無菌性股骨頭壞死的免疫學研究進展

無菌性股骨頭壞死的免疫學研究進展

趙馮均單玉興

(吉林大學第一醫(yī)院二部，吉林長春130021)

關鍵詞〔〕無菌性股骨頭壞死(ANFH)；骨免疫學；T細胞；B細胞；RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)

中圖分類號〔〕R681.8〔文獻標識碼〕A〔

通訊作者：單玉興(1965-)，男，教授，醫(yī)學博士，碩士生導師，主要從事四肢創(chuàng)傷、復雜骨折及各種脊柱疾病的治療及研究。

第一作者：趙馮均(1985-)，男，在讀碩士，主要從事骨科疾病的發(fā)病機制研究。

無菌性股骨頭壞死(ANFH)病因主要包括創(chuàng)傷性及非創(chuàng)傷性兩大類。創(chuàng)傷性因素曾經(jīng)為該病的首要發(fā)病因素，隨著人們生活水平的提高，非創(chuàng)傷性因素的比例在逐年增加，成為該疾病發(fā)病的主要原因，主要包括激素、酒精、基因因素及其他不明因素。這些因素共同的最終結果是股骨頭的有效血液供應的中斷，導致骨的活性成分死亡及隨后修復的一系列復雜的病理過程〔1〕。相關學說主要包括血液凝滯學說〔2〕，骨髓基質干細胞(BMSC)向脂肪細胞異常分化學說〔3〕，骨細胞凋亡學說〔4〕，骨質疏松學說及脂質代謝紊亂〔5,6〕等學說，他們共同的特點是供應股骨頭的重要血管因機械性的原因，管外壓迫及血管內血栓栓塞而受到阻斷，最終出現(xiàn)骨細胞的壞死。免疫因素在該疾病的發(fā)病過程中尚不清楚。自身免疫性疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡，類風濕關節(jié)炎等，導致的股骨頭壞死可能與一些免疫因素有關，如抗磷脂抗體，免疫復合物等〔7〕?？沽字贵w通過作用于血管壁導致血管內血栓形成，導致骨細胞的血供中斷，最終出現(xiàn)不可逆轉的股骨頭壞死。近年來發(fā)現(xiàn)的骨保護素(OPG)/核因子(NF)ICB受體活化因子(RANK)配體(RANKL)/RANK系統(tǒng)提供了免疫系統(tǒng)與骨代謝之間的橋梁〔8〕。OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)是破骨細胞分化過程的一個重要信號轉導通路，而T細胞在OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)，免疫系統(tǒng)及骨骼系統(tǒng)在股骨頭壞死發(fā)病過程中的重要作用，越來越受到重視，本文現(xiàn)對相關研究做簡要綜述。

1自身免疫性疾病

自身免疫性疾病是一類具有自身抗體及免疫復合物形成的系統(tǒng)性疾病，這些自身抗體和免疫復合物可導致機體組織的炎癥反應。該類疾病不僅可引起局部組織的病變，還可引起機體其他組織的病變，病理過程較復雜，主要涉及主要組織相容恢復合體(MHC)分子，交叉抗原，抗原呈遞，補體活化及T細胞，B細胞等的激活及分化。一些學者發(fā)現(xiàn)某些自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡，類風濕關節(jié)炎等經(jīng)常伴隨股骨頭壞死的發(fā)生〔8〕，可能與抗磷脂抗體及自身免疫復合物形成有關〔7〕，最終變化是導致供應股骨頭的血管血流中斷，引起骨細胞，骨髓基質細胞的壞死。然而抗磷脂抗體，免疫復合物，T細胞及B細胞是否直接參與了股骨頭壞死的發(fā)病過程，它們在股骨頭壞死的發(fā)病過程中有哪些作用尚不清楚。

2OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)

2.1OPG自美國Amgen公司研究小組在1997年首次于小鼠小腸cDNA中發(fā)現(xiàn)OPG這種新的細胞因子以來〔9〕，很多國內外學者對其進行了進一步的研究。Yasuda等〔10〕在人胚胎肺成纖維細胞的培養(yǎng)基中分離純化了一種糖蛋白，這種糖蛋白可特異性地抑制破骨細胞的成熟，所以命名為破骨細胞生成抑制因子(OCIF)。經(jīng)過對比研究發(fā)現(xiàn)OCIF與OPG為同一物質，常用名為OPG。OPG廣泛存在于機體內的組織，如皮膚、肺、心、肝、胃、腎、腦、甲狀腺、骨骼等組織以及單核細胞、樹突細胞及B淋巴細胞中，但該細胞因子發(fā)揮作用局限在骨骼系統(tǒng)內，具體機制不明〔8〕。研究報道OPG作用于破骨細胞分化較為終末的階段；OPG基因敲除小鼠破骨細胞數(shù)量增多并伴嚴重的骨質疏松,約60%的動物伴有大動脈鈣化；尚有很多動物試驗的報道顯示OPG具有抑制破骨細胞分化，改善骨質疏松的作用〔11〕。近來發(fā)現(xiàn)OPG是內皮細胞存活的重要因子,而且骨質疏松婦女的動脈粥樣硬化、腦卒中等疾病的發(fā)生率明顯升高,提示OPG可能在血管鈣化的病理生理中發(fā)揮重要作用。供應股骨頭血管的重要分支可能也因血管鈣化而使血管逐漸縮窄，最終導致血流中斷，從而誘發(fā)或加重股骨頭壞死的病理過程。

2.2RANKL-OPG結合蛋白自Lacey等〔12〕,Yasuda等〔13〕，Wong等〔14〕在1998年發(fā)現(xiàn)RANKL以來，該蛋白已經(jīng)得到了進一步的研究。RANKL是一種可與OPG結合的氨基酸，許多研究發(fā)現(xiàn)體內多種組織及細胞都可表達RANKL，如淋巴組織、骨組織、成骨細胞、軟骨細胞，骨髓基質細胞以及激活的T細胞等，但以骨組織及淋巴組織含量較高，這可能是因為RANKL基因表達具有空間特異性。RANKL可促進破骨細胞分化及成熟，抑制破骨細胞的凋亡。Canon等〔15〕的研究顯示在伴發(fā)溶骨性及成骨性病變的乳腺癌，非小細胞癌的動物模型中RANKL的阻斷物RANK-Fc及OPG-Fc可有效地防止骨質流失并延緩腫瘤侵襲骨骼系統(tǒng)； Croucher等〔16〕,Vanderkerken等〔17〕研究多發(fā)性骨髓瘤的前模型顯示抑制RANKL的表達可以較少骨的溶解，并可以通過降低腫瘤負荷增加生存率。不同組織表達的RANKL可相互影響，如淋巴組織表達的RANKL可直接促進破骨細胞的分化成熟，也可促進成骨細胞及基質細胞表達RANKL,間接促進破骨細胞的成熟〔18〕。但破骨細胞只在骨髓微環(huán)境內分化成熟，可能是某些特異性因子通過RANKL/RANK系統(tǒng)影響破骨細胞mRNA的空間特異性表達。另外相關研究顯示，細胞因子對RANKL的表達也有一定的影響，白細胞介素(IL)-1,3,6,7,11,15,17和腫瘤壞死因子(TNF)-α可促進成骨細胞表達RANKL，而干擾素，IL-4，5，10，12，13，18等卻抑制RANKL的信號轉導，從而抑制破骨細胞的成熟。眾多細胞因子間既互相拮抗，又互相協(xié)同，組成一個復雜的網(wǎng)絡〔19~21〕，他們在生理或病理條件下對骨重塑發(fā)揮著重要作用。

2.3RANK-RANKL受體RANK為一種位于破骨細胞前體細胞，成熟破骨細胞，乳腺上皮細胞及軟骨細胞的跨膜蛋白，屬于TNF受體超家族〔22〕。有研究顯示RANK 基因敲除的小鼠因缺乏破骨細胞而表現(xiàn)為嚴重的骨硬化，周圍的淋巴結及成熟的T、B細胞液缺乏，胸腺發(fā)育正常，可見RANK是參與破骨細胞成熟及分化的重要因子〔8〕。相關研究顯示無論是骨髓單核細胞，外周血單核細胞，還是組織中成熟的巨噬細胞，都可在一定條件下，如粒細胞集落刺激因子(O-CSF),1-25-(OH)2-D3 及地塞米松等，通過RANKL/RANK信號轉導通路，JNK信號轉導通路或其他非RANKL/RANK依賴的信號轉導通路轉化為破骨細胞。RANK既是RANKL的受體，又是OPG的受體，RANKL和OPG可競爭性結合于RANK受體，促進或抑制破骨細胞的分化，成熟及發(fā)揮功能，從而調節(jié)骨代謝，參與骨重塑。

2.4RANKL/OPG/RANK穩(wěn)態(tài)的調節(jié)RANKL/OPG/RANK系統(tǒng)在生理狀態(tài)下保持動態(tài)平衡。綜上，成骨細胞及骨髓基質細胞均可表達RANKL，促進破骨細胞的分化成熟，防止骨硬化的發(fā)生；同時還可分泌OPG，抑制破骨細胞的成熟及發(fā)揮功能，防止骨吸收過度。Gori等〔22〕的研究顯示在機體的發(fā)育過程中為保持骨形成與骨吸收兩個過程的動態(tài)平衡，骨髓基質細胞及為成熟的成骨細胞分泌較多的RANKL，而成熟的成骨細胞則分泌較多的OPG。此外，一些不可逆的自然過程，如女性的絕經(jīng)，衰老等也可通過降低OPG表達〔23〕，使RANKL表達相對增高，從而導致骨質破壞。在病理狀態(tài)下，如自身免疫性疾病本身等，可導致機體內免疫復合物的形成，激活體內的免疫反應,使一些炎癥因子，如IL-1,3,6,7,11,15,17和TNF-α等分泌增加，促進成骨細胞表達更多的RANKL，而抑制RANKL表達的細胞因子，如干擾素，IL-4，5，10，12，13，18等相對減少，使成熟破骨細胞增多，促進骨質破壞；在治療自身免疫性疾病的藥物中往往含有激素，因此很有可能造成激素使用過量，有研究顯示激素可通過內毒素(LPS)激活的Toll樣受體(TLR)信號轉導通路導致股骨頭壞死〔24〕。骨細胞可表達TLR，而TLR可活化TRAF6調節(jié)的信號級聯(lián)反應，如NF-κB等，NF-κB信號通路可促進破骨細胞形成及其骨吸收活性〔25,26〕。因此RANKL/OPG的比例是體內骨吸收與骨形成平衡關系中的一個重要因素。但是目前尚未有相關研究提示RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)在股骨頭局部的表達水平是否與其他部位一致，股骨頭局部的微環(huán)境中是否有影響RANKL/RANK/OPG表達的其他因素，需要進行相關的研究以明確上述問題。

3T、B細胞

相關報道顯示〔18〕，T細胞對成骨細胞和破骨細胞的刺激和抑制作用與T細胞亞群，細胞因子和局部因素密切相關。淋巴系統(tǒng)中活化的T細胞，主要是記憶性T細胞可產(chǎn)生RANKL。因此，激活的免疫反應可通過抗原提成作用于T細胞，使記憶性T細胞產(chǎn)生增加，從而使RANKL表達增加，進一步影響骨代謝。T細胞亞群，如Th1,Th17等，都可表達RANKL，而Th17表達更多的RANKL，還可通過分泌細胞因子間接促進RANKL表達。

CD4+FOXP3+T細胞中存在一類細胞亞群，即調節(jié)性T細胞，可通過免疫調節(jié)作用維持免疫系統(tǒng)平衡。它通過細胞毒T淋巴細胞相關抗原(CTLA)-4與破骨細胞前體中的B7-1和B7-2結合，抑制破骨細胞形成從而抑制骨質破壞。同時該類細胞還可產(chǎn)生還可產(chǎn)生IL-4，IL-10，轉化生長因子(TGF)-β等，這些細胞因子兼有抗炎及抑制破骨細胞的作用〔18〕。

目前針對B細胞在骨骼系統(tǒng)中的研究較少。有研究顯示B細胞也可表達RANKL，OPG等。但B細胞的作用主要是表達OPG，抑制破骨細胞分化及成熟。Manabe等〔27〕的研究顯示，未成熟的B細胞可在兩種破骨細胞生成因子巨噬細胞集落刺激因子(M-CSF)和RANKL的作用下分化為破骨細胞樣細胞；Calvani等〔28〕的研究顯示克隆性增殖的B細胞是潛在的破骨細胞祖細胞，它們可在骨髓瘤的微環(huán)境下表達抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)，這種酶可促進B細胞轉化為破骨細胞樣細胞。然而是否還存在其他的微環(huán)境可使B細胞轉化為破骨細胞樣細胞尚不清楚。研究顯示CD86+B細胞以及CD27-CD95+B細胞在強直性脊柱炎患者的外周血中較正常人明顯增高，CD38+B細胞及CD95+B細胞與強直性脊柱炎疾病活動指數(shù)呈正相關，CD27-及CD95+CD19+B細胞與類風濕因子呈負相關,用美洛昔康治療1個月后，CD86+B細胞以及CD27-CD95+B細胞數(shù)量增多〔29〕。由此可見，B細胞可能在骨關節(jié)疾病的發(fā)病過程中起一定的作用，但局部組織的病理變化及其發(fā)生的機制尚未明確。

可見，淋巴系統(tǒng)中的T、B細胞均可表達RANKL ，但它們對破骨細胞的作用取決于機體內的免疫水平，如果免疫系統(tǒng)過度激活，如持續(xù)的抗原刺激，則RANKL表達相對增高，使破骨細胞分化成熟增多，促進骨質破壞；一般狀態(tài)下，隨著免疫系統(tǒng)的激活，體內的致敏抗原及免疫復合物被清除,記憶性T細胞依賴的RANKL逐漸減少，調節(jié)性T細胞及B細胞對破骨細胞的抑制作用相對增強，使骨吸收與骨破壞逐漸達到平衡。B細胞還可在某些特定的微環(huán)境下轉化為破骨細胞樣細胞或者促進破骨細胞的分化成熟，促進骨質吸收。但T、B細胞是否在股骨頭局部組織中直接起作用，它們是否激活了某些信號轉導途徑，它們與骨髓基質，骨細胞及脂肪細胞存在哪種關聯(lián)， 需要進一步的研究。

4骨免疫學

Arron等〔30〕首次提出了骨免疫學的基本概念，描述了骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間的關系,免疫失調可導致骨代謝異常。其中的兩個重要支點是RANKL和激活的T細胞。

OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)是聯(lián)系免疫系統(tǒng)與骨代謝的橋梁。在骨重建與骨塑形中的成骨細胞和破骨細胞直接調節(jié)骨重塑,也與免疫細胞和免疫細胞分泌的細胞因子聯(lián)系密切,不僅體現(xiàn)在共同的起源,而且可通過RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)直接或間接作用于骨分化,刺激和抑制作用與免疫細胞亞群、細胞因子和局部微環(huán)境因素等有關。

綜上，目前的骨免疫學研究針對的是整個骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)，骨調節(jié)與免疫系統(tǒng)的調節(jié)存在多種機制，包括骨髓微環(huán)境及全身免疫系統(tǒng)的變化，而且它們之間的關系錯綜復雜。但是骨關節(jié)局部病變，如股骨頭壞死，可能還與其周圍的組織存在聯(lián)系，目前關于股骨頭壞死的病因最終都歸結于供應有效股骨頭的重要血管的中斷，但原發(fā)于股骨頭局部組織的病變尚未得到深入確切的研究。自身免疫性疾病，RANKL/OPG/RANK，激活的T細胞，B細胞，T細胞的某些亞群如濾泡輔助性T細胞以及脂肪細胞等，這些因素都可參與股骨頭組局部組織的病變，因此需要進一步研究股骨頭局部組織的病理變化，并探討其發(fā)生的分子機制及其與免疫系統(tǒng)的關系。

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〔2014-10-25修回〕

(編輯苑云杰/張慧)