選擇性免疫抑制劑對骨代謝影響的研究進展

曲立陽 李建軍

[摘要]骨代謝由成骨細胞和破骨細胞間相互制約，共同維持骨代謝平衡，來源于骨髓的免疫細胞和骨細胞通過大量的、多種類的細胞因子及其受體結合調(diào)節(jié)骨代謝平衡。本文根據(jù)查閱文獻綜述近年來骨組織細胞與免疫細胞間相互調(diào)控方式及作用機制的研究進展，闡述免疫抑制劑進入人體后的代謝途徑，發(fā)揮其免疫抑制作用的相關靶點及作用機制，通過免疫抑制劑在分子結構與細胞水平上對骨代謝的影響過程，使骨與免疫細胞間相互調(diào)控機制更加清晰，促使在臨床藥物應用中，能夠針對性地使用相關靶點的抑制劑或激活劑，為自身免疫性疾病的治療提供新的藥物治療途徑，為減少免疫抑制劑在臨床應用中造成的不良反應提供新的治療方向。

[關鍵詞]免疫抑制劑;骨免疫;成骨細胞;破骨細胞

[中圖分類號]R580

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-0616（2022）11-0057-04

成骨細胞（osteoblast，OB）的成骨作用和破骨細胞（osteoclast，OC）的骨吸收是維持骨骼系統(tǒng)平衡的重要組成部分，骨骼系統(tǒng)可由免疫系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)。其中，骨組織與免疫系統(tǒng)密切相關、相互依存、不可分割，并共享許多細胞調(diào)節(jié)分子。越來越多的研究表明，免疫系統(tǒng)在骨代謝中起著重要的調(diào)節(jié)作用[1-2]。本文通過前人的研究闡述了免疫系統(tǒng)與骨代謝的相互作用，更直觀地展示了免疫抑制劑在骨代謝中的作用。

1骨代謝

骨代謝是由OB合成骨基質(zhì)和OC吸收骨基質(zhì)介導的骨形成和骨吸收的代謝穩(wěn)態(tài)過程。在骨穩(wěn)態(tài)中，OB和OC之間的相互作用機制引起了廣泛關注，OB以及OC代謝失衡可導致各種骨代謝紊亂[3]。免疫系統(tǒng)是抵御外部抗原的屏障，包含T細胞、B細胞、樹突樣細胞等免疫細胞，包括白介素（interleukin，IL）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）等免疫因子等，越來越多的研究表明，骨代謝與免疫系統(tǒng)相互作用并密切相關。自2000年Arron等[4]提出骨免疫學的概念后，骨代謝與免疫系統(tǒng)的關系逐漸得到明確和重視。

1.1OC

在生物機體中骨骼重建過程起始于OC的分化和成熟。OC需要通過核因子κB受體激活劑配體（RANKL）、核因子κB細胞受體激活劑（RANK）以及骨保護素（OPG）系統(tǒng)（即RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)）經(jīng)過多重代謝過程，生成多種類細胞因子促使

OC分化成熟[5]。RANKL由OB和T淋巴細胞分泌，在細胞外RANKL及其RANK的累積可直接或間接促進腫瘤壞死因子受體相關因子（TNF receptor associated factors，TRAFs），尤其是TRAF6，能夠特異性地與RANK在細胞質(zhì)內(nèi)的結構域相連接，通過控制細胞質(zhì)內(nèi)的核因子κB（nuclearfactor-κB，NF-κB）磷酸化和分解途徑達到激活NF-κB的效果，活化后的NF-κB通過被轉運到細胞核內(nèi)刺激c-Fos的激活和表達。c-Fos與T細胞核因子相互鏈接發(fā)揮作用。在OC分化途徑的轉錄因子中，T細胞核因子最為關鍵[6]。

1.2OB

在整個骨微環(huán)境中，OB是唯一能產(chǎn)生類骨質(zhì)的功能細胞，在骨骼生成生長及骨維持方面占有重要地位，在骨代謝中OB的成熟階段開始于其前體集聚形成聚合體，逐漸增殖分化。OB聚集階段以及OB逐漸成熟的過程離不開細胞因子刺激作用及骨形態(tài)發(fā)生蛋白、Wnt信號傳導通路的激活作用，只有上述條件存在才能提高OB的分化并最終代謝為骨細胞[7]。

2免疫抑制劑

免疫抑制劑是臨床用于預防和治療自身免疫疾病的一類藥物，能抑制細胞增殖和免疫應答，從而降低機體免疫反應。根據(jù)其能否抑制體液免疫及抑制細胞免疫機制的不同將其分為選擇性和非選擇性免疫抑制劑。選擇性免疫抑制劑主要包括抑制T細胞的免疫抑制劑、TNF-α、IL-6、IL-17的單克隆抗體等[8]。

2.1選擇性T細胞抑制劑

近年來，關于T細胞激活增殖及其分化后功能的研究陸續(xù)報道，T細胞活化、增殖途徑以及代謝過程逐漸清晰，選擇性免疫抑制劑對T細胞免疫功能的抑制靶點以及作用機制也逐漸清晰、明確[9]。

2.1.1環(huán)孢素與骨代謝環(huán)孢素A（cyclosporin A）于1978年開始用于臨床，是由11個氨基酸組成的環(huán)肽。其作用機制為：T細胞功能活化分兩個階段，第一階段為抗原提呈細胞（antigen-presenting cell，APC）可以在主要組織相容性細胞及抗原復合物存在下促進T細胞形成復合體并促進酪氨酸激酶的活化，活化后的激酶引起下游細胞因子的活化。某些特定基因，如CD154表達后能夠結合APC細胞表面的CD40進一步推進APC的活性，促使APC上調(diào)共化學刺激因子的活性與表達[10-11]。受調(diào)節(jié)后的共刺激因子與輔助結合配體增強了T細胞與APC之間的結合過程，該過程為第二階段。T淋巴細胞活化過程可以產(chǎn)生多種細胞因子，與受體結合后將允許T淋巴細胞分化增殖的信號轉導至細胞內(nèi)，促使T細胞分化增殖。T細胞的完全激活必須依賴于第一階段和第二階段的相互作用。

環(huán)孢素單純抑制T細胞活化初期，也就是T細胞在受刺激原激活后的前4h內(nèi)，被激活的T細胞由G0期轉入G1期或從DNA合成前期進入合成期的過程受到抑制。缺少T細胞核因子刺激會促使T細胞活化受阻，最終導致T細胞產(chǎn)生數(shù)量降低，促使OB分化受抑制而OC分化被激活。

2.1.2他克莫司（tacrolimus）免疫抑制機制與骨代謝他克莫司是來源于鏈霉菌的發(fā)酵產(chǎn)物，是一種通過抑制活化T細胞核因子的活性來降低IL-2的合成，阻礙T細胞活化，減少T細胞增殖的強力免疫抑制劑。其作用機制為：輔助性T細胞17（Th17）主要分泌IL-17，在培養(yǎng)Th17細胞過程中發(fā)現(xiàn)，當有效控制IL-17作用的情況下，其能夠產(chǎn)生一種強力抑制其他T細胞活性從而發(fā)揮抗炎作用的細胞，即Treg細胞，體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)Treg細胞的減少可使關節(jié)炎癥加重[12-13]。Treg細胞抑制T細胞分化的過程可概述為兩種機制：1Treg細胞能直接與其效應細胞接觸，產(chǎn)生抑制作用;2Treg能夠與其通過產(chǎn)生相應的細胞因子間接接觸，產(chǎn)生抑制作用[14]。然而T細胞的活化過程離不開Treg細胞產(chǎn)生的IL-1、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等細胞因子，當上述因子受到抑制，分泌較少時，T細胞活化受到抑制，導致T細胞數(shù)量減少[15]。在T細胞與骨代謝耦聯(lián)過程中，TNF-α及IL-1β細胞因子能增強RANKL表達，激活OC前體細胞分化，促使OB分化增強，導致骨代謝失衡。

2.1.3芬戈莫德（fingolimod）與骨代謝芬戈莫德是抗生素多球殼菌素的化學修飾物，是一種新型選擇性T細胞免疫抑制劑，其作用機制為通過淋巴細胞表面存在的鞘氨醇-1-磷酸（sphingo-sine-1-phosphate，S1P）配體發(fā)揮作用，其中受體I型主要分布在淋巴細胞表面，芬戈莫德與其結合后可加速淋巴細胞歸巢、凋亡。芬戈莫德與受體結合促使外周血中的T、B淋巴細胞數(shù)減少，導致Th1和Th2數(shù)目減少，Th1和Th2可通過干擾素-γ、IL-4抑制OC生成，從而導致OB過量生成，骨代謝過程紊亂[16]。

2.2TNF-α阻斷劑

TNF-α與受體結合產(chǎn)生促進血管新生及OB分化的作用[17]，而TNF-α拮抗劑通過與相應配體結合溶解可溶性TNF-α，表現(xiàn)出相應拮抗作用。TNF-α受體是由兩個單體p55（TNFRI）和p75（TNFRII）組成的同分異構體，這兩種同分異構體存在于單核細胞及T淋巴細胞的膜表面，稱作膜結合型TNFR（m TNFR），存在于外周血血清中的為可溶性TNFR（sTNFR）[18]。TNF-α與受體結合能夠激活多種細胞因子，如細胞凋亡相關的蛋白酶和NF-κB，可引起T細胞的激活和增殖。TNF-α可促進OC分化，使其活化而產(chǎn)生骨吸收，導致關節(jié)侵蝕[19]。

利西單抗（infliximab）和依那西普（etanercept）是人工合成的并已成功應用于臨床的一種可溶性TNF-α受體結合酶，與無活性的TNF-α特異性結合，競爭性地抑制TNF-α與細胞膜表面的TNF受體結合，從而產(chǎn)生免疫抑制作用。OC前體可在TNF-α、RANKL刺激作用下向功能型OC分化成熟。因此，RANKL和TNF-α不僅為破骨形成所需，而且具有協(xié)同加強的效應。多個體外實驗表明，在有一定水平的RANKL存在的前提下，TNF-α、IL-17、IL-6、IL-1β等促炎因子對OC的形成進程有特定作用[20]。當TNF-α受體介導的免疫應答進程受抑制，會影響RANKL表達及T細胞分化成熟，降低OC生成。

2.3IL-6抑制劑

IL-6作為多效性細胞因子與IL-6受體結合而發(fā)揮作用，IL-6受體由α鏈和β鏈兩條鏈組成，其中α鏈因其含有IL-6結合受體（interleukin 6 receptor，IL-6R）可直接與IL-6結合;β鏈則含有gp130跨膜信號介導鏈。IL-6R與gp130均可以膜型和可溶性受體的形式出現(xiàn)[21-22]。其他細胞膜表面雖未能表達IL-6R，但幾乎均能表達gp130，此時，IL-6先與可溶性受體結合成復合體，于細胞表面后與膜上的gp130進一步結合啟動IL-6信號轉導通路，這一過程為跨信號轉導途徑，可發(fā)揮抑制OB生長分化的作用[23];IL-6與可溶性白介素-6型受體結合作用于OB，使細胞因子水平變化，促使RANKL激活增殖，激活后的RANKL與OC表面的RANK結合，進而促進OC內(nèi)一系列下游生長因子分化，產(chǎn)生促進OC生長和分化的作用。IL-6作用不僅僅局限于刺激OC增殖分化，其還可以降低堿性磷酸酶的水平，從而限制OB分化成熟，導致OB凋亡[23-24]。

2.4IL-17單克隆抗體

Th17主要分泌IL-17型，IL-17型與其受體結合形成異二聚復合體可發(fā)揮生物學效應。IL-17是轉導炎癥反應的非常重要的細胞因子，在調(diào)節(jié)免疫過程中發(fā)揮著最關鍵的作用[25]。IL-17在前體OC階段可刺激誘導RANKL表達，促進OC分化與成熟，還能招募和激活免疫細胞，導致TNF-α、IL-1的釋放，加強促進RANKL表達，當RANKL水平升高后刺激OC前體分化的作用也隨之增強[26]，如蘇金單抗（secukinumab）可選擇性和IL-17A結合，抑制代謝過程中某些細胞因子的產(chǎn)生，提高OC生成，進而導致骨代謝紊亂。

3討論

骨骼系統(tǒng)為生物體提供支持作用，免疫系統(tǒng)保護機體不受外界抗原侵害，骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)聯(lián)系緊密、相互作用，近年來臨床所應用的免疫抑制劑越來越廣泛，但是藥物帶來的副作用也越來越明確，對使用者的臟器（如肝、腎等）帶來不可逆的影響。骨形成和骨吸收是一個整體，只有使兩者維持在一個動態(tài)平衡，骨組織才能具備正常的形態(tài)和功能。應根據(jù)免疫抑制劑對骨代謝的影響途徑，針對某一細胞因子、某一代謝途徑或者更加針對性地聯(lián)合用藥來治療自身免疫疾病，減少對其他臟器的副反應。從另一個一角度思考，免疫抑制劑治療自身免疫疾病所導致的骨代謝紊亂，最根本的原因為免疫系統(tǒng)與骨代謝之間的代謝途徑被打破，從而使相關因子不平衡變化，如果能使用相應的免疫增強劑來提高某一代謝途徑的細胞因子，從而減少免疫抑制劑所帶來的副反應，或將成為治療自身免疫疾病及減少免疫抑制劑所帶來的副反應的趨勢。

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（收稿日期：2021-12-09）