血清總鈣水平與SLE疾病活動度的關(guān)系研究進展

寸杏珠 傅 萍 孫 平 熊瑞芳 魏正萍 呂建海

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種復雜的自身免疫性疾病,具有慢性復發(fā)、緩解過程和多種多樣的臨床表現(xiàn),可累及多器官多系統(tǒng)。 有研究表明,血清總鈣水平與狼瘡患者病情活動性有關(guān),具體表現(xiàn)為血鈣水平與SLEDAI(systemic lupus erythematosus disease activity index)評分呈負相關(guān),而與C3 水平呈正相關(guān)[2]。 國外有關(guān)SLE 患者血清中微量元素的分析研究也證實狼瘡患者存在血鈣水平的降低,這可能與狼瘡患者鈣穩(wěn)態(tài)與平衡的打破有關(guān)。 鈣信號被證明在維持免疫耐受性中起著至關(guān)重要的作用。 近年來研究表明,鈣信號可調(diào)控環(huán)狀GMP-AMP 合成酶(cyclic GMP-AMP synthase,c GAS)/干擾素基因軸的激活,從而通過Ⅰ型干擾素參與先天免疫調(diào)節(jié),由于其對固有免疫和適應性免疫的影響,異常的鈣信號與多種自身免疫性疾病有關(guān),其中也包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡[3]。 目前國內(nèi)外關(guān)于血鈣與SLE 活動性關(guān)系的研究較少, 本文就血清總鈣水平與SLE 疾病活動度的關(guān)系研究進展進行綜述。

一、血清鈣與鈣離子穩(wěn)態(tài)

健康人群中的血鈣水平相對穩(wěn)定,主要有3 種形式：離子鈣(51%)、蛋白結(jié)合鈣(40%)和陰離子結(jié)合鈣(9%)。 鈣代謝包括兩種情況：鈣平衡和鈣穩(wěn)態(tài),細胞內(nèi)外的鈣離子(Ca2+)水平保持穩(wěn)定稱為鈣穩(wěn)態(tài)。 既往研究表明,鈣穩(wěn)態(tài)在許多疾病中被打破。He 等[4]誘導的膿毒癥大鼠模型中細胞內(nèi)的Ca2+濃度在主要器官中幾乎同步升高,而在外周血中減少,用鈣通道阻滯劑維拉帕米治療可以緩解細胞內(nèi)鈣超載的情況。 也有研究表明,細胞外Ca2+流入與細胞凋亡有關(guān),這可能與自身免疫病中自身抗體的產(chǎn)生有關(guān),國內(nèi)既往研究結(jié)果表明,SLE 患者血鈣水平與疾病活動度相關(guān)[2,5]。

二、鈣離子與自身免疫

鈣離子是一種重要的信號分子,控制著廣泛的生物功能。 Ca2+作為一種第二信使,與許多細胞功能相關(guān),包括分裂、增殖和凋亡等。 細胞外液的Ca2+水平維持在幾毫摩爾(mmol)范圍內(nèi),然而胞內(nèi)Ca2+水平大約在100 納摩爾(nmol)的范圍內(nèi),比細胞外液Ca2+濃度低10000 倍左右。 由此產(chǎn)生的Ca2+梯度由細胞Ca2+存儲、各種類型的Ca2+通道、Ca2+/H+ATP酶和Na+/Ca2+交換器保持。 在免疫系統(tǒng)中,鈣信號在多種細胞功能中起著核心作用,如增殖、分化、凋亡和基因轉(zhuǎn)錄。 在免疫反應中,T 淋巴細胞和B 淋巴細胞抗原受體的參與誘導細胞內(nèi)Ca2+存儲的減少,然后激活鈣池調(diào)控鈣離子內(nèi)流(store-operated Ca2+entry,SOCE)來提高細胞內(nèi)Ca2+濃度,這是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放激活Ca2+(Ca2+release-activated Ca2+,CRAC)通道介導的,CRAC 通道是鈣離子進入免疫細胞的主要途徑。

鈣離子的上下游信號通路與淋巴細胞增殖、活化相關(guān)基因的表達、細胞因子或趨化因子的產(chǎn)生、T 淋巴細胞的分化有關(guān),鈣信號參與許多涉及免疫耐受和炎癥的途徑,例如,鈣信號被證明參與B 淋巴細胞的發(fā)育、增殖、遷移和凋亡,這是免疫耐受的關(guān)鍵方面。此外,近年來研究表明,鈣信號可以調(diào)節(jié)環(huán)狀GMP-AMP 合成酶/干擾素基因刺激因子軸的激活,從而通過Ⅰ型干擾素(interferon-1,IFN-1)參與先天免疫調(diào)節(jié)[3]。 由于鈣信號對先天和獲得性免疫的影響,鈣信號異常與包括SLE 在內(nèi)的幾種自身免疫性疾病有關(guān)。

三、鈣離子與SLE

除了適應性免疫反應異常外,先天性免疫信號失調(diào)在SLE 的發(fā)病中也起著關(guān)鍵作用,其中Ⅰ型干擾素在SLE 中的研究最為廣泛。 2003年,在SLE 患者外周血單個核細胞中發(fā)現(xiàn)了廣泛的Ⅰ型干擾素誘導的基因轉(zhuǎn)錄信號,后續(xù)發(fā)現(xiàn)與Ⅰ型干擾素相關(guān)的“干擾素信號”在60% ～80%的SLE 患者中可見,血液中攜帶這種干擾素信號的SLE 患者病情通常更為嚴重,累及腎臟、血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)居多,并且干擾素調(diào)節(jié)的趨化因子水平升高與SLE 患者疾病活動度增加、狼瘡性腎炎活動、低補體血癥、抗雙鏈DNA(ds-DNA)抗體效價顯著相關(guān)[6,7]。 Mai 等[8]開展的研究也證實了干擾素誘導的基因表達水平與SLE 疾病活動性之間存在關(guān)聯(lián)。 在自身免疫病中Ⅰ型干擾素應答失調(diào)的一個關(guān)鍵效應因子是cGAS-STING(cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon gene)信號轉(zhuǎn)軸。

近年來研究表明,鈣和相關(guān)的信號蛋白可以調(diào)節(jié)cGAS-STING 和自身免疫。 鈣如何調(diào)節(jié)STING 激活是復雜的,涉及刺激和抑制機制。 其中之一是鈣調(diào)蛋白介導的信號通路,它是STING 激活所必需的信號通路。 與鈣信號通路相關(guān)的還有cGAS 抑制劑TREX1(three prime repair exonuclease 1),這是一種細胞質(zhì)外切酶,小鼠中TREX1 的缺失會改變Ca2+信號網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)錄,而在人類中TREX1 功能的缺失會導致多種自身免疫性疾病,其中就包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡[9,10]。

越來越多的研究證據(jù)表明,SLE 病理與Ca2+穩(wěn)態(tài)相關(guān),SLE 中鈣信號受到了影響,由于胞質(zhì)DNA 的積累,先天免疫系統(tǒng)和適應性免疫系統(tǒng)都發(fā)生了變化,從而促進自身免疫反應。 在SLE 中觀察到,持續(xù)產(chǎn)生IFN-1 (在無致病刺激的情況下)會導致髓系樹突狀細胞的激活,通過遞呈凋亡小體中含有自身抗原的核酸(如細胞DNA)促進自身免疫,隨著活化的髓樣樹突狀細胞中共刺激分子的高表達導致自體反應性淋巴細胞(包括T 淋巴細胞和B 淋巴細胞)的擴張[11]。 這種來自自身免疫淋巴細胞的“過度活躍”的IFN 反應導致凋亡體進一步超負荷,最終導致組織損傷。 鈣和相關(guān)的信號蛋白調(diào)節(jié)cGAS-STING 信號軸導致Ⅰ型干擾素應答失調(diào),從而造成凋亡小體內(nèi)核酸成分大量暴露,最終造成組織損傷。 SLE 患者常常經(jīng)歷Ca2+失衡,導致低鈣血癥的發(fā)生[2,12,13]。 在系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病模型中,抑制cGAS-STING 通路可能會改善過度活躍的IFN 反應[14,15]。

除外干擾素應答失調(diào)外,SLE 患者中B 淋巴細胞與胞內(nèi)外鈣離子流動也需要關(guān)注,SLE 患者中往往可以發(fā)現(xiàn)高水平的致病性抗體,凸顯了B 淋巴細胞在SLE 中的關(guān)鍵作用,提示B 淋巴細胞耐受的破壞是SLE 發(fā)病機制的核心[16]。 多項研究已經(jīng)證明了通過B 細胞抗原受體(B-cell receptor,BCR)的異常信號,這種異常的信號導致Ca2+信號增加。 有研究顯示,與健康對照組比較,SLE 患者的未分離并具有完整的膜表面免疫球蛋白M(membrane immunoglobulin M,mIgM)和膜表面免疫球蛋白G(membrane immunoglobulin G,mIgG) 的循環(huán)B 細胞被刺激后細胞內(nèi)Ca2+反應升高,這種增加的Ca2+內(nèi)流被發(fā)現(xiàn)與免疫球蛋白Fc 受體ⅡB (FcγRⅡB)信號通路受損有關(guān)。

抗體Fcγ 的受體(FcγR)是一群主要表達于白細胞表面的糖蛋白,屬于免疫球蛋白超家族成員,FcγRⅡB 是唯一的抑制性Fc 受體,它控制免疫和炎性反應的許多方面,在除NK 細胞和T 淋巴細胞以外的所有白細胞表面表達,編碼這種蛋白質(zhì)的基因變異長期以來一直與自身免疫性疾病的易感性有關(guān),特別是系統(tǒng)性紅斑狼瘡[17,18]。 生理上,FcγR ⅡB 通過激活SHIP 和水解3,4,5 磷脂酰肌醇三磷酸(phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate,PIP3)水解脫磷酸,進而阻止PIP3 招募含有PH(pleckstrin homology)結(jié)構(gòu)域的蛋白,如磷脂酶cγ(phospholipase cγ,PLcγ)聚集至細胞膜,從而減少細胞內(nèi)Ca2+水平。 因此,小鼠磷脂酶2(phospholipase cγ2,PLcγ2)的點突變可導致嚴重的自發(fā)性炎癥和系統(tǒng)性自身免疫[19]。

在SLE 中異常的另一個例子是DN2 即雙陰性B細胞。 研究發(fā)現(xiàn),狼瘡性腎炎(lupus nephritis,LN)患者DN2 細胞比例增加,其細胞膜上的鈣離子通道Orai 蛋白表達增加,抗IgM 抗體刺激LN 患者外周血DN2 細胞產(chǎn)生鈣內(nèi)流峰值高于正常對照,且與疾病活動度相關(guān)。 也有研究表明,SLE 患者B 淋巴細胞的靜息胞質(zhì)Ca2+水平增加,這種Ca2+反應的增加可能會降低自身反應B 淋巴細胞的激活閾值,并導致耐受被打破。

鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶和鈣調(diào)蛋白激酶(calmodulin kinases,CAMK)是與SLE 關(guān)系密切的胞內(nèi)蛋白激酶,在T 淋巴細胞內(nèi),Ca2+-鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT 途徑調(diào)節(jié)IL-2、CD40L 等細胞因子的產(chǎn)生, Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅳ(calmodulin-dependent protein kinase Ⅳ,CaMKⅣ)則通過提高cAMP 反應調(diào)節(jié)蛋白(cAMP response element modulator,CREM) 與IL-2 啟動子的結(jié)合程度而抑制IL-2 的產(chǎn)生,這兩種蛋白激酶的活性與鈣離子反應程度呈正相關(guān)。 在SLE 患者T 淋巴細胞內(nèi),胞內(nèi)和線粒體內(nèi)鈣離子水平升高,線粒體數(shù)量增加和持續(xù)超級化,免疫突觸改變等異?，F(xiàn)象均可導致鈣離子流異常升高,從而影響胞內(nèi)激酶和轉(zhuǎn)錄因子的功能導致CD40L、IL-2 表達紊亂,主要表現(xiàn)為CaMKⅣ向細胞核的易位增強,導致抑制因子CREM 與IL-2 啟動子的結(jié)合增加,從而抑制IL-2 基因的轉(zhuǎn)錄,IL-2 是自身免疫的抑制因子,CaMKⅣ通常在狼瘡性腎炎中過度表達,阻斷CaMKⅣ可顯著降低狼瘡小鼠的疾病活性[20]。

SLE T 淋巴細胞中增強的Ca2+信號也增加了活化T 細胞核因子蛋白(nucleus factor of activated T cell,NFAT)與CD40L 啟動子的結(jié)合,導致T 淋巴細胞表面表達更多的B 淋巴細胞共刺激分子CD40L,持續(xù)促進B 淋巴細胞的促炎激活。 事實上,雙嘧達莫通過抑制Ca2+-鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT 通路來抑制促炎性細胞因子和B 淋巴細胞共刺激分子的產(chǎn)生,減輕狼瘡腎炎和皮膚潰瘍。 同時,鈣調(diào)磷酸酶抑制劑他克莫司和環(huán)孢素具有顯著的腎臟保護作用,在SLE 患者中已廣泛應用。

四、血清總鈣水平與狼瘡性腎炎活動度的關(guān)系

狼瘡性腎炎是SLE 最常見的靶器官損害,當SLE累及腎臟時,此類患者的預后往往比未累及腎臟的患者要差。 其發(fā)病機制復雜,與免疫復合物沉積、補體系統(tǒng)異常、免疫細胞異常及細胞因子變化、基因調(diào)控異常均有關(guān)系[21]。 研究發(fā)現(xiàn),SLE 處于高疾病活動時,往往導致狼瘡性腎炎處于高疾病活動進而導致血鈣水平降低,而SLE 處于低疾病活動時變化不明顯。LN 患者腎小球免疫復合物沉積、腎小管萎縮、間質(zhì)纖維化等病變使低蛋白血癥在LN 患者中十分常見,腎小球基膜孔的擴大導致大量血清白蛋白濾過,而腎小管病變對白蛋白攝取及降解減少,從而導致大量蛋白尿及低蛋白血癥,鈣與蛋白結(jié)合隨尿丟失,最終導致血清中結(jié)合鈣的降低。 LN 患者發(fā)生腎臟損害時,腎臟羥化1,25-(OH)2-VitD3減少,一方面使腸道吸收鈣減少,血清總鈣水平降低,另一方面腎小管損害導致Ca2+重吸收減少,最終導致血清總鈣減少。 LN患者發(fā)生慢性腎衰竭時,腎小球濾過率減小,磷排出減少,血磷濃度升高,與血鈣形成磷酸鈣沉積,從而造成血清總鈣水平降低。

SLE 患者中高鈣血癥雖然罕見但也有病例報道,此類患者出現(xiàn)高鈣血癥表現(xiàn)時,病情往往也處于活動期,不同的發(fā)病機制已被提出來解釋這些患者的高鈣血癥,比如甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白的產(chǎn)生,可能與潛在但尚未發(fā)現(xiàn)的惡性腫瘤有關(guān)。 此外,活動期SLE患者體內(nèi)釋放的某些細胞因子,如白介素6、白介素1、前列腺素E 等,可刺激破骨細胞性骨吸收,導致高鈣血癥[22]。

五、展 望

通過血清鈣水平可以判斷SLE 的疾病活動度,其血鈣水平降低可能與細胞內(nèi)外鈣離子波動以及狼瘡性腎損害導致結(jié)合鈣排出增多、鈣的吸收及重吸收減少有關(guān)。 血清總鈣測定相對于判斷SLE 病情活動的其他指標具有價格低廉、方便快速的特點,對于我國現(xiàn)在推行的三級診療制度有一定意義,因為基層醫(yī)療機構(gòu)常常不能做到自身抗體的檢測,但血清總鈣檢測在大多數(shù)基層醫(yī)療機構(gòu)已普及,對SLE 患者進行血清總鈣的監(jiān)測可以幫助判斷病情活動度,當SLE患者出現(xiàn)腎損害相關(guān)指標升高,考慮是否行腎臟穿刺時,血清總鈣也可作為輔助性的指標為臨床工作者提供判斷依據(jù)。