固有免疫和适应性免疫参与强直性脊柱炎病理机制研究进展

刘 悦，赵亚男，赵 哲，刘宏潇

(中国中医科学院广安门医院,北京 100053)

强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS) 是一种以中轴关节和肌腱韧带骨附着点的慢性炎症为主的难治性免疫相关性疾病，为临床常见的脊柱关节病类型。主要侵犯脊柱及骶髂关节，并可伴有关节外表现，随病情进展，患者可出现脊柱活动受限、强直、髋关节破坏等，严重者可致残，严重影响患者生活质量。我国的患病率初步调查约为0.3%，常累及20～40岁的中青年男性[1]。本病发病机制复杂，强烈的遗传易感性、微生物与宿主的相互作用、激素水平差异、肠道菌群失调以及机体的异常免疫应答等均被证明参与AS发病过程[2-5]。目前认为机体免疫系统紊乱在AS发生发展中发挥重要驱动作用，大量研究证明固有免疫及适应性免疫反应异常均参与AS病理进程。基于此，本文围绕当前国内外关于固有免疫和适应性免疫应答在AS发病机制中的研究进行综述，以期为AS临床治疗和新药研发提供新思路。

1 固有免疫在强直性脊柱炎发病中的作用

1.1单核/巨噬细胞及相关调控因子 单核/巨噬细胞是体内固有免疫细胞最重要的组成部分，来源于骨髓造血干细胞，血液循环中的单核细胞迁移至不同组织后体积增大，吞噬能力增强，逐渐分化为巨噬细胞。巨噬细胞具有可塑性和极化特征，在不同的微环境刺激下，可极化为经典激活巨噬细胞(M1型)或交替激活巨噬细胞(M2型)。M1型巨噬细胞通常由肿瘤坏死因子-α(tumornecrosis factor-α，TNF-α)、γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)或细菌脂多糖(LPS)识别诱导，产生和分泌较高水平的促炎因子TNF-α、IL-6、IL-23、IL-1β、COX-2等；M2型巨噬细胞由细胞因子IL-4和IL-13刺激诱导，分泌大量抗炎因子IL-10。

在疾病早期，AS患者的骶髂关节内可发现高表达的TNF-α，而巨噬细胞是TNF-α的主要来源，提示AS患者体内可能存在巨噬细胞过度活化的现象[6]。孙素和等[7]发现AS患者骨髓间充质干细胞分泌肿瘤坏死因子α刺激基因-6(tumor necrosis factor α stimulated gene 6,TSG-6)的水平明显低于健康对照组，而TSG-6能够抑制巨噬细胞的活化从而降低TNF-α的表达，这可能是导致AS患者体内高炎状态的重要原因。TSG-6有望成为AS临床药物治疗的新靶点。单核巨噬细胞在巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和核因子-κB受体激活剂(RANKL)的共同诱导下可向破骨细胞(osteoclast，OC)大量分化，OC专职负责体内骨吸收。AS患者体内呈现破骨细胞的异常活跃状态[8]，破骨细胞数量的增多会加剧骨吸收进而影响骨代谢，并会参与新骨形成[9]。Lin等[10]研究发现，将IL-4注入PGIA小鼠模型(AS模型之一)的关节腔后，可明显降低小鼠关节炎的发生率和严重程度，同时显著下调小鼠体内RANKL表达水平，推测IL-4可能通过抑制RANKL的表达从而减少单核-巨噬细胞向破骨细胞的定向分化，发挥抗AS炎症和骨破坏的作用。

巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)由多种免疫细胞及非免疫细胞合成，能够限制巨噬细胞的自由移动，使巨噬细胞定向迁移至炎症部位增强吞噬作用。同时MIF是一种多功能促炎分子，可促进巨噬细胞的活化，拮抗糖皮质激素，并调节其他炎性介质的释放。研究发现，AS患者的血清和关节滑液中存在高表达的MIF，且肠道中富集巨噬细胞[11]。MIF不仅可以刺激致炎因子IL-17的表达，介导AS炎症反应[12]，并能直接增强成骨细胞矿化，刺激AS病理性新骨形成。MIF有望作为AS疾病进展的预后生物标志物和AS早期干预的治疗靶点。最新研究发现,mir-451可靶向抑制MIF、TNF-α及IL-6的mRNA表达水平，mir-451可作为治疗AS的潜在靶标[13]。

1.2Toll样受体(TLRs) 固有免疫细胞通过表达一系列模式识别受体(PRRs) 识别摄取外来抗原，并呈递给T淋巴细胞从而启动特异性免疫应答。TLRs是模式识别受体中的重要家族，在天然免疫和适应性免疫中起着重要的桥梁作用，并且是NF-κB通路的重要催化剂。Pöllänen等[14]推测泌尿生殖系统或胃肠道的微生物相关分子模式可通过激活TLRs促进炎症发生，最终以AS或关节炎的形式表现，然而具体的病原体及作用机制有待进一步探索。研究发现，TLR4的异常激活,由此诱导的血清TNF-α和IL-12的释放，可能与AS的发生发展有密切联系[15]。有研究表明，与健康对照者相比，AS患者PBMC中TLR4和TLR5的mRNA表达显著上调，TLR3的表达水平下降。TNF-α抑制剂的使用增加了TLR3的表达，下调了TLR4和TLR5 mRNA及蛋白的表达水平并切断了NF-κB的信号传导[16]。更全面地了解TLR亚型在AS发病中的作用及TLRs信号转导的调控机制，可以为AS新的治疗策略的开发提供方向。

1.3补体(complement，C) 补体系统是固有免疫的重要组分，由40多种可溶性蛋白和膜结合蛋白组成，可通过经典途径、凝集素途径和旁路途径被激活，参与炎症反应、调理吞噬、清除免疫复合物等重要的生物学效应。多种炎症和自身免疫病被认为是补体的过度激活引起[17]。研究发现，在AS患者和蛋白多糖(PG)诱导的AS小鼠模型的脊髓中，补体系统被广泛激活，并伴有骨髓和脾脏中中性粒细胞的显著升高、血清中TGF-β1水平的上升[18]。TGF-β1可直接刺激破骨细胞的分化和存活，同时又能和补体激活形成正反馈[19]。而补体抑制剂Efb-C的使用显著延缓了小鼠AS的发展，此实验证明了补体抑制剂在AS治疗中的巨大潜力。另有研究显示，AS患者血清中补体B因子(CFB)含量较健康对照组显著升高，CFB与C3b结合形成C3bB复合体，在D因子作用下形成替代途径的液相C3转化酶(C3bBb)，并进一步裂解C3，扩大旁路激活途径效应，自身组织和细胞受到攻击，疾病进展加速[20]。补体系统的异常活化参与AS发病，这为开发针对补体的新型靶向药物提供了重要的理论依据。

1.4固有淋巴细胞(innatelymphoid cells，ILCs)ILCs是近年来发现的一类重要的固有免疫细胞亚群，以不表达重组激活基因依赖的重排抗原受体为特征[21]。ILCs在免疫监视、组织稳态、免疫调节等方面发挥重要作用，其功能失常可促进多种炎症性自身免疫性疾病的发生发展。根据ILCs产生的细胞因子和表达的转录因子不同，可分为三大亚群，即ILC1(NK细胞、ILC1)、ILC2和ILC3(ILC3、LTi细胞)。三大亚群与CD4+T细胞亚群Th1、Th2及Th17协同分泌免疫细胞因子，调节机体免疫平衡[22]。

ILC3主要分布于黏膜及多种器官(如脾脏、肺脏、皮肤等)中，以高表达转录因子RORγt为特征，主要分泌IL-17A、IL-22、GM-CSF等细胞因子，在维护肠道上皮完整性、维持免疫稳态及抵御外来病原体入侵中扮演重要角色[23-24]。研究发现，AS患者外周血、关节滑液及肠道中ILC3明显增多，同时在外周血和骨髓中多数ILC3表达归巢整合素α4β7，而α4β7的配体黏膜地址素细胞黏附分子-1(MAdCAM1)则在肠道和炎性骨髓中表达水平较高，提示ILC3可能在肠道及滑膜组织间穿梭，并分泌促炎介质IL-17、IL-22等，最终导致关节炎症的发生[25]。另有研究表明，在脊柱关节炎患者的滑膜中同样发现了高表达的ILC3及其产生的GM-CSF[26]。此外，约70%的AS患者伴有肠道炎症，其中6%～13%会发展为炎症性肠病(IBD)[27]。Pearson等[28]发现，无论是小鼠还是人类，ILC3是GM-CSF的重要来源，IBD患者结肠中呈现ILC3及GM-CSF富集的状态，抑制GM-CSF的分泌或ILC3的活性可明显减轻肠道炎症，表明ILC3可能是触发肠道炎症的关键因素。

2 适应性免疫在强直性脊柱炎发病中的作用

2.1Th17细胞与AS 炎症、骨破坏及新骨形成是AS的三个核心病理环节[29]，其中炎症介导的骨破坏一旦启动，则使病理改变进入不可逆期。因此控制炎症是延缓AS病情进展、保护关节功能与防止致残的关键。Th17细胞是2005年被发现的一类新型CD4+T细胞亚群，既能以非炎症方式增强机体免疫防御，维持免疫稳态[30]；又能大量分泌促炎因子IL-17，广泛参与多种炎症性疾病的发生、发展。细胞因子IL-6联合转化生长因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)经JAK2/STAT3信号通路激活RORγt的表达，促进初始CD4+T细胞向Th17分化偏移。IL-23不是Th17初始分化的必须因素，但被认为是维持Th17致炎功能和扩增的重要因子[31]。研究表明，活动期AS患者外周血中Th17细胞数量及百分比与血清中IL-17、IL-23水平较正常人及非活动期AS患者明显升高，且与疾病活动呈正相关[32]；Th17特异性转录因子RORγt的mRNA、蛋白表达也呈显著增高状态[33]。Th17在驱动AS炎症发生中发挥重要作用。

针对以Th17/IL-17炎症轴为靶点药物的临床疗效证实了此途径在AS中的关键作用。针对IL-17A的单克隆抗体苏金单抗(Secukinumab)对缓解AS患者临床症状，改善其生活质量有显著功效，且在临床实验中安全性受到认可[34]。同样获得FDA批准的JAK抑制剂托法替尼(tofacitinib)也被证明可有效降低IL-17A的分泌，有效缓解AS患者炎症反应[35]。

2.2调节性T细胞(Treg)与AS Tregs是一类促进自身免疫耐受并维持免疫系统平衡的CD4+T细胞亚群，通过表达细胞毒性T淋巴细胞相关性抗原4(cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4，CTLA4)以及分泌IL-10和TGF-β发挥免疫抑制作用。Foxp3是其特异性转录因子。一项荟萃分析显示，与健康人相比，AS患者外周血中CD4+CD25+Foxp3+Treg、CD4+CD25highCD127-Treg的比例显著降低[36]。Wang等[37]发现，AS患者CD4+CD25+FOXP3+Treg细胞比例较健康对照组扩增，但仍表现出进行性炎症反应，这可能与Treg细胞表面的T细胞免疫球蛋白黏蛋白分子3(Tim-3)的缺失有关,Tim-3作为一种负调控免疫分子，可发挥一定的抗炎作用，此项研究提示了Tim3-Treg/Tim3+Treg比例的失调可能与AS疾病进展有关。另有研究显示，伴有肠道炎症的AS患者外周血及肠道中CD4+CD25+Treg细胞比例增加，IL-10 mRNA表达水平上升。该研究首次证明了AS患者肠道中Treg细胞被激活从而维持肠道免疫稳态的关键作用，并推测外来病原入侵或感染等因素可能会下调Treg细胞反应并促使致炎Th17的分化，从而导致肠道炎症的发展[38]。关于Treg细胞在AS患者体内表达的研究结果不一，需要研究者更深入地探索其在AS中的作用。

2.3滤泡辅助性T细胞(Tfh)细胞与AS Tfh是一类特殊的辅助型T细胞，在辅助B细胞形成生发中心(germinal center,GC)、分泌抗体和建立长期体液免疫过程中发挥重要作用。在细胞因子IL-21、IL-6刺激下，初始CD4+T细胞向Tfh细胞分化。Bcl-6是Tfh分化所必需的特异性转录因子。在Tfh辅助B细胞发生免疫反应并产生抗体的过程中，多种分子包括CXCR5、CXCL13、PD-1、ICOS、SAP扮演了重要角色[39]，它们同时是鉴定Tfh的重要表面标记物。

IL-21作为Tfh分化的辅助性细胞因子，通过和GC中B细胞表面的IL-21R结合而发挥作用，IL-21分子的缺陷会使得GC中B细胞成熟障碍和浆细胞存活下降[40]。研究发现，AS患者外周血中CD4+CXCR5+ICOS+Tfh细胞比例增加，且与AS疾病活动指数BASDAI呈正相关；同时外周血中IL-21也显著增多，并和IgG、IgA的浓度呈正相关。IL-21促进Tfh的高表达从而诱导B细胞过度活化并分泌大量针对自身抗原的抗体，可能与AS患者免疫紊乱有着密切联系[41]。CXCL13是Tfh细胞表面趋化因子受体CXCR5的唯一配体，能够诱导B细胞及Tfh细胞定向迁移至淋巴滤泡，是生发中心形成必不可少的因素[42]。研究发现，AS患者外周血中CXCL13、Tfh水平显著升高，提示Tfh及CXCL13的异常表达可能是导致AS发病的机制之一[43]。

2.4B淋巴细胞 B细胞由骨髓中造血干细胞分化而来。分化成熟的B细胞经抗原刺激后活化，并在Tfh细胞辅助下继续分化为浆细胞，合成和分泌抗体。B细胞活化因子(BAFF)是维持B细胞分化和存活的关键因子。AS的发病与B细胞功能异常有关。研究发现，活动期或外周关节受累的AS患者体内CD19+B细胞所占比例较稳定期或中轴关节受累患者增多，且接受12周依那西普治疗后的活动期AS患者体内CD19+B细胞比例并无下调[44]。另有研究表明，AS患者外周血白细胞中的BAFF及其受体BR3表达水平显著上调，且两者呈明显正相关[45]。我们推测BAFF-BR3的相互作用加快了B细胞的分化和成熟，由此导致了大量自身抗体的产生，这可能参与了AS患者的病理过程。Chen等[46]发现，AS患者体内CD24+CD38+调节型B细胞缺陷，抗炎因子IL-10的分泌减少。调节型B细胞的存在能够抑制炎症反应，加速疾病恢复进程，然而其在AS中活化的信号通路、与其他B细胞亚群的相互作用等问题仍有待阐明。

3 小 结

强直性脊柱炎是目前世界性的难治性自身免疫性疾病，属重大疑难病。目前AS的西医治疗尚未取得显著、稳定的长期疗效，更深入地理解AS的发病机制，寻找新的治疗靶点成为科研工作者面临的严峻挑战。综上所述，固有免疫及适应性免疫功能失调在AS发生发展中起到了重要的驱动作用。更深入地研究和挖掘免疫系统对AS炎症、骨破坏及新骨形成各个病理环节的调控、不同免疫细胞和免疫分子在AS发病中的交互作用，完善机体对AS复杂的调控网络，将有助于进一步揭示AS发病机制，为AS治疗及新药研发提供新的思路。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。