骨硬化蛋白與類風濕關(guān)節(jié)炎相關(guān)性的研究進展

韓燕英，王友蓮

(江西省人民醫(yī)院風濕免疫科，南昌 330006)

類風濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種以慢性多關(guān)節(jié)炎性反應(yīng)為主的系統(tǒng)性自身免疫性疾病，其病理特征為滑膜炎性反應(yīng)和增生、血管翳形成，進而造成軟骨及骨質(zhì)破壞，最終引起關(guān)節(jié)畸形和功能障礙。Wnt信號通路在RA成纖維樣滑膜細胞異常激活和增殖、成骨細胞/破骨細胞平衡失調(diào)、軟骨破壞和骨鈣流失中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用[1]。近年，Wnt信號通路的負調(diào)控因子—骨硬化蛋白在RA中的作用越來越受關(guān)注。有研究[2]顯示骨硬化蛋白可抑制骨形成和促進骨吸收，參與RA骨量丟失、骨質(zhì)破壞的過程，影響RA的疾病進展。骨硬化蛋白抗體(sclerostin antibody，Scl-Ab)有促進成骨的作用，臨床前期研究[3-4]顯示Scl-Ab對改善骨質(zhì)疏松癥患者的骨密度與骨轉(zhuǎn)換有著良好的效果。因此，骨硬化蛋白可能是RA治療的新靶點。筆者在介紹骨硬化蛋白的概念、表達調(diào)控、功能的基礎(chǔ)上，就其與類風濕關(guān)節(jié)炎關(guān)系的研究進展作一綜述，以期為類風濕關(guān)節(jié)炎的研究提供參考。

1 骨硬化蛋白及其表達調(diào)控

1.1 骨硬化蛋白的概述

EIVODA等[5]首次在成年人骨細胞中檢測到骨硬化蛋白。骨硬化蛋白曾被認為是骨細胞的特異性蛋白，后來發(fā)現(xiàn)在非骨細胞中也有表達，包括人類青春期生長板中礦化的肥大軟骨細胞、健康成年人牙根中的牙骨質(zhì)細胞。研究證實骨硬化蛋白在軟骨、腎、心臟、肝臟、睪丸、幽門括約肌、頸動脈、小腦、部分的附睪和輸精管等多種組織中均有表達[6]。骨硬化蛋白是一種主要由骨細胞分泌的糖蛋白，其編碼基因SOST位于人類染色體17q12～q21上，含有1個內(nèi)含子和2個外顯子，其中2個外顯子共同編碼213個氨基酸蛋白質(zhì)，其含有DAN家族特征的“半胱氨酸結(jié)構(gòu)域”[7-8]。

1.2 骨硬化蛋白的表達調(diào)控

骨硬化蛋白的表達受表觀遺傳機制的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄因子如Osterix、Runx2、肌細胞增強因子(myocyte enhancer factor 2c，Mef2)和調(diào)控元件如鄰近啟動子上游的的含E-boxes、C/EBP和Runx2結(jié)合位點的SOST基因轉(zhuǎn)錄必需元件、含Smad2/3和Mef2結(jié)合位點的骨特異增強子元件ECR5均可調(diào)控SOST基因表達[9]。例如，轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)通過激活轉(zhuǎn)錄因子Smad與ECR5的結(jié)合來調(diào)節(jié)SOST基因的表達；腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可通過上調(diào)Mef2轉(zhuǎn)錄因子刺激骨硬化蛋白的表達[10]；甲狀旁腺激素通過cAMP/PKA信號途徑和Mef2抑制SOST增強子的轉(zhuǎn)錄活性，抑制SOST基因表達，骨硬化蛋白近端啟動子(骨硬化蛋白基因上游約1.4 kb)的表觀遺傳修飾如DNA甲基化，也可抑制骨細胞骨硬化蛋白的表達[7]；過量的糖皮質(zhì)激素和1,25-二羥維生素D3均可使骨硬化蛋白的表達增加[11]，而雄激素、雌激素、缺氧條件及機械負荷均可抑制骨硬化蛋白表達[5,9]。

2 骨硬化蛋白在骨代謝中的調(diào)節(jié)作用

骨硬化蛋白主要通過Wnt信號通路在RA中發(fā)揮抑制骨形成和刺激骨吸收的作用。經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)途徑是Wnt配體通過與低密度脂蛋白相關(guān)蛋白(low density lipoprotein receptor related protein，LRP)-5和6受體和卷曲蛋白跨膜共受體結(jié)合形成復(fù)合物，激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)途徑。使胞質(zhì)受體結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象改變，進而募集Axin與蓬亂蛋白、FRAT1形成復(fù)合體，抑制糖原合成酶激酶-3的活性，使Wnt/β-catenin去磷酸化并抑制其降解；胞質(zhì)內(nèi)堆積的β-catenin易位至細胞核后結(jié)合并激活淋巴增強子結(jié)合因子/T細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子，刺激下游靶基因c-myc、cyclinD1、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-3、MMP-13和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)2等的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)成骨細胞與破骨細胞的增殖、分化，促進骨形成[12-13]。

2.1 骨硬化蛋白與骨形成的關(guān)系

骨硬化蛋白通過與Wnt受體LRP-5/6結(jié)合使Wnt相關(guān)蛋白與LRP-5/6和卷曲蛋白復(fù)合體的結(jié)合受阻，拮抗Wnt/β-catenin通路，調(diào)節(jié)骨細胞的增殖、分化和凋亡，抑制骨形成[12-13]。骨硬化蛋白還通過拮抗經(jīng)典Wnt信號通路抑制成骨細胞前體細胞的活化，從而抑制成骨細胞的骨形成[13-14]。有研發(fā)[15]發(fā)現(xiàn)，骨硬化蛋白基因敲除小鼠表現(xiàn)出骨量增加、骨礦物質(zhì)密度和骨強度增加，骨小梁、皮質(zhì)骨的骨膜和骨內(nèi)膜表面動態(tài)骨形成指數(shù)顯著增加，血清骨鈣素(成骨細胞標記物)增加，而血清抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate resistant acid phosphatase 5b，TRACP 5b)(破骨細胞標記物)沒有變化。LI等[16]的研究顯示，用骨硬化蛋白抗體治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥且伴卵巢切除的大鼠5周，大鼠多個骨表面的骨形成增加。骨硬化蛋白還可結(jié)合BMP，其中以高親和力結(jié)合到BMP6和BMP7，以低親和力結(jié)合到BMP2和BMP4，阻斷BMP蛋白與其Ⅰ型和Ⅱ型受體的結(jié)合，抑制BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)使成骨細胞的礦化作用減弱[17]。有研究[18-19]發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)的成骨細胞和骨骼的礦化區(qū)域中均可檢測到骨硬化蛋白的表達，但在破骨細胞中未檢測到。以上結(jié)果均表明骨硬化蛋白可通過拮抗Wnt/β-catenin通路，調(diào)節(jié)成骨細胞的增殖、分化、凋亡，通過抑制BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制成骨細胞的礦化作用，進而抑制骨形成。

2.2 骨硬化蛋白與骨吸收的關(guān)系

骨保護素(osteoprotegerin，OPG)是核因子κB受體活化因子(receptor activator of NF-κB，RANK)1的誘餌受體，可與RANK競爭性結(jié)合核因子κB受體活化因子配體(RANK ligand，RANKL)從而抑制RANK活化，同時骨保護素也可抑制RANKL的活性，抑制破骨細胞的分化、活化和調(diào)亡，是骨吸收的抑制劑[20]。RANKL:OPG比率是骨吸收的重要決定因素[21]。Wnt信號通路可調(diào)節(jié)OPG的表達，抑制Wnt/β-catenin通路可使OPG表達減少，促進破骨細胞的生成及功能活化，導(dǎo)致骨量丟失[22]。COURBON等[23]發(fā)現(xiàn)佐劑型關(guān)節(jié)炎大鼠從誘導(dǎo)后第6天骨硬化蛋白開始過度表達，隨著RANKL上調(diào)，活性破骨細胞從第8天開始增加，隨后骨形成顯著減少，骨微結(jié)構(gòu)改變以皮質(zhì)孔隙和骨小梁丟失為特征。骨硬化蛋白可通過抑制Wnt信號通路上調(diào)MLO-Y4內(nèi)的RANKL mRNA水平減少骨保護素的生成，使RANKL與OPG比值升高，刺激破骨細胞分化成熟，促進骨重塑中的分解代謝過程，誘導(dǎo)骨基質(zhì)降解[24-25]。此外，Wnt/β-catenin信號可影響破骨細胞前體分化直接抑制破骨細胞形成，敲除β-catenin后破骨細胞數(shù)量增加且骨吸收增強。這些研究表明，骨硬化蛋白可能直接影響破骨細胞的分化，而與RANKL/RANK/OPG通路無關(guān)[10]。故骨硬化蛋白在骨細胞中調(diào)節(jié)RANKL表達的機制仍有待進一步研究證實。此外，骨硬化蛋白也可通過上調(diào)組織蛋白酶K，TRACP和碳酸酐酶-2的表達，參與骨細胞周圍細胞外基質(zhì)的重塑，促進骨組織溶解及骨中礦物質(zhì)釋放的過程[26]。

3 骨硬化蛋白在RA中的表達

在佐劑型關(guān)節(jié)炎大鼠模型[25]中發(fā)現(xiàn)，骨硬化蛋白的表達在大鼠關(guān)節(jié)炎發(fā)作前上調(diào)，且隨后可能由于骨硬化蛋白表達的上調(diào)大大減少了骨形成。WEHMEYER等[27]在RA患者的滑膜組織中檢測到骨硬化蛋白，而在RA患者的成纖維樣滑膜細胞培養(yǎng)物中未檢測到，但用TNF-α刺激可誘導(dǎo)成纖維樣滑膜細胞骨硬化蛋白的表達，推測成纖維樣滑膜細胞為RA滑膜中骨硬化蛋白的主要來源，同樣，骨硬化蛋白在人TNF-α轉(zhuǎn)基因(human TNFα transgenic，hTNFtg)大鼠的關(guān)節(jié)成纖維樣滑膜細胞中也有強表達。

臨床研究[28-29]發(fā)現(xiàn)RA患者血清中骨硬化蛋白水平顯著高于健康對照者。SINGH等[30]研究結(jié)果亦顯示，RA患者血清中骨硬化蛋白表達增加，其與CRP、紅細胞沉降率、DAS28評分和Larsen評分呈正相關(guān)，且血清骨硬化蛋白水平為394 ng·mL-1時具有診斷意義，敏感度為100%，特異度為90%。

以上研究結(jié)果表明，骨硬化蛋白的表達在RA的關(guān)節(jié)內(nèi)或血清中均增加，與RA疾病的活動、骨量丟失及骨質(zhì)破壞相關(guān)，推測骨硬化蛋白在RA的疾病進展中發(fā)揮作用。

4 骨硬化蛋白在RA中表達的機制

在RA中，骨丟失可表現(xiàn)局限于關(guān)節(jié)周圍區(qū)域或是全身性的骨量丟失。由滑膜產(chǎn)生的促炎細胞因子，可刺激骨硬化蛋白合成，從而抑制成骨細胞增殖、成熟和祖細胞分化。在炎性環(huán)境中，腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導(dǎo)劑(TNF-like weak inducer of apoptosis，TWEAK)或TWEAK/TNF-α可通過調(diào)節(jié)骨硬化蛋白的表達來抑制成骨細胞的活性[31]。TNF-α可能通過促進NF-κ B直接與小鼠骨硬化蛋白啟動子上的NF-κB結(jié)合元件結(jié)合，上調(diào)骨硬化蛋白的表達[13]。TNF-α也可通過上調(diào)Mef2c轉(zhuǎn)錄因子刺激骨硬化蛋白的表達[10]。此外，在慢性炎性關(guān)節(jié)炎的動物模型中發(fā)現(xiàn)TNF-α誘導(dǎo)Dickkopf-1的骨骼表達，其反過來誘導(dǎo)骨硬化蛋白的產(chǎn)生[32]。有研究[33]觀察到青少年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎患者中由TNF-α介導(dǎo)的血清骨硬化蛋白水平增加，經(jīng)抗TNF-α治療后其水平下降；FASSIO等[34]研究顯示在RA患者抗TNF-α治療后血清骨硬化蛋白水平呈下降趨勢。綜上，RA的炎癥環(huán)境可促進骨硬化蛋白表達的增加，其中可能主要與TNF-α的誘導(dǎo)作用有關(guān)。骨硬化蛋白與其他炎癥因子的關(guān)系仍有待進一步研究明確。

5 骨硬化蛋白在RA治療中的研究

RA中的關(guān)節(jié)破壞是不可逆轉(zhuǎn)的，骨硬化蛋白抗體具有促進骨修復(fù)的潛在益處，若能將其運用于RA的治療中，將為RA的治療帶來新的突破。在hTNFtg小鼠模型中，用Scl-Ab治療可抑制骨侵蝕的進展，以及關(guān)節(jié)周圍和全身骨丟失；Scl-Ab和抗TNF-α的聯(lián)合治療使關(guān)節(jié)周圍成骨細胞數(shù)量的增加和骨侵蝕減輕[35]。MARENZANA等[36]在膠原誘導(dǎo)型關(guān)節(jié)炎(collagen-induced arthritis，CIA)大鼠中發(fā)現(xiàn)Scl-Ab治療可預(yù)防CIA大鼠全身骨密度及軸向(椎體)、附肢部位骨量減少，但未阻止在膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)周圍骨的局灶性骨侵蝕；對預(yù)防或修復(fù)局部局灶性糜爛和緩解全身炎性反應(yīng)無作用，抑制骨硬化蛋白主要刺激骨內(nèi)膜表面的骨量增加，但不影響炎性關(guān)節(jié)周圍骨的骨膜表面。目前尚不清楚Scl-Ab不能防止局灶性骨丟失的機制，但關(guān)節(jié)附近的炎性損傷強度或性質(zhì)可能與更遠處的損傷不同，Scl-Ab在炎性關(guān)節(jié)中介導(dǎo)骨內(nèi)膜而不是骨膜骨形成的能力也可歸因于兩個部位炎性損傷的差異，需要進一步評估在關(guān)節(jié)炎骨膜和骨內(nèi)膜表面的骨硬化蛋白相關(guān)的關(guān)鍵炎性細胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-17等的分布，探討骨硬化蛋白在局灶性糜爛區(qū)域的確切功能。

RA中的炎癥因子可能介導(dǎo)骨硬化蛋白的表達增加，骨硬化蛋白通過與Wnt信號通路、RANKL/RANK/OPG信號通路、BMP信號通路等相互作用調(diào)節(jié)成骨細胞和破骨細胞的增殖、分化、調(diào)亡，抑制成骨細胞礦化作用，從而抑制骨形成和刺激骨吸收，參與RA骨代謝的活動過程，但具體作用機制仍有待更多的臨床或基礎(chǔ)研究進一步明確；修復(fù)關(guān)節(jié)骨破壞仍是RA治療中需要攻克的難點，未來臨床上可開展關(guān)于RA患者滑膜、軟骨、血清中骨硬化蛋白與炎癥因子、骨代謝關(guān)系的前瞻性研究，進一步探討骨硬化蛋白在RA中的作用，將來可能通過抗骨硬化蛋白治療抑制RA骨侵蝕的進展，以及關(guān)節(jié)周圍和全身骨丟失，使抗骨硬化蛋白治療成為RA治療的新手段。