氧化應激在強直性脊柱炎發(fā)病機制中的作用

崔艷銘，崔 陽

強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)是脊柱關(guān)節(jié)炎(spondyloarthritis, SpA)中最常見和最嚴重的一種類型[1]，是一種慢性進行性炎性反應性的全身性疾病，病變主要累及中軸關(guān)節(jié)、脊柱和骶髂關(guān)節(jié)，嚴重時可導致脊柱和關(guān)節(jié)強直從而致殘，致殘率可達3%～50%[2]，同時亦可累及外周關(guān)節(jié)及引起關(guān)節(jié)外表現(xiàn)，如葡萄膜炎、虹膜炎、心臟傳導系統(tǒng)異常、腎功能異常、間質(zhì)性肺病、感覺異常等。該病起病隱匿且進展緩慢，以青年男性發(fā)病為主，發(fā)病高峰期多在20～30歲之間，發(fā)病率達0.2%～6%[3]。AS關(guān)節(jié)病變最初表現(xiàn)為急性或者亞急性炎性反應，進而出現(xiàn)炎性骨破壞，導致骨缺損，隨著炎性反應逐漸緩解或消退，演變成脂肪沉積、纖維化等慢性炎性反應修復骨缺損病灶，最終通過軟骨內(nèi)成骨的方式形成病理性骨化[4]。

就目前研究來說，AS發(fā)病與遺傳、免疫紊亂、炎性反應等因素相關(guān)，但其具體的發(fā)病機制尚不明確。近年來，氧化應激(oxidative stress, OS)在強直性脊柱炎中的研究得到越來越多關(guān)注，不少研究表明AS患者存在氧化應激穩(wěn)態(tài)失衡，本文對氧化應激與強直性脊柱炎的關(guān)系及抗氧化治療進行綜述。

1 氧化應激概述

OS是指機體在受到感染、紫外線照射、吸煙等有害刺激后，體內(nèi)中性粒細胞炎性浸潤，細胞內(nèi)產(chǎn)生大量的氧化活性物質(zhì)，如活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species, RNS)，導致氧化/抗氧化系統(tǒng)失衡，從而造成組織和細胞損傷。其中，ROS包括超氧陰離子(·O2-)、過氧化氫(H2O2)、羥自由基(·OH-)等；RNS包括一氧化氮(NO)、二氧化碳(CO2)、過氧亞硝酸鹽(·ONOO-)等[5-6]。正常生理狀態(tài)下，機體可以通過線粒體氧化呼吸鏈產(chǎn)生ROS[7]，而機體內(nèi)的抗氧化應激防御系統(tǒng)可有效清除產(chǎn)生的氧化活性物質(zhì)，使機體免受損傷。一旦氧化活性物質(zhì)產(chǎn)生過多而超過機體自我清除能力，或抗氧化系統(tǒng)功能受損，機體則出現(xiàn)氧化應激狀態(tài)。

正常機體內(nèi)存在清除這些氧化活性物質(zhì)的抗氧化應激防御系統(tǒng)，包括酶抗氧化系統(tǒng)和非酶抗氧化系統(tǒng)。酶氧化系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和一氧化氮合酶(NOS)等；非酶抗氧化系統(tǒng)主要包括維生素C、維生素E、谷胱甘肽、泛醌等。當氧化/抗氧化系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，可以抑制氧化活性物質(zhì)對機體產(chǎn)生的損傷；而氧化活性物質(zhì)產(chǎn)生過多，超出抗氧化物質(zhì)的清除能力時，會出現(xiàn)氧化應激穩(wěn)態(tài)失衡，進而導致DNA、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等直接或間接的氧化和損傷[8]，影響細胞的分化、生長、增殖，最終造成組織和器官的損傷。

2 氧化應激與強直性脊柱炎

正常情況下機體產(chǎn)生的ROS和RNS可以被機體抗氧化系統(tǒng)清除，一旦出現(xiàn)氧化應激，可導致某些疾病，如高血壓、糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、系統(tǒng)性硬化、白塞病等[8-12]。有研究發(fā)現(xiàn)，慢性炎性反應性關(guān)節(jié)疾病如類風濕關(guān)節(jié)炎、強直性脊柱炎，存在著氧化應激反應，疾病非活動期僅表現(xiàn)為氧化物質(zhì)與抗氧化物質(zhì)的比值改變但不會導致氧化損傷，而疾病活動期則表現(xiàn)為強烈的氧化應激，氧化損傷的生物標記物明顯增加[13]。AS疾病早期主要表現(xiàn)為炎性骨破壞，隨著疾病發(fā)展，炎性骨破壞和新骨形成可同時出現(xiàn)，說明炎性反應在AS中具有關(guān)鍵致病作用[14]；而氧化應激與炎性反應之間有著密切的關(guān)系，炎性細胞活化后可產(chǎn)生如TNF-α、IL-1β、INF-γ等多種細胞因子，繼而激活NADPH氧化酶途徑，產(chǎn)生大量氧化活性物質(zhì)[15]。

不少研究表明，AS患者體內(nèi)氧化應激穩(wěn)態(tài)被打破。Yazici[16]將41例確診AS的患者根據(jù)CRP和ESR的水平分成活動組和穩(wěn)定組，同時由30名健康者組成對照組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AS患者的MPO、AOPP均比對照組顯著升高，且AOPP與CRP、ESR、BASDAI呈正相關(guān)。Ozgocmen等[17]對AS患者的血清抗氧化和氧自由基狀態(tài)進行調(diào)查，選取30例未予DMARD治療的患者(處于活動期和穩(wěn)定期各15例)，16例健康者作為對照組，發(fā)現(xiàn)活動期患者的過氧化氫酶和丙二醛含量明顯高于對照組，表明活動期的AS患者發(fā)生氧化應激和脂質(zhì)過氧化反應加速，血清過氧化氫酶活性可能與疾病活動密切相關(guān)。Karakoc等[18]的研究納入50例平均BASDAI 4.6分的AS患者和26例健康人，發(fā)現(xiàn)AS患者的總氧化狀態(tài)及氧化應激指數(shù)較健康組高，而抗氧化狀態(tài)則比健康組低。Karkucak等[19]比較23例使用TNF-α抑制劑和24例使用NSAID AS患者的研究發(fā)現(xiàn)，使用TNF-α抑制劑的患者總氧化水平最低。劉磊等[20]研究發(fā)現(xiàn)，AS患者的疾病活動狀態(tài)可不同程度導致其SOD水平降低，控制患者疾病活動，提高機體SOD水平，可緩解AS患者臨床癥狀。Dong等[21]發(fā)現(xiàn)，AS小鼠的MDA水平比健康小鼠高，而SOD、CAT、GSH-PX水平則比健康小鼠低。上述研究均提示AS發(fā)病機制中氧化應激起著重要作用，其氧化產(chǎn)物與疾病活動程度有一定相關(guān)性。

強直性脊柱炎患者可通過體內(nèi)多種途徑啟動氧化應激。AS尤其是活動期的AS患者滑囊液中的中心粒細胞明顯活化，從而產(chǎn)生ROS，同時釋放如膠原酶、MPO、彈性蛋白酶等酶，這些酶可以催化H2O2和Cl-生成毒性更大的HOC和OCl-，引起氧化應激，導致組織損傷。腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)是AS發(fā)病的關(guān)鍵促炎性因子，它主要由活化的巨噬細胞產(chǎn)生，無論是AS患者的血清、滑膜，還是骶髂關(guān)節(jié)，都發(fā)現(xiàn)TNF-α升高[21]。TNF-α在氧化應激中也起重要作用。在急性損傷的小鼠模型中可檢測到骨髓間充質(zhì)干細胞TNF-α明顯升高，而TNF-α可通過激活NF-κB通路使microRNA-705表達增加，抑制FoxO轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，繼而抑制SOD而積累ROS、CAT，而累積的ROS進一步激活NF-κB通路[22]，促進細胞凋亡相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，誘導細胞凋亡。此外，TNF-α也可通過激活NADPH氧化酶途徑產(chǎn)生ROS。李建民等[23]用免疫組化方法檢測到處于活動期的AS患者骶髂關(guān)節(jié)滑膜組織的BMP2表達明顯，而正常的骶髂關(guān)節(jié)滑膜組織則不表達BMP2。在接受BMP2的小鼠局部軟組織中可以發(fā)現(xiàn)大量炎性細胞浸潤，進一步發(fā)現(xiàn)在小鼠NIH3T3細胞、內(nèi)皮細胞、前成骨細胞中，BMP2可以誘導ROS的產(chǎn)生[24]。Sorescu等[25]研究表明BMP信號可通過旁分泌信號促進內(nèi)皮細胞生成ROS。

上述研究均說明，OS與AS的發(fā)生發(fā)展有密切聯(lián)系。FoxOs作為氧化應激的重要調(diào)節(jié)者，可通過調(diào)節(jié)抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄以及參與細胞周期、DNA修復和壽命基因介導OS的應答，而其中FoxO3a在骨細胞中表達顯著[26]。同時FoxO3a可以調(diào)節(jié)成骨細胞，對于維持骨代謝至關(guān)重要。如果軟骨缺少Fox蛋白的表達，小鼠會出現(xiàn)明顯的生長板異常，導致骨骼畸形[27]，并且成骨細胞分化標志物ALP和Osterix水平降低[26]。Ambrogini等[26]敲除FoxO1、FoxO3、FoxO4基因后,將減少谷胱甘肽等抗氧劑的表達,從而引起氧化應激，引起成骨細胞數(shù)目減少,并在基因敲除5周后出現(xiàn)了成骨細胞凋亡,然而當FoxO3過表達時,則出現(xiàn)成骨細胞數(shù)目增多和骨量增加。然而，目前FoxO3a在強直性脊柱炎中的作用尚無相關(guān)研究，在未來可進一步研究FoxO3a介導的氧化應激與AS發(fā)病機制的關(guān)系。

3 強直性脊柱炎抗氧化治療

目前用于AS的治療藥物主要是NSAID和TNF-α拮抗劑，這兩種藥物在改善癥狀方面作用明顯，于延緩甚至抑制病理性骨化的發(fā)生仍缺乏相關(guān)證據(jù)支持[28-31]。研究發(fā)現(xiàn)AS與氧化應激有一定關(guān)系，但抗氧化應激治療尚未應用于AS的治療，無論國內(nèi)還是國外，抗氧化應激治療AS的研究相對其他藥物治療研究滯后。然而，齊亞軍等[31]研究發(fā)現(xiàn)，主要由黃芪、薏苡仁、雷公藤、蜈蚣等藥物合成的新風膠囊治療強直性脊柱炎有一定療效，且檢測到患者的氧化指標活性氧自由基水平降低，而抗氧化指標超氧化物歧化酶升高。在強直性脊柱炎的小鼠模型中，柚皮苷具有抑制炎性反應和氧化應激的作用[32]。野菊花提取物具有抗氧化作用，將其用于治療AS的小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠的丙二醛水平下降，而超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶水平上升[21]。關(guān)于治療AS，減少甚至阻止骨贅形成，抗氧化應激藥物的研究將是未來一個新的研究方向。

4 總結(jié)

綜上所述，AS患者機體內(nèi)存在氧化應激穩(wěn)態(tài)失衡。隨著國內(nèi)外專家對AS發(fā)病機制的深入研究，發(fā)現(xiàn)有多種因素導致AS發(fā)病，而且各種因素互相促進，互相制約，但具體的關(guān)系仍不清晰，而氧化應激也許在AS發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。因此，進一步研究AS患者體內(nèi)氧化應激指標變化、氧化應激通路與AS病理性骨化通路的關(guān)聯(lián)以及AS的抗氧化治療，將為AS的發(fā)病機制研究帶來新思路，同時為臨床治療帶來更多的選擇。