节炎症反应及促进血管翳生成。最后，GATA2 可以抑制成骨及促进破骨细胞分化，从而引起骨代谢紊乱，对探讨疾病后期脊柱强直、骨质疏松等不良预后的发生机制及治疗方案具有重要意义。