探讨IL-17基于RANKL/RANK/OPG通路对类风湿关节炎骨破坏的作用机制

罗丰 王秋燚 综述 姚血明△ 审校

(1.贵州中医药大学,贵州 贵阳 550001;2.贵州中医药大学第二附属医院,贵州 贵阳 550001)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种致残率较高的自身免疫性疾病,临床主要以对称性小关节受累为主的持续性多关节炎,发病时常伴有明显晨僵、关节屈伸不利、肿胀、疼痛等不适,疾病后期可出现致残、致畸等,严重影响患者的生活质量[1]。流行病学调查显示,全球范围内RA的患病率为0.24%[2],发达国家为0.3%～1%[3],中国为0.28%～0.45%[4],且发病率逐年增长。RA的病因至今未明,病理主要以滑膜炎、血管炎形成为主,造成关节软骨和骨破坏。骨破坏是RA患者关节畸形、功能丧失等一系列临床问题的关键,它贯穿于整个RA的发展过程[5]。骨量的相对稳定状态是成骨细胞(osteoblast,OB)的骨形成与破骨细胞(osteoclasts,OCs)的骨吸收共同作用的结果,RA患者骨破坏的重要原因是由于两者之间的失衡所致,即骨吸收增强而骨形成不足[6]。据文献[7]报道,白细胞介素-17(InterLeukin-17,IL-17)可通过介导核因子-κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)/核因子κB受体活化因子(receptor activator for nuclear factor-κB,RANK)/骨保护素(Osteopro-tegerin,OPG)信号轴诱导OCs生成,影响RA中的滑膜炎症及骨破坏程度,进而改变RA病情发展方向。因此,有效地抑制骨破坏发生、发展是控制RA病情发展的重要措施。本文就相关文献探讨IL-17通过RANKL/RANK/OPG通路对RA骨破坏的作用机制。

1 IL-17与RA骨破坏

IL-17是新型炎症细胞因子家族的成员之一,其家族包括6个成员配体(IL-17A至IL-17F)和5个受体(IL-17RA至IL17RD和SEF),该细胞因子家族是由Th17细胞分泌,并诱导滑膜细胞和间充质细胞分泌IL-6和IL-8,从而导致炎症的产生[8]。IL-17最初被鉴定为新型CD4+T淋巴细胞(CD4-Positive T-Lymphocyte,CD4+T细胞)亚型,CD4+T细胞在激活和扩展后,发展成具有不同细胞因子特征和不同效应功能的T细胞子集,T细胞又被分成辅助性T细胞1(T helper cell 1, Th1)和辅助性T细胞2(T helper cell 2, Th2),而IL-17则产生于辅助T细胞的第三个子集[9]。研究[10]发现,IL-17家族在自身免疫、感染和炎性疾病方面参与各种免疫应答。A.Hot等[11]发现IL-17A和IL-17F诱导基因依赖于核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)蛋白的激活,而少数基因受p38丝裂原活化蛋白激酶(p38mitogen-activated protein kinase,p38MAPK)的调控,IL-17A诱导MAPK以及下游转录因子AP-1和p65 NF-κB的激活,得出IL-17A与IL-17F与RA易感性存在关联,从而发现两者通过相关信号通路参与了RA在内的一些自身免疫性疾病。还有相关研究[12-13]表明,RA患者的关节腔积液存在异常增生的IL-17,IL-17不仅能影响RANKL/RANK/OPG信号通路的表达,也会影响OCs的表达,导致成纤维样细胞(Fibroblast,FLS)生成,进而刺激OCs的分化。IL-17主要通过促进关节OCs的增殖与分化,引起关节软骨的破坏与疏松;在滑膜组织内,IL-17可以上调RA FLS中RANKL mRNA的表达,IL-17诱导的RANKL表达通过抑制NF-κB和激活蛋白而降低,得出即使没有外源性RANKL/RANK/OPG信号通路的表达,IL-17也能诱导OCs的生成[14-15]。所以,IL-17引起RA骨破坏可能是促进OCs和FLS的活化与增殖。

2 RANKL/RANK/OPG与骨破坏

2.1 RANKL/RANK/OPG组成及生物学功能RANKL是一种由肿瘤坏死因子配体的超家族成员11(tumor necrosis factor superfamily member 11,TNFSF11)基因产生的一种蛋白质,该基因不仅位于人染色体13q14上,并位于小鼠14号染色体上,RANKL是由细胞内、胞外、跨膜三部分组成的Ⅰ型跨膜蛋白,核心结构由158个由胞外羧基端的氨基酸组成,并有数条β型折叠构成,为TNF家族同源性结构域[16]。RANKL在正常生理条件下主要分布于免疫、骨骼和循环系统,且表达于OB、FLS、内皮细胞以及骨髓间质细胞中,他们通过细胞之间的接触,激活信号的传导促进了OCs的活化,并使RANKL参与骨破坏,以OB、活化T细胞和滑膜细胞的分泌为主,通过自分泌与旁分泌的方式与RANK结合发挥生物效应[17]。人体的各种组织中均可以检测到RANKL表达,但是在骨组织中的表达比在心脏、肾脏等更为强烈,尽管有多种细胞因子参与破骨细胞前体(osteoclast precursors,OCPs)向OCs的分化过程,但是有研究[18]认为RANKL仍然是目前唯一可以促进OCPs分化、成熟的细胞因子。RANK属于肿瘤坏死因子受体超家族(tumor necrosis factor receptor superfamily,TNFRSF) 的一员,它的基因位于18q22.1,是一个Ⅰ型的跨膜蛋白,含有616个氨基酸,其人、鼠同源性为60%[19]。RANK主要在单核巨噬细胞系统中表达,其中包括OCs及前体细胞、淋巴细胞、内皮细胞、FLS等,并在乳腺上皮细胞、OCs、软骨细胞、树突细胞、活化的T细胞及B细胞等细胞中均有RANK蛋白的表达,它的mRNA主要分布于结肠、肌肉、胸腺、肾上腺等组织[20]。OPG蛋白是1997年W.S.Simonet等[21]在大鼠肠cDNA文库测序实验发现的。OPG是RANKL的一种可溶性诱导受体,也被称为破骨细胞抑制因子,是肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)受体家族之一,它还是一种生长因子受体,主要由骨细胞产生,主要通过抑制RANK-RANKL受体相互作用来防止骨细胞的形成和吸收[22]。RANKL/OPG系统与骨代谢关系密切,RANKL是骨细胞生成所需的配体,骨钙蛋白(osteocalcin)是RANKL的诱饵受体,RANKL与RANK系统主要通过胞内信号转导,调控基因表达,促进OCs分化,从而诱导OCs再形成,最终导致骨质破坏[23]。OPG具有抗内皮细胞凋亡,促进血管内皮细胞成熟等作用,它有着抑制破骨细胞前体细胞的分化,抑制成熟OCs的骨吸收活性并诱导其凋亡的功能[24]。

2.2 RANKL/RANK/OPG通路与骨破坏的研究骨重塑过程是由骨细胞组成的,也就是OB的骨形成、OCs的骨吸收以及骨细胞之间平衡的结果。源自造血干细胞谱系的OCs是参与骨吸收的主要细胞,在RA和骨质疏松等风湿性疾病中,平衡被破坏并发生有利于骨吸收的变化,因此,阐明OCs形成和骨吸收的机制至关重要。RANKL/RANK/OPG系统参与了骨细胞成熟、骨构建和骨重塑的过程[25],而RANKL和OPG是此信号系统的主要元件。在一些研究[26-27]中,RANKL/RANK/OPG途径通过调控OCs的活性而影响骨代谢,OPG能抑制RANKL的活性,从而激活它的配体,而骨细胞通过OPG和RANKL的分泌来调控骨吸收,促进骨细胞的分化和成熟,通过OPG与RANKL的结合,抑制骨细胞分化,这说明上调OPG/RANKL的比率,可以抑制骨质疏松症[28]。OCs与RA骨质破坏具有密切的关系,而RANKL是一种OCs分化因子,其在OCs分化中具有重要作用,RANKL在RA患者的滑膜组织中高度表达,并参与OCs的形成,从而导致RA中的骨破坏[29]。RANKL和OPG分别是TNF和TNF受体超家族的成员,与RANK的结合不仅可以调控正常骨构建和骨重塑中OCs的形成,而且也有其他一些以骨转换增加为特征的病理状况[30],RANKL/OPG通路的发现有助于理解骨形成和骨吸收是如何处理和调控的,可以作为一种新的骨治疗策略。OPG在骨代谢调节中具有重要的作用,它与 RANKL之间存在着密切的关系,OPG对 OCs的分化、激活、 OCs的凋亡以及对骨的再吸收有一定的影响,因此,OPG/RANKL比值是OCs衡量骨吸收程度的一个重要指标,研究人员可以将OPG作为一种有待研究的潜在创新治疗选择。

3 IL-17通过RANKL/RANK/OPG通路调控RA骨破坏

目前,IL-17促进RA骨破坏的机制可能与间接产生IL-1、IL-6和TNF-α有关,从而加重关节破坏,RANKL/RANK/OPG通路的平衡失调会促使OCs分化,导致破骨增加而成骨减少。IL-17可以通过调节RANKL/RANK/OPG 通路对OCs和OB的活化产生重要影响,IL-17是RA免疫异常的关键因素,OPG与RANKL结合,可以抑制骨细胞骨吸收,IL-17可以通过改变RANKL/OPG的比例促进OCs的形成,引起骨质破坏,所以,RANKL/OPG通路是骨重吸收和形成之间的耦合因子[31]。有研究[32]发现在RA患者中的血清、组织及关节液中可以观察到RANKL水平升高,而OPG减少。Y.Nakano等[33]通过对人牙髓细胞研究发现IL-17在体外增加人牙髓细胞中RANKL的mRNA表达,而且,还有研究[34]表明在对人牙周膜细胞的实验中,IL-17可以明显增强RANKL的表达和抑制OPG形成,并进一步发现IL-17可以通过NF-κB 调节RANKL与OPG的表达。R.Ganesan等[35]通过实验发现IL-17与RANKL表达式依赖于IL-17/IL-17RA/信号传导及转录激活蛋白-3(signal transducer and activator of transcription-3,STAT-3)的信号级联,IL-17RA对STAT-3活化的抑制,降低了关节炎大鼠的IL-17对RANKL表达及其骨细胞的生成潜力,这为IL-17信号级在RA中产生RANKL的重要作用提供了重要证据。还有研究[36]发现IL-17可以强化RANKL信号通路,刺激OCs分化,参与RA的骨破坏。吕英姿等[37]通过临床试验发现IL-17可以通过STAT3信号通路的表达,抑制IL-17诱导的RANKL表达增多,使IL-17对OPG的生成具有抑制作用,得出STAT3参与诱导RA关节滑膜炎症和骨质破坏的过程。还有研究[38]报告指出IL-17可以诱导RANK表达的受体,对OCs生成和骨质吸收有着重要的作用。RANKL可与破骨细胞前体RANK结合,促使破骨前体细胞分化为OCs;IL-17刺激滑膜FLS或OCs诱导RANKL高表达,进一步对破骨细胞前体产生作用;IL-17通过诱导TNF-α、IL-1、IL-6等致炎因子的产生,从而促进 RANKL的表达,从而介导破骨细胞前体向 OCs的分化,从而导致骨质破坏。

4 小 结

IL-17在RA疾病发生发展过程中不仅发挥致炎作用, 还参与了RA骨和软骨的破坏。在骨细胞的微环境中,OB与OCs之间存在复杂的生物学功能,二者之间相互影响、相互联系,OCs的过度分化会导致骨形成与骨吸收平衡失调,最终引起骨破坏。虽然IL-17主要与组织炎症的诱导有关,但IL-17的其他生物学功能,包括其创面愈合功能,还有待进一步深入研究。IL-17在最近几年被认为是一种很有前景的风湿性疾病的治疗目标,而且其抑制剂已经开始在临床中得以应用,如司库奇尤单抗等治疗RA的临床研究正在进行之中,并且在临床上阻断IL-17或其受体证明是有效果的,但是关于治疗性阻断IL-17的安全性问题是什么,我们还有待探索。RANKL/RANK/OPG信号通路受体激活剂的发现帮助了解如何处理和调节骨形成和吸收,RANKL/OPG比值的升高,是RA患者关节破坏和骨侵蚀的重要分子生物机制之一。RA的早期表现为骨质疏松,晚期则发展为骨破坏。深入了解OCs的病理过程及骨形成和骨吸收机制,观察并干预促进RA活性的细胞因子,可有效预防 RA患者的致残,降低其死亡率,为临床防治RA提供了有力的依据。

利益冲突说明/Conflict of Intetests

所有作者声明不存在利益冲突。

伦理批准及知情同意/Ethics Approval and Patient Consent

本文为综述,不涉及医学伦理审查和知情同意。