类风湿关节炎合并骨质疏松症发病机制和相关治疗药物对骨质疏松症影响的研究进展

邹 琳, 崔轶霞, 张娜娜, 陈思荣

(延安大学附属医院 风湿免疫科,陕西 延安 716000)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis, RA)是一种以慢性、侵蚀性、对称性多关节炎为主要临床表现的自身免疫性疾病。流行病学研究显示,RA可发生于任何年龄段,其发病率随着年龄的增加呈增长趋势,在40～50岁人群中好发,女性发病率约为男性的3～5倍,全球发病率为0.5%～1%[1]。骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种以骨量降低和骨组织微结构破坏为特征的代谢性骨病,为RA常见的并发症之一。OP给RA患者带来严重不良预后,使其生活质量下降,从而大大提高了RA的致残率和病死率。本文对RA合并OP的发病机制和RA相关治疗药物对OP的影响的研究进展进行综述,旨在为临床诊治提供参考。

1 RA合并OP的发病机制

1.1信号转导通路

1.1.1无翅型MMTV整合位点家族/β-连环蛋白(wingless type MMTV integration site family/β-catenin, Wnt/β-catenin)信号通路 Wnt信号通路在体内参与细胞的增殖、迁移,组织稳态、再生,胚胎发育等多种生物学过程。Wnt蛋白与卷曲蛋白受体及低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(low-density lipoprotein receptor-related protein 5/6, LRP5/6)结合,触发经典Wnt/β-catenin通路,参与RA的发病,使间充质前体细胞和骨软骨祖细胞分化为成骨细胞,参与成骨细胞的增殖和分化。β-catenin转移到细胞核中,调节Osterix信号轴及Runx家族转录因子2(Runx family transcription factor 2, Runx2)的表达[2]。Wnt信号传导受到卷曲蛋白受体相关蛋白、Wnt抑制因子1、硬化素和Dickkopf(DKK)家族蛋白等抑制剂的调节。硬化素拮抗LRP5/6下游信号传导,进而抑制Wnt信号传导,增强成骨细胞凋亡,DKK -1与LRP5/6及单通道跨膜受体Kremen1/2结合,导致复合物的内化,进而抑制Wnt信号传导,下调骨保护素(osteoprotegerin, OPG)和上调核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand, RANKL)的表达[3]。

1.1.2骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)/果蝇与秀丽隐杆线虫蛋白同源物(homologues of the drosophila protein, mothers against decapentaplegic and the caenorhabditis elegans protein, Smad)信号通路 BMP是转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)家族中最大的亚类,可刺激软骨细胞的增殖和分化,Smad蛋白将TGF-β与其受体结合产生的信号从细胞质传递到细胞核,从而调节成骨细胞和破骨细胞分化,在骨骼发育、骨形成和骨稳态过程发挥作用[4]。BMP以Smad1/5/8(B-Smads)为信号传导器,与细胞表面具有丝氨酸、苏氨酸激酶活性的受体BMP受体Ⅰ/Ⅱ结合磷酸化, 磷酸化的B-Smads与Smad4形成复合物在细胞核中积累,与转录辅助因子或抑制因子结合后再与目标基因的调控元件结合进行转录调控[5]。经典BMP-Smad信号通路的每一步都受到正性或负性因子调控,骨形成蛋白和激活蛋白膜结合抑制物(bone morphogenetic protein and activating protein membrane binding inhibitor, BAMBI)被称为TGF-β伪受体,与BMP受体Ⅰ结构相似但缺乏丝氨酸/苏氨酸磷激酶信号传导结构域,BAMBI与BMP受体Ⅱ结合后形成异构复合物,阻止BMP-Smad信号传导[6]。

1.1.3磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路 PI3K-Akt信号通路受生长因子和细胞因子的调节,通过与受体酪氨酸激酶和G-蛋白偶联受体结合后磷酸化胞内的酪氨酸残基发挥作用[7]。PI3K-Akt信号通路调控成骨细胞和破骨细胞的存活和分化,进而维持骨稳态,并且与调控成骨分化的通路有密切联系。Wnt/β-catenin信号通路受到小鼠糖原合成酶激酶-3β形成的降解复合物的调节,Akt通过磷酸化小鼠糖原合成酶激酶-3β使其失活丧失蛋白功能而影响Wnt/β-catenin通路[8]。此外,Akt可以负调控BMP-Smad通路中Smad,抑制活化的Smad1和Smad5在细胞核聚集,抑制BMP-Smad信号传导[9]。

1.1.4Janus激酶信号转导和转录激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT)信号通路 JAK/STAT信号通路是多种细胞因子、激素和生长因子的重要下游介质,在骨发育、代谢和愈合中起重要作用[10]。白细胞介素(interleukin, IL)-6通过糖蛋白130激活糖蛋白130相关的JAK,从而诱导STAT3激活的JAK/STAT通路上调RANKL,导致破骨细胞分化,骨吸收增强[11]。Wang等[12]研究发现,降低IL-6水平抑制了JAK/STAT信号通路相关基因的mRNA水平,减少了STAT1蛋白表达并增加了成骨分化,相反增强IL-6的表达增加了STAT1蛋白表达及JAK/STAT信号通路相关基因的mRNA水平,降低成骨细胞的分化。

1.1.5神经源性位点缺口同源蛋白(neurogenic locus notch homolog protein,Notch)信号通路 Notch信号通路主要由Notch受体、Notch配体、转录因子及Notch信号调节分子组成,也包括Notch的4种受体蛋白(Notch-1、2、3、4)及5种配体蛋白(Delta-1、3、4,Jagged-1、2),在先天性和获得性免疫的识别、调节中发挥作用,与T细胞、B细胞及巨噬细胞等免疫细胞作用调节炎症反应,参与RA[13-14]。此外,Notch通路在调控与维持骨稳态方面发挥重要的作用,参与破骨细胞的分化、成熟,影响软骨形成、骨形成和骨吸收。然而,不同Notch受体-配体结合激活的Notch通路存在不同的调控作用,如Notch1/Jagged1轴抑制破骨细胞生成,而Notch2/Delta1轴促进破骨细胞生成[15]。

1.1.6Hedgehog信号通路 Hedgehog信号通路由Hedgehog信号蛋白、Ptched、Smoothened特异性受体、Gli蛋白和下游靶基因4部分构成,Hedgehog信号蛋白分为Shh、Ihh和Dhh,其中Shh分布最广,阳性表达率高,相关研究最多[16]。经典的Hedgehog信号通路参与RA的发病。有研究发现,RA患者的Shh水平与类风湿因子(rheumatoid factor,RF)及抗环瓜氨酸肽(cyclic citrullinated peptide,CCP)抗体呈正相关,Shh信号通过细胞外信号调节丝裂原活化蛋白激酶信号介导RA成纤维样滑膜细胞的增殖和迁移[17]。此外,Hedgehog信号通路在骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化及调控成骨细胞的增殖、分化、活性中发挥重要作用[18]。

1.1.7新兴的骨质重塑调节因素 微小RNA(microRNA,miRNA)是非编码的单链RNA分子,在骨细胞内发挥转录后的调控作用,长链非编码RNA和环状RNA参与骨代谢的调节[19]。

一些miRNA针对Wnt信号级联的关键成分,通过靶向部分互补序列的mRNA来转录调节基因表达,导致Wnt信号的减弱或增强,例如,miR-37c、miR-23a、miR-30e通过靶向Wnt受体或共同受体(Wnt3、LRP5/6)使Wnt信号传导减少,使成骨细胞分化减少,相反,miR-27a、miR-142、miR-29a、miR-218、miR-98、miR-335、miR-542通过靶向卷曲蛋白受体相关蛋白、DKK-1、硬化素等Wnt抑制剂和负调控因子诱导Wnt信号传导和成骨分化[20]。此外,虽然2022年Liang等[21]针对miRNA对骨细胞活动的影响进行了探讨,涉及Wnt信号通路、Runx2、BMP/Smads通路、RANKL通路等多条信号通路,虽然这些研究仅涉及动物模型和队列研究,转化为临床有待测试,却对发现OP的潜在治疗靶点具有重要意义。

1.2炎症因子 众所周知,炎症因子的过度表达可增加RA患者发生OP的风险,以肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor α, TNF-α)、IL-6和IL-1为代表的促炎细胞因子诱导RANKL的表达刺激破骨细胞分化,增强骨吸收,打破骨形成和骨吸收间的平衡。

1.2.1TNF-α TNF-α在RA中的骨吸收作用已经被证实,推测其可能通过上调破骨细胞前体NF-κB受体活化因子和巨噬细胞集落刺激因子受体的表达,进而促进破骨细胞增殖,增强破骨细胞活性,影响破骨细胞分化[22]。然而,TNF-α不是破骨细胞形成、发生侵蚀性关节炎和骨溶解所必须的,这些改变在TNF-α缺乏的条件下也可发生。Zou等[23]认为,TNF-α是破骨细胞生成的自分泌因子,在RANKL的诱导下,破骨细胞生成增加并且随着TNF-α的增加而增加。

1.2.2IL-1和IL-6 IL-1直接作用于破骨细胞表面的IL-1受体,激活NF-κB,在TNF-α诱导破骨细胞形成的过程中发挥桥梁作用,且通过作用于前列腺素E2的合成影响破骨细胞形成,参与多核破骨细胞形成[24]。IL-6在RA患者的滑膜中大量表达,诱导关节炎症和损伤,软骨退化,关节侵蚀和变窄,IL-6与IL-6受体结合由JAK/STAT信号通路介导直接促进RA患者成纤维细胞样滑膜细胞中RANKL的表达,并且是TNF-α和IL-17诱导RANKL所必需的[25]。此外,IL-6水平与慢性滑膜炎和关节破坏的严重程度相关,且IL-6水平降低可作为患者良好预后的标志[26]。

1.2.3自身抗体 瓜氨酸化蛋白抗体(anti-citrullinated protein antibodies, ACPAs)通过与细胞表面瓜氨酸波形蛋白结合或形成免疫复合物调节细胞功能,ACPAs存在于RA发病的早期,在RA患者血清和关节滑膜内与破骨细胞前体细胞结合,诱导TNF-α的表达和释放,刺激破骨细胞分化,直接诱导骨丢失[27]。与ACPAs阴性的RA患者相比,ACPAs阳性的RA患者关节周围骨的破坏程度更明显,骨小梁结构改变、体积变小、数量变少、网络不均匀性增加,并且ACPAs与RF产生叠加效应,与RA侵蚀关节数目及严重程度有关,ACPAs和RF均阳性的RA患者关节侵蚀程度更重[28-29]。Engdahl等[30]研究发现,瓜氨酸波形蛋白所诱发关节炎较甲基化牛血清白蛋白轻,但关节周围骨丢失更明显,可能与抗瓜氨酸波形蛋白作用于关节周围骨髓中破骨细胞前体和增加成熟破骨细胞的浸润而触发关节周围骨丢失有关,这解释了在RA患者早期炎症发作前为什么骨量已经改变,甚至在ACPAs阳性而未确诊的RA患者中就已经发生骨量减少。

1.3维生素D缺乏与肌少症 维生素D缺乏与自身免疫性疾病的发病机制有关,低维生素D水平被认为是RA发病的危险因素,可抑制单核细胞向树突状细胞分化,减少了抗原提呈细胞向T细胞分化,且作用于B细胞,从而使免疫球蛋白的产生减少[31]。约有半数RA患者存在25-羟基维生素D缺乏(< 20 ng/ml ),中老年人低25-羟基维生素D水平与低骨量的相关性已被证明,25-羟基维生素D除了参与骨骼和钙代谢,还在免疫调节中也发挥重要作用。有研究报道,RA患者血清25-羟基维生素D水平明显降低,且与RA易感性有关,与疾病活动呈负相关[32]。

肌少症是一种以肌肉质量、力量和功能低下为特征的全身性疾病,增加患者身体残疾、生活质量低下和死亡的风险。缺乏物理锻炼被认为是肌少症的首要危险因素,除此之外,激素和细胞因子失衡也会导致肌肉质量和力量的损失,极端肌肉损失发生由与年龄相关的激素浓度下降及促炎细胞因子(TNF-α、IL-6)所介导[33]。Lian等[34]招募了549名来自中国的RA患者和158名对照受试者,并对其进行骨密度和骨骼肌质量测量,结果显示肌少症在RA患者中的发生率为61.7%,患有肌少症RA患者的年龄、病程、血沉、C反应蛋白水平、28个关节疾病活动度评分和健康评估问卷-残疾指数显著升高。并且Chu等[35]研究显示,肌少症和维生素D缺乏对RA患者椎体骨质疏松性骨折具有协同作用,可能与维生素D不足损害肌肉功能有关。

2 RA相关治疗药物对OP的影响

2.1激素 糖皮质激素(glucocorticoids, GC)在RA的治疗中运用广泛,长期大剂量GC对骨骼产生的负面影响是众所周知的,然而短期小剂量GC治疗的作用仍存在争议。全身性应用GC对骨形成和骨吸收有很大的抑制作用,特别是长期大剂量给药可促进破骨细胞形成,抑制成骨细胞活性,且促进肾脏对钙的排泄,抑制肠道对钙的吸收,减少性激素分泌,导致肌肉萎缩和步态障碍,进而增加骨质流失和骨折风险,即使在GC停药后,骨折风险仍可持续1年[36]。实际上,小剂量GC(<10 mg/d)可以减少RA患者的全身炎症反应,对骨的保护作用能够抵消其对骨的不良影响,处于疾病早期和活动期的RA患者使用小剂量GC不会出现显著的骨密度改变,尤其是泼尼松剂量<5 mg/d[37-38]。然而,临床上GC的不规范使用并不少见,受文化水平及诊疗条件等影响,大多RA患者将GC当做灵丹妙药而长期大剂量口服,糖皮质激素性骨质疏松患者大量出现,骨质疏松性骨折也越来越多。一项基于中国人的队列研究显示,RA使用过GC组OP的发生率为41.6%,明显高于未使用GC组(29.4%),并与使用疗程有关,而与GC每日剂量无关,且骨量丢失多发生在GC治疗的第一年,在最初治疗的3～6个月,糖皮质激素性骨质疏松的患病率没有明显增加,维持在30.0%左右,但在治疗6～12个月迅速上升,12个月后随着GC疗程的延长而向上波动[39]。为了最大限度地降低骨折风险,临床实践指南建议,对于预计在3～6个月内每天接受相当于5～7.5 mg泼尼松治疗的患者,应给予抗OP药物治疗[40]。

2.2传统合成改善病情抗风湿药(disease-modifying antirheumatic drugs, DMARDs) 临床上普遍使用GC联合传统合成DMARDs治疗RA,目前常用的传统合成DMARDs包括甲氨蝶呤(methotrexate, MTX)、羟氯喹(hydroxychloroquine, HCQ)、来氟米特、柳氮磺吡啶和新型小分子抗风湿药艾拉莫德,这些药物不仅在治疗RA中具有突出作用,对骨密度也具有显著影响。低剂量MTX(≤25 mg/周)是欧洲风湿病防治联合会(EULAR)指南推荐治疗RA的一线用药,MTX通过上调血清OPG,降低RANKL的表达,竞争性抑制RANK和RANKL的结合以及调节RANKL/RANK/OPG通路来抑制骨破坏,与GC联合使用可预防骨侵蚀和关节破坏[41]。然而,近年来越来越多长期使用MTX的患者出现了所谓的“MTX骨病”,发生多发性跟骨/胫骨远端和近端以及股骨远端干骺端不全性骨折,可能与MTX抑制原始骨髓基质细胞增殖,损害成骨细胞增殖及活性有关[42]。HCQ可能影响成骨细胞和破骨细胞形成,体外研究表明,HCQ降低了成熟破骨细胞的细胞内pH值,抑制破骨细胞的形成,导致骨吸收减少[43]。来氟米特抑制基质金属蛋白酶(MMP-1、MMP-9)的表达,从而抑制关节骨的破坏,是唯一一个与腰椎骨密度显著增加相关的传统合成DMARDs[44-45]。柳氮磺吡啶可能会增加氧化应激,通过减少RANKL的表达、增加OPG的表达来抑制破骨细胞的形成[46]。艾拉莫德抑制环氧合酶-2而起到抗炎作用,抑制骨吸收,促进骨形成[47]。临床上MTX单一疗法失败的RA患者常联合传统合成DMARDs进行治疗,Carbone等[48]研究发现,单独或联合使用MTX、HCQ、柳氮磺吡啶对骨折风险没有显著影响。

2.3生物制剂 随着生物制剂的问世,RA的治疗有了重大突破,以TNF-α拮抗剂(英夫利昔单抗、阿达木单抗、依那西普)为代表的早期生物制剂作为治疗RA的第四代药物,具有高选择性药理作用及低毒副作用的特点,较传统合成DMARDs起效更快、作用更强。TNF-α拮抗剂已经被证实可减轻RA患者关节骨侵蚀、全身骨量减少及滑膜炎,英夫利昔单抗不仅可以缓解关节炎症,还可以减少全身骨损失和抑制肌腱炎症[49]。阿达木单抗减轻脊柱和髋关节骨质流失,特别是在开始治疗的第一年,而手部和髋部的骨密度分别在治疗1年和4年后持续下降[50]。IL-6抑制剂托珠单抗能够有效控制RA炎症反应,延缓关节损伤,并且托珠单抗联合MTX消除了疾病活动和关节损伤间的相关性[51]。Poutoglidou等[52]通过构建CIA模型发现,托珠单抗可使肌腱组织中TNF-α和IL-23显著降低,并且明显改善小梁微结构,改善肌腱形态。靶向小分子药物JAK抑制剂托法替尼抑制JAK/STAT信号传导进而减弱IL-6功能,促进成骨分化,降低破骨细胞的分化和活性,并且不损害软骨分化[53]。新型生物制剂阿巴西普是治疗RA的第五代药物,直接抑制T细胞活化, 对股骨颈骨密度的增加有显著影响[54]。

3 结论

综上,RA和OP的发病在信号转导通路及炎症因子间相互作用、相互联系,并且与维生素D水平及物理锻炼息息相关,RA治疗药物对OP的影响也不容小觑。进一步探究这些因素与RA合并OP的关系可提供更有效的治疗方式,减少RA患者骨折的发生风险,改善RA患者生活质量。