血清总钙水平与SLE疾病活动度的关系研究进展

寸杏珠 傅 萍 孙 平 熊瑞芳 魏正萍 吕建海

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种复杂的自身免疫性疾病,具有慢性复发、缓解过程和多种多样的临床表现,可累及多器官多系统。 有研究表明,血清总钙水平与狼疮患者病情活动性有关,具体表现为血钙水平与SLEDAI(systemic lupus erythematosus disease activity index)评分呈负相关,而与C3 水平呈正相关[2]。 国外有关SLE 患者血清中微量元素的分析研究也证实狼疮患者存在血钙水平的降低,这可能与狼疮患者钙稳态与平衡的打破有关。 钙信号被证明在维持免疫耐受性中起着至关重要的作用。 近年来研究表明,钙信号可调控环状GMP-AMP 合成酶(cyclic GMP-AMP synthase,c GAS)/干扰素基因轴的激活,从而通过Ⅰ型干扰素参与先天免疫调节,由于其对固有免疫和适应性免疫的影响,异常的钙信号与多种自身免疫性疾病有关,其中也包括系统性红斑狼疮[3]。 目前国内外关于血钙与SLE 活动性关系的研究较少, 本文就血清总钙水平与SLE 疾病活动度的关系研究进展进行综述。

一、血清钙与钙离子稳态

健康人群中的血钙水平相对稳定,主要有3 种形式：离子钙(51%)、蛋白结合钙(40%)和阴离子结合钙(9%)。 钙代谢包括两种情况：钙平衡和钙稳态,细胞内外的钙离子(Ca2+)水平保持稳定称为钙稳态。 既往研究表明,钙稳态在许多疾病中被打破。He 等[4]诱导的脓毒症大鼠模型中细胞内的Ca2+浓度在主要器官中几乎同步升高,而在外周血中减少,用钙通道阻滞剂维拉帕米治疗可以缓解细胞内钙超载的情况。 也有研究表明,细胞外Ca2+流入与细胞凋亡有关,这可能与自身免疫病中自身抗体的产生有关,国内既往研究结果表明,SLE 患者血钙水平与疾病活动度相关[2,5]。

二、钙离子与自身免疫

钙离子是一种重要的信号分子,控制着广泛的生物功能。 Ca2+作为一种第二信使,与许多细胞功能相关,包括分裂、增殖和凋亡等。 细胞外液的Ca2+水平维持在几毫摩尔(mmol)范围内,然而胞内Ca2+水平大约在100 纳摩尔(nmol)的范围内,比细胞外液Ca2+浓度低10000 倍左右。 由此产生的Ca2+梯度由细胞Ca2+存储、各种类型的Ca2+通道、Ca2+/H+ATP酶和Na+/Ca2+交换器保持。 在免疫系统中,钙信号在多种细胞功能中起着核心作用,如增殖、分化、凋亡和基因转录。 在免疫反应中,T 淋巴细胞和B 淋巴细胞抗原受体的参与诱导细胞内Ca2+存储的减少,然后激活钙池调控钙离子内流(store-operated Ca2+entry,SOCE)来提高细胞内Ca2+浓度,这是由内质网Ca2+释放激活Ca2+(Ca2+release-activated Ca2+,CRAC)通道介导的,CRAC 通道是钙离子进入免疫细胞的主要途径。

钙离子的上下游信号通路与淋巴细胞增殖、活化相关基因的表达、细胞因子或趋化因子的产生、T 淋巴细胞的分化有关,钙信号参与许多涉及免疫耐受和炎症的途径,例如,钙信号被证明参与B 淋巴细胞的发育、增殖、迁移和凋亡,这是免疫耐受的关键方面。此外,近年来研究表明,钙信号可以调节环状GMP-AMP 合成酶/干扰素基因刺激因子轴的激活,从而通过Ⅰ型干扰素(interferon-1,IFN-1)参与先天免疫调节[3]。 由于钙信号对先天和获得性免疫的影响,钙信号异常与包括SLE 在内的几种自身免疫性疾病有关。

三、钙离子与SLE

除了适应性免疫反应异常外,先天性免疫信号失调在SLE 的发病中也起着关键作用,其中Ⅰ型干扰素在SLE 中的研究最为广泛。 2003年,在SLE 患者外周血单个核细胞中发现了广泛的Ⅰ型干扰素诱导的基因转录信号,后续发现与Ⅰ型干扰素相关的“干扰素信号”在60% ～80%的SLE 患者中可见,血液中携带这种干扰素信号的SLE 患者病情通常更为严重,累及肾脏、血液系统、神经系统居多,并且干扰素调节的趋化因子水平升高与SLE 患者疾病活动度增加、狼疮性肾炎活动、低补体血症、抗双链DNA(ds-DNA)抗体效价显著相关[6,7]。 Mai 等[8]开展的研究也证实了干扰素诱导的基因表达水平与SLE 疾病活动性之间存在关联。 在自身免疫病中Ⅰ型干扰素应答失调的一个关键效应因子是cGAS-STING(cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon gene)信号转轴。

近年来研究表明,钙和相关的信号蛋白可以调节cGAS-STING 和自身免疫。 钙如何调节STING 激活是复杂的,涉及刺激和抑制机制。 其中之一是钙调蛋白介导的信号通路,它是STING 激活所必需的信号通路。 与钙信号通路相关的还有cGAS 抑制剂TREX1(three prime repair exonuclease 1),这是一种细胞质外切酶,小鼠中TREX1 的缺失会改变Ca2+信号网络的转录,而在人类中TREX1 功能的缺失会导致多种自身免疫性疾病,其中就包括系统性红斑狼疮[9,10]。

越来越多的研究证据表明,SLE 病理与Ca2+稳态相关,SLE 中钙信号受到了影响,由于胞质DNA 的积累,先天免疫系统和适应性免疫系统都发生了变化,从而促进自身免疫反应。 在SLE 中观察到,持续产生IFN-1 (在无致病刺激的情况下)会导致髓系树突状细胞的激活,通过递呈凋亡小体中含有自身抗原的核酸(如细胞DNA)促进自身免疫,随着活化的髓样树突状细胞中共刺激分子的高表达导致自体反应性淋巴细胞(包括T 淋巴细胞和B 淋巴细胞)的扩张[11]。 这种来自自身免疫淋巴细胞的“过度活跃”的IFN 反应导致凋亡体进一步超负荷,最终导致组织损伤。 钙和相关的信号蛋白调节cGAS-STING 信号轴导致Ⅰ型干扰素应答失调,从而造成凋亡小体内核酸成分大量暴露,最终造成组织损伤。 SLE 患者常常经历Ca2+失衡,导致低钙血症的发生[2,12,13]。 在系统性红斑狼疮疾病模型中,抑制cGAS-STING 通路可能会改善过度活跃的IFN 反应[14,15]。

除外干扰素应答失调外,SLE 患者中B 淋巴细胞与胞内外钙离子流动也需要关注,SLE 患者中往往可以发现高水平的致病性抗体,凸显了B 淋巴细胞在SLE 中的关键作用,提示B 淋巴细胞耐受的破坏是SLE 发病机制的核心[16]。 多项研究已经证明了通过B 细胞抗原受体(B-cell receptor,BCR)的异常信号,这种异常的信号导致Ca2+信号增加。 有研究显示,与健康对照组比较,SLE 患者的未分离并具有完整的膜表面免疫球蛋白M(membrane immunoglobulin M,mIgM)和膜表面免疫球蛋白G(membrane immunoglobulin G,mIgG) 的循环B 细胞被刺激后细胞内Ca2+反应升高,这种增加的Ca2+内流被发现与免疫球蛋白Fc 受体ⅡB (FcγRⅡB)信号通路受损有关。

抗体Fcγ 的受体(FcγR)是一群主要表达于白细胞表面的糖蛋白,属于免疫球蛋白超家族成员,FcγRⅡB 是唯一的抑制性Fc 受体,它控制免疫和炎性反应的许多方面,在除NK 细胞和T 淋巴细胞以外的所有白细胞表面表达,编码这种蛋白质的基因变异长期以来一直与自身免疫性疾病的易感性有关,特别是系统性红斑狼疮[17,18]。 生理上,FcγR ⅡB 通过激活SHIP 和水解3,4,5 磷脂酰肌醇三磷酸(phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate,PIP3)水解脱磷酸,进而阻止PIP3 招募含有PH(pleckstrin homology)结构域的蛋白,如磷脂酶cγ(phospholipase cγ,PLcγ)聚集至细胞膜,从而减少细胞内Ca2+水平。 因此,小鼠磷脂酶2(phospholipase cγ2,PLcγ2)的点突变可导致严重的自发性炎症和系统性自身免疫[19]。

在SLE 中异常的另一个例子是DN2 即双阴性B细胞。 研究发现,狼疮性肾炎(lupus nephritis,LN)患者DN2 细胞比例增加,其细胞膜上的钙离子通道Orai 蛋白表达增加,抗IgM 抗体刺激LN 患者外周血DN2 细胞产生钙内流峰值高于正常对照,且与疾病活动度相关。 也有研究表明,SLE 患者B 淋巴细胞的静息胞质Ca2+水平增加,这种Ca2+反应的增加可能会降低自身反应B 淋巴细胞的激活阈值,并导致耐受被打破。

钙调神经磷酸酶和钙调蛋白激酶(calmodulin kinases,CAMK)是与SLE 关系密切的胞内蛋白激酶,在T 淋巴细胞内,Ca2+-钙调神经磷酸酶-NFAT 途径调节IL-2、CD40L 等细胞因子的产生, Ca2+-钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅳ(calmodulin-dependent protein kinase Ⅳ,CaMKⅣ)则通过提高cAMP 反应调节蛋白(cAMP response element modulator,CREM) 与IL-2 启动子的结合程度而抑制IL-2 的产生,这两种蛋白激酶的活性与钙离子反应程度呈正相关。 在SLE 患者T 淋巴细胞内,胞内和线粒体内钙离子水平升高,线粒体数量增加和持续超级化,免疫突触改变等异常现象均可导致钙离子流异常升高,从而影响胞内激酶和转录因子的功能导致CD40L、IL-2 表达紊乱,主要表现为CaMKⅣ向细胞核的易位增强,导致抑制因子CREM 与IL-2 启动子的结合增加,从而抑制IL-2 基因的转录,IL-2 是自身免疫的抑制因子,CaMKⅣ通常在狼疮性肾炎中过度表达,阻断CaMKⅣ可显著降低狼疮小鼠的疾病活性[20]。

SLE T 淋巴细胞中增强的Ca2+信号也增加了活化T 细胞核因子蛋白(nucleus factor of activated T cell,NFAT)与CD40L 启动子的结合,导致T 淋巴细胞表面表达更多的B 淋巴细胞共刺激分子CD40L,持续促进B 淋巴细胞的促炎激活。 事实上,双嘧达莫通过抑制Ca2+-钙调神经磷酸酶-NFAT 通路来抑制促炎性细胞因子和B 淋巴细胞共刺激分子的产生,减轻狼疮肾炎和皮肤溃疡。 同时,钙调磷酸酶抑制剂他克莫司和环孢素具有显著的肾脏保护作用,在SLE 患者中已广泛应用。

四、血清总钙水平与狼疮性肾炎活动度的关系

狼疮性肾炎是SLE 最常见的靶器官损害,当SLE累及肾脏时,此类患者的预后往往比未累及肾脏的患者要差。 其发病机制复杂,与免疫复合物沉积、补体系统异常、免疫细胞异常及细胞因子变化、基因调控异常均有关系[21]。 研究发现,SLE 处于高疾病活动时,往往导致狼疮性肾炎处于高疾病活动进而导致血钙水平降低,而SLE 处于低疾病活动时变化不明显。LN 患者肾小球免疫复合物沉积、肾小管萎缩、间质纤维化等病变使低蛋白血症在LN 患者中十分常见,肾小球基膜孔的扩大导致大量血清白蛋白滤过,而肾小管病变对白蛋白摄取及降解减少,从而导致大量蛋白尿及低蛋白血症,钙与蛋白结合随尿丢失,最终导致血清中结合钙的降低。 LN 患者发生肾脏损害时,肾脏羟化1,25-(OH)2-VitD3减少,一方面使肠道吸收钙减少,血清总钙水平降低,另一方面肾小管损害导致Ca2+重吸收减少,最终导致血清总钙减少。 LN患者发生慢性肾衰竭时,肾小球滤过率减小,磷排出减少,血磷浓度升高,与血钙形成磷酸钙沉积,从而造成血清总钙水平降低。

SLE 患者中高钙血症虽然罕见但也有病例报道,此类患者出现高钙血症表现时,病情往往也处于活动期,不同的发病机制已被提出来解释这些患者的高钙血症,比如甲状旁腺激素相关蛋白的产生,可能与潜在但尚未发现的恶性肿瘤有关。 此外,活动期SLE患者体内释放的某些细胞因子,如白介素6、白介素1、前列腺素E 等,可刺激破骨细胞性骨吸收,导致高钙血症[22]。

五、展 望

通过血清钙水平可以判断SLE 的疾病活动度,其血钙水平降低可能与细胞内外钙离子波动以及狼疮性肾损害导致结合钙排出增多、钙的吸收及重吸收减少有关。 血清总钙测定相对于判断SLE 病情活动的其他指标具有价格低廉、方便快速的特点,对于我国现在推行的三级诊疗制度有一定意义,因为基层医疗机构常常不能做到自身抗体的检测,但血清总钙检测在大多数基层医疗机构已普及,对SLE 患者进行血清总钙的监测可以帮助判断病情活动度,当SLE患者出现肾损害相关指标升高,考虑是否行肾脏穿刺时,血清总钙也可作为辅助性的指标为临床工作者提供判断依据。