腎素-血管緊張素系統(tǒng)在骨組織疾病中的作用

宋凱 洪家坤 張池 丁凡

經(jīng)典腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)在全身起著調(diào)節(jié)血壓和電解質(zhì)平衡的作用，而局部/組織RAS包括骨RAS[1-2]，可直接參與骨代謝，即介導(dǎo)骨質(zhì)疏松、骨關(guān)節(jié)炎(OA)等退行性病變中基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)產(chǎn)生，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)降解，以及刺激骨腫瘤組織新生血管生成。骨RAS的激活在骨代謝中起著獨(dú)立于全身的重要作用。RAS的活性因子包括腎素、血管緊張素(Ang)Ⅰ和Ⅱ、血管緊張素Ⅱ受體1(AT1R)、血管緊張素Ⅱ受體2(AT2R)、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)、Ang-(1-7)及Mas受體等。RAS由2個(gè)軸組成，第一軸為ACE，以AngⅡ?yàn)樽罱K產(chǎn)物，以AT1R為主要效應(yīng)器，介導(dǎo)AngⅡ的生物學(xué)作用；第二軸為經(jīng)ACE2介導(dǎo)的AngⅡ水解產(chǎn)生的Ang-(1-7)，以Mas受體為主要效應(yīng)器傳遞Ang-(1-7)，介導(dǎo)血管舒張及抗細(xì)胞增殖、抗纖維化和抗炎作用。RAS軸中的明星分子是AngⅡ，故研究RAS多以AngⅡ?yàn)檠芯繉?duì)象。

1 RAS及其阻滯劑與骨質(zhì)疏松

骨RAS在骨質(zhì)疏松中的作用已有很多研究[3-4]，在骨組織中RAS可介導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生增殖、分化、凋亡、氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)[5]和血管生成[6]等。Nakai等[7]報(bào)道，AngⅡ通過增加ROS17/2.8細(xì)胞(成骨細(xì)胞)中AT1R來促進(jìn)MMP-3和MMP-13產(chǎn)生，通過降低堿性磷酸酶活性及促進(jìn)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)-1/2、p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路磷酸化來促進(jìn)細(xì)胞增殖，或通過激活ROS17/2.8細(xì)胞中應(yīng)激活化蛋白激酶/c-Jun氨基末端激酶(SAPK/JNK)信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)這一效應(yīng)，從而刺激類骨細(xì)胞ECM降解，促進(jìn)骨質(zhì)疏松發(fā)生。Shimizu等[8]研究表明，破骨細(xì)胞中存在腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)的組成部分，包括AT1R、AT2R和醛固酮受體。Kaneko等[9]報(bào)道，激活RAAS或持續(xù)進(jìn)行組織灌注AngⅡ，使其作用于破骨細(xì)胞AT1R，可以增加骨吸收，AngⅡ還可通過特異性結(jié)合AT1R抑制成骨細(xì)胞分化和骨形成，而AT1R缺失與骨強(qiáng)度增加有關(guān)。此外，AngⅡ也可直接作用于成骨細(xì)胞，促進(jìn)核因子-κB受體活化因子配體(RANKL)的表達(dá)，通過局部提供促破骨細(xì)胞因子，間接刺激破骨細(xì)胞形成[10]。龐大的RAS家族中不僅存在骨質(zhì)的破壞因子，還可能存在骨質(zhì)的保護(hù)因子。Abuohashish等[11]通過去卵巢小鼠模型證實(shí)，ACE-2/Ang(1-7)/Mas級(jí)聯(lián)受體可能是RAS中的保護(hù)因子，可消除傳統(tǒng)的ACE/AngⅡ/AT1R信號(hào)通路對(duì)骨組織的破壞。

Shimizu等[12]通過去卵巢誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松大鼠模型證實(shí)，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)可增加去卵巢大鼠骨密度，并增加抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)活性和尿脫氧吡啶啉含量。Abuohashish等[13]則通過去卵巢大鼠模型研究Ang(1-7)介導(dǎo)ACEI(卡托普利)對(duì)骨的保護(hù)作用，同樣證實(shí)ACEI有改善骨質(zhì)疏松的作用。也有學(xué)者得出相反的結(jié)論，即ACEI(依拉普利)可促進(jìn)去卵巢大鼠骨量丟失[14]。Kunutsor等[15]報(bào)道，對(duì)中老年白種人使用ACEI可減少老年人骨質(zhì)疏松髖部骨折的發(fā)生。然而Choi 等[16]的研究卻得出相反結(jié)論，即除血管緊張素受體拮抗劑(ARB)外，抗高血壓藥物的使用與骨折風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，ACEI在成年高血壓患者中具有較高的骨折發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。目前RAS阻滯劑對(duì)骨質(zhì)疏松的治療作用還存有爭議。

2 RAS及其阻滯劑與OA

AngⅡ作為促炎因子可介導(dǎo)腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-8、單核細(xì)胞趨化蛋白-1、血管細(xì)胞黏附分子-1、E選擇素、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β等多種細(xì)胞因子的產(chǎn)生，這些細(xì)胞因子在誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)中起著重要的作用。

OA是最常見的慢性關(guān)節(jié)炎性疾病之一，可導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、僵硬、畸形及間隙狹窄，直接損傷關(guān)節(jié)組織或阻礙關(guān)節(jié)組織修復(fù)過程，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。以往研究證實(shí)，在OA和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)患者關(guān)節(jié)液中存有促腎素軸，且其血漿腎素活性顯著升高[17]，這可能反映了在OA及RA中RAS被激活。Cobankara等[18]研究RA和OA患者及健康成人血清ACE和腎素水平，結(jié)果顯示3組患者血清ACE和腎素平均濃度無明顯差異，但RA患者滑膜液中ACE和腎素水平高于OA患者；因此認(rèn)為局部滑膜液中的ACE和腎素可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎和關(guān)節(jié)損傷。RAS及其主要介質(zhì)AngⅡ可通過炎性反應(yīng)激活滑膜血管直接影響關(guān)節(jié)炎的進(jìn)程，并通過自分泌和旁分泌機(jī)制刺激滑膜血管生成，影響滑膜成纖維細(xì)胞和滑膜血管系統(tǒng)。OA的主要病理特征是關(guān)節(jié)軟骨退行性變性，其主要原因是軟骨細(xì)胞凋亡和ECM丟失；主要病理變化有軟骨細(xì)胞肥大、軟骨基質(zhì)分離和降解、軟骨鈣化層增厚、血管內(nèi)骨硬化改造等。Tsukamoto等[19]研究發(fā)現(xiàn)，局部RAS成分在軟骨細(xì)胞肥大分化過程中表達(dá)并可被調(diào)節(jié)，通過激活RAS中的AT2R誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞肥大，其結(jié)果是Ⅹ型膠原蛋白、MMP-13和Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子-2表達(dá)增加，而AT1R活化則抑制了這一效果；進(jìn)一步研究證實(shí)，除了病理性肥大軟骨細(xì)胞可表達(dá)RAS成分外，正常關(guān)節(jié)軟骨中的透明軟骨細(xì)胞也可通過誘導(dǎo)表達(dá)RAS成分[2]。近年來的研究也表明，RAS主要成分(包括ACE、AT1R、AT2R)在人和動(dòng)物滑膜組織中都有表達(dá)，并參與OA和RA發(fā)病機(jī)制；其表達(dá)水平與炎癥程度及關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重度相關(guān)[20-21]。ACEI或ARB可通過減少炎癥因子產(chǎn)生來改善臨床癥狀，延緩OA進(jìn)展[22]。

3 RAS及其阻滯劑與骨腫瘤

目前對(duì)RAS及其阻滯劑在許多腫瘤如神經(jīng)膠質(zhì)瘤[23]、乳腺癌[24]等中的作用也有研究。AngⅡ通過調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、遷移、侵襲、增殖和促血管生成在多種惡性腫瘤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。Ishikane等[25]研究認(rèn)為，AngⅡ/AT1R信號(hào)通路可能通過上調(diào)黏附分子表達(dá)來參與腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附，內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子上調(diào)可能參與Ang誘導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移。

骨肉瘤是骨科常見的原發(fā)性惡性骨腫瘤，目前多采用化療聯(lián)合廣泛腫瘤切除的綜合治療方式，肺轉(zhuǎn)移是骨肉瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的主要靶器官。研究表明，AngⅡ可促進(jìn)骨腫瘤組織血管生長[26],骨肉瘤血管化是其生長及發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的主要原因[27]。這表明抑制腫瘤血管化可能是有效的治療策略。AT1R是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、血管生成和炎癥的主要成分。AngⅡ通過激活A(yù)T1R來刺激血管內(nèi)皮生長因子、血管生成素-2、成纖維細(xì)胞生長因子和血小板衍生生長因子的表達(dá)，這些細(xì)胞因子均參與細(xì)胞增殖或血管生成；Ang通過上述途徑誘導(dǎo)腫瘤血管生成，激活某些癌細(xì)胞生長和遷移。高血壓是惡性腫瘤的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一[28]。一項(xiàng)針對(duì)高血壓的大規(guī)模臨床試驗(yàn)表明，ACEI及ARB不僅可降低心血管疾病死亡率，而且可降低惡性腫瘤死亡率[29]。ACEI可能通過減少AngⅡ介導(dǎo)的腫瘤血管生成而表現(xiàn)出抗腫瘤作用，ARB也可阻斷AngⅡ信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，且比ACEI更徹底。研究表明，ARB能有效抑制癌癥和肉瘤增殖[30]。Wasa等[31]使用肺轉(zhuǎn)移率高的小鼠骨肉瘤細(xì)胞系(LM8)研究AT1R拮抗劑對(duì)血管生成的影響，結(jié)果顯示AT1R拮抗劑對(duì)骨肉瘤生長和肺轉(zhuǎn)移具有抑制作用。然而，有研究報(bào)道RAS抑制劑對(duì)抑制癌癥發(fā)生和轉(zhuǎn)移沒有益處。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，雖然坎地沙坦可顯著降低心力衰竭患者心血管死亡率，但癌癥死亡的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加[32]。RAS阻滯劑在骨肉瘤中的作用還有待進(jìn)一步研究。

4 RAS及其阻滯劑與椎間盤退變

椎間盤由上下軟骨終板、內(nèi)部的髓核、周圍的纖維軟骨環(huán)組成。髓核由85%的水和蛋白聚糖組成，纖維軟骨環(huán)由ECM和外層的Ⅰ型膠原纖維、內(nèi)層的Ⅱ型膠原纖維、軟骨細(xì)胞組成。椎間盤的機(jī)械性能嚴(yán)格依賴于其結(jié)構(gòu)組成。由于椎間盤固有的正靜水壓力，髓核能承受壓縮載荷，纖維軟骨環(huán)能抵抗拉伸應(yīng)力[33]。正常的椎間盤是人體最大的乏血供組織，然而當(dāng)椎間盤發(fā)生退變時(shí)這一現(xiàn)象卻出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)。彭寶淦等[34]對(duì)人退變椎間盤組織病理切片觀察發(fā)現(xiàn)，退變椎間盤組織中會(huì)形成1條從外層纖維環(huán)至髓核的不規(guī)則血管化肉芽組織條帶區(qū)，肉芽組織成熟程度及范圍大小不一，有成熟的瘢痕化膠原組織及新鮮的血管、肉芽組織。肉芽組織結(jié)構(gòu)紊亂，中間有1個(gè)或多個(gè)裂隙，肉芽組織沿裂隙向椎間盤縱深處長入。在一些退變椎間盤內(nèi)，還可見到肉芽組織與非肉芽組織的交界區(qū)[35]。退變椎間盤內(nèi)不僅有帶血管的肉芽組織生長[36]，而且還有痛覺神經(jīng)纖維向內(nèi)生長。然而，血管長入并不意味著椎間盤自我修復(fù)的能力增強(qiáng)，而是椎間盤退變炎癥反應(yīng)的表現(xiàn)。

目前還沒有確切證據(jù)表明RAS與椎間盤退變之間存在關(guān)聯(lián)性，只能從相關(guān)文獻(xiàn)資料來加以佐證。上文提到AngⅡ在骨腫瘤和OA中有促血管生成作用[26]，那么椎間盤退變組織病理學(xué)中新生血管生成是否也與RAS有關(guān)？RAS在椎間盤退變發(fā)展中扮演何種角色？Morimoto等[37]通過Sprague-Dawley大鼠椎間盤退變模型證實(shí)AngⅡ存在，且AngⅡ與椎間盤退變存在相關(guān)性。在骨質(zhì)疏松癥中，AngⅡ通過成骨細(xì)胞中AT1R的MAPK信號(hào)通路，促進(jìn)成骨細(xì)胞中MMP-3和MMP-13產(chǎn)生，從而刺激類骨細(xì)胞ECM周轉(zhuǎn)過程中的降解[5]。MMP在椎間盤退變組織中的高表達(dá)及其促退變作用已得到證實(shí)[38-40]。骨質(zhì)疏松癥不僅包括椎體骨質(zhì)疏松，還包括椎體終板骨質(zhì)疏松，骨質(zhì)疏松癥可導(dǎo)致應(yīng)力集中于椎體終板中心。生物力學(xué)模型表明，增加的壓縮應(yīng)力將導(dǎo)致軸向終板隆起和骨小梁受壓，在骨質(zhì)疏松脊柱中這些變化可能是永久性的。椎體終板骨質(zhì)疏松將導(dǎo)致椎間盤結(jié)構(gòu)坍塌，促進(jìn)椎間盤退變發(fā)生。鑒于脊柱的兩大退行性病變椎體骨質(zhì)疏松與椎間盤退變密切相關(guān)，今后或許可以從RAS參與骨質(zhì)疏松發(fā)病機(jī)制中進(jìn)一步研究其在椎間盤退變中的作用。

5 結(jié)語

目前局部/組織RAS在骨組織疾病中的研究越來越多，在骨質(zhì)疏松、OA及骨腫瘤中RAS介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激[41]、促血管生成[25]等作用是否也同樣作用于椎間盤退變，值得進(jìn)一步研究，這也是今后研究努力求證的方向。