骨橋蛋白與自身免疫性疾病的研究進(jìn)展

柏歡歡 謝戩芳

骨橋蛋白(osteopontin, OPN)是一種與轉(zhuǎn)化相關(guān)的分泌型磷蛋白,具有整合素結(jié)合的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列,主要功能域在物種間是保守的[1]。目前OPN已在各種組織和生物樣本中被發(fā)現(xiàn),并已被證明可調(diào)節(jié)細(xì)胞功能,參與許多生物活性,例如增殖、遷移、黏附、融合、運(yùn)動(dòng)和存活等[2]。OPN在自身免疫性疾病中發(fā)揮著不可或缺的作用,其作為診斷與預(yù)后的生物學(xué)標(biāo)志物已被研究,靶向OPN的治療應(yīng)用也已在臨床試驗(yàn)中得到了初步評(píng)估,也被探索作為監(jiān)測免疫介導(dǎo)疾病的診斷靶標(biāo)。本文就OPN在自身免疫性疾病中的表達(dá)與作用及其作為自身免疫性疾病的生物學(xué)標(biāo)志物的相關(guān)信息進(jìn)行總結(jié),進(jìn)而為OPN相關(guān)的靶向性治療提供依據(jù),為自身免疫性疾病提供新的診療策略。

一、OPN概述

OPN約含300個(gè)氨基酸,相對(duì)分子質(zhì)量為(41～75)kDa,由樹突狀細(xì)胞(dendritic cell, DC)、T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生,骨髓中的成骨母細(xì)胞、骨細(xì)胞和其他造血細(xì)胞合成,可被細(xì)胞表面相應(yīng)的整合素識(shí)別、結(jié)合及表達(dá),是一種細(xì)胞表面透明質(zhì)酸(hyaluronic acid,HA)結(jié)合糖蛋白[3]。OPN是由SPP1基因編碼的一種可溶性細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)的小整合素結(jié)合的配體N-連接糖蛋白家族。OPN啟動(dòng)子有多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn),基因表達(dá)在多種疾病中都顯著增加。整合素結(jié)合位點(diǎn),包括1個(gè)RGD基序和1個(gè)SVVYGLR結(jié)構(gòu)域,緊隨其后的是OPN中心區(qū)的凝血酶裂解位點(diǎn)。整合素(α4β1、α5β1、α8β1、α9β1、αvβ1、αvβ3、αvβ5和αvβ6)和CD44是OPN的2個(gè)主要的細(xì)胞膜表面受體,它們與許多生理、病理過程高度相關(guān),OPN通過與這些受體結(jié)合從而在血管生成、生物礦化、炎性反應(yīng)、細(xì)胞介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)、纖維化、細(xì)胞存活、骨代謝、腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮著重要作用[4]。RGD對(duì)含有αv的整合素(例如αvβ1、αvβ3和αvβ5整合素)具有高親和力,而鄰近的SVVYGLR序列可與α4β1、α9β1和α4β7整合素結(jié)合[5]。DC作為OPN行動(dòng)的重要來源和細(xì)胞靶點(diǎn)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,OPN可影響DC募集和細(xì)胞因子的產(chǎn)生,促進(jìn)DC成熟和T淋巴細(xì)胞極化[6,7]。

二、OPN在自身免疫性疾病中的表達(dá)及作用

眾所周知,炎性反應(yīng)是自身免疫性疾病的部分發(fā)病機(jī)制,在炎癥過程中,OPN上調(diào)能調(diào)節(jié)宿主對(duì)感染的反應(yīng),促進(jìn)免疫介導(dǎo)的炎性疾病的發(fā)展。已有大量研究表明,OPN在自身免疫性疾病中過度表達(dá),且與疾病的惡化有關(guān)。

1.OPN與風(fēng)濕免疫、腸道免疫相關(guān)性疾病:目前研究表明,OPN參與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis, RA)的炎性反應(yīng)、血管痙攣形成和骨損傷等病理過程,可能是RA的易感基因,抑制OPN表達(dá)后,關(guān)節(jié)腫脹、軟骨侵蝕和單核細(xì)胞浸潤均得到顯著改善[8]。OPN在系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus, SLE)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚆LR/lpr小鼠中高表達(dá),導(dǎo)致B淋巴細(xì)胞活化和IgG、IgM產(chǎn)生,以及自身抗體(包括抗ds-DNA)和細(xì)胞因子(IFN-γ、TNF-α和IL-1)表達(dá)增加,這些細(xì)胞因子的過量產(chǎn)生與SLE的發(fā)展有關(guān)[9]。有研究發(fā)現(xiàn),表達(dá)OPN的轉(zhuǎn)基因小鼠自發(fā)地發(fā)展為干燥綜合征(sicca syndrome, SS),其特征為淋巴細(xì)胞滲入唾液組織和較高的自身抗體水平[10]。OPN在骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis, OA)的軟骨中高表達(dá),且與OA發(fā)病及進(jìn)展有關(guān),與關(guān)節(jié)軟骨的退變程度呈正相關(guān),OPN通過促進(jìn)NF-κB信號(hào)的表達(dá),加速軟骨細(xì)胞的增殖,從而誘導(dǎo)大鼠OA[11]。幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎(juvenile idiopathic arthritis, JIA)的滑膜組織中,發(fā)現(xiàn)滑膜中OPN的表達(dá)與JIA的血管生成相關(guān)[12]。強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)患者的OPN水平顯著升高,且與骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物如C端肽、堿性磷酸酶和骨鈣素相關(guān)[13]。

OPN單倍型與克羅恩病(Crohn′s disease, CD)顯著相關(guān),潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)患者的血漿OPN濃度升高,且其表達(dá)與臨床活動(dòng)相關(guān),OPN可能通過增加免疫活性在UC的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用,可能是評(píng)估疾病活動(dòng)的有用工具[3]。牛乳OPN通過恢復(fù)巨噬細(xì)胞活性和促進(jìn)組織修復(fù)的轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)的釋放,部分地抑制了葡聚糖硫酸鈉鹽(dextran sulfate sodium,DSS)誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎[14]。在人類酒精性肝病中,OPN的表達(dá)與肝臟炎癥、TGF-β表達(dá)和中性粒細(xì)胞聚集相關(guān),OPN激活肝星狀細(xì)胞,并誘導(dǎo)Ⅰ型膠原,通過整合素αvβ3的參與和激活PI3K/pAkt/NF-κB信號(hào)通路,導(dǎo)致肝纖維化[15]。

2.OPN與神經(jīng)、呼吸系統(tǒng)相關(guān)性疾病:實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)小鼠中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的DC中OPN的表達(dá)增加。多發(fā)性硬化(multiple sclerosis, MS)患者DC OPN和T淋巴細(xì)胞OPN受體增加,OPN導(dǎo)致MS小鼠疾病復(fù)發(fā),并促進(jìn)活化T淋巴細(xì)胞的存活[16]。Zhao等[17]使用實(shí)驗(yàn)性自身免疫性重癥肌無力(experimental autoimmune myasthenis gravis, EAMG)大鼠模型的研究表明,血清和脾細(xì)胞中OPN的mRNA和蛋白水平上調(diào),腹膜腔內(nèi)注射OPN可增加疾病的發(fā)病和嚴(yán)重程度。

OPN是肺氣腫患者肺DC中上調(diào)最高的基因之一,OPN缺陷小鼠的疾病發(fā)展減少,肺氣腫中OPN的缺乏延遲了IL-17和MMP12表達(dá)減少的疾病病理過程[18]。也有研究發(fā)現(xiàn),在哮喘患者和小鼠的肺中OPN表達(dá)增加,OPN對(duì)過敏性氣道疾病有相反的作用:初級(jí)致敏時(shí)的促炎作用和次級(jí)抗原攻擊時(shí)的抗炎作用[19]。

3.OPN與骨、腫瘤及其他自身免疫相關(guān)性疾病:臨床研究發(fā)現(xiàn),OPN的高表達(dá)對(duì)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis, OP)的抵抗力減低,其水平和絕經(jīng)后年齡呈顯著正相關(guān),而與體重、身高和髖關(guān)節(jié)密度呈負(fù)相關(guān),其作為絕經(jīng)后女性O(shè)P早期診斷的生物學(xué)標(biāo)志物,與OP的嚴(yán)重程度呈顯著正相關(guān)[20]。OPN總是與異位鈣化共同定位,其表達(dá)在損傷、疾病條件下增加,并與很多病理中發(fā)現(xiàn)的鈣化沉積緊密相關(guān),包括動(dòng)脈粥樣硬化性狹窄、主動(dòng)脈狹窄、腎結(jié)石和腫瘤[21]。在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈鈣化周圍OPN的高表達(dá)可能誘導(dǎo)體內(nèi)局部異位鈣化的抑制作用,與人類乳腺癌的鈣化有關(guān)[22]。

OPN是成骨分化的晚期標(biāo)志,在骨肉瘤細(xì)胞中的表達(dá)水平顯著低于分化成熟的骨肉瘤細(xì)胞,降低的OPN水平損害了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化,OPN表達(dá)增加也可能預(yù)示著骨肉瘤細(xì)胞遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,骨肉瘤細(xì)胞在遷移過程中以較高水平的OPN為主要化學(xué)物質(zhì),并表現(xiàn)出較高的肺轉(zhuǎn)移傾向,一種可能的機(jī)制是OPN和整合素的結(jié)合促進(jìn)了惡性細(xì)胞中有利于轉(zhuǎn)移的變化[23]。初診的多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)及復(fù)發(fā)患者血清OPN低于緩解期MM患者和對(duì)照組,Ⅰ～Ⅲ期MM患者血清OPN水平依次降低,OPN可作為MM預(yù)后以及療效評(píng)判的指標(biāo)[24]。OPN代表了與腫瘤轉(zhuǎn)移和增殖相關(guān)的最典型的基質(zhì)細(xì)胞蛋白之一,癌癥患者血液和腫瘤中高水平的OPN與不良預(yù)后相關(guān),表明OPN可能是不同腫瘤組織類型中一個(gè)重要的診斷和預(yù)后標(biāo)志。從發(fā)病機(jī)制的角度來看,OPN參與腫瘤(如肺癌、肝癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌、間皮瘤和黑色素瘤等)生物學(xué)和發(fā)展的幾個(gè)步驟,即增殖、存活、血管生成和侵襲等[5,25]。

研究顯示OPN在人和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中的動(dòng)脈粥樣硬化病變中的巨噬細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞中高度表達(dá)[21]。Evie等[26]使用非肥胖糖尿病(non-obese diabetes, NOD),一種1型糖尿病(type 1 diabetes, T1DM)的動(dòng)物模型,OPN缺失突變小鼠的研究表明,OPN保護(hù)了胰島的胰島素產(chǎn)生細(xì)胞,而存在OPN基因的NOD小鼠血清中OPN蛋白升高,表明該分子可能參與了疾病發(fā)作前發(fā)生的免疫調(diào)節(jié)事件,T1DM患者血清OPN水平升高,與不利的代謝特征相關(guān)。OPN血漿水平升高與銀屑病相關(guān),OPN誘導(dǎo)炎性T淋巴細(xì)胞表達(dá)IL-17,缺乏OPN可防止與皮膚炎癥相關(guān)的咪喹莫特誘導(dǎo)的B淋巴細(xì)胞群擴(kuò)增,免疫組化的銀屑病斑塊活檢的染色顯示OPN被角質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫浸潤細(xì)胞高度表達(dá),包括CD1a+DC和效應(yīng)T細(xì)胞[27]。Kim等[28]研究表明,OPN的配體CD44水平在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis, EAU)大鼠的睫狀體中升高,OPN在睫狀體和EAU視網(wǎng)膜內(nèi)活化的巨噬細(xì)胞中也有表達(dá)。從顳下頜關(guān)節(jié)強(qiáng)直及色素沉著絨毛結(jié)節(jié)性滑膜炎患者的病變組織中也檢測到了OPN基因及蛋白水平的高表達(dá)[29]。此外,口腔扁平苔蘚(oral lichen planus, OLP)患者血清、局部上皮細(xì)胞OPN濃度及外周血CD4+T細(xì)胞CD44表達(dá)顯著增高,提示OPN很可能通過其配體CD44通路介導(dǎo)CD4+T細(xì)胞的異?；罨?CD44可能參與了OLP疾病早期細(xì)胞免疫的啟動(dòng)以及炎癥階段細(xì)胞免疫應(yīng)答的異常[30]。

三、自身免疫性疾病的生物學(xué)標(biāo)志物——OPN

在自身免疫性疾病的診斷和早期治療中,確定可靠的生物學(xué)標(biāo)志物是必要的。OPN促進(jìn)了新血管的形成和免疫細(xì)胞的募集,從而維持了慢性銀屑病炎癥,是刺激銀屑病炎性反應(yīng)的復(fù)雜細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)的一部分,可能代表該疾病的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)[27]。在MS患者的不同臨床環(huán)境中,血液OPN水平已被證明是疾病活動(dòng)的生物學(xué)標(biāo)志物,為了鑒別進(jìn)行性和復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化癥(relapsing remitting multiple sclerosis,RRMS)的標(biāo)志物和特定的炎癥特征,發(fā)現(xiàn)單核細(xì)胞相關(guān)的OPN可能與RRMS有關(guān),MS患者腦脊液和外周血中OPN水平升高,這可作為MS的診斷和預(yù)后生物學(xué)標(biāo)志物,強(qiáng)化了OPN作為MS生物學(xué)標(biāo)志物的臨床應(yīng)用價(jià)值的證據(jù)[31]。Kim等[28]研究表明,OPN在EAU大鼠眼內(nèi)顯著升高,可作為眼部自身免疫性疾病的一種合適的生物學(xué)標(biāo)志物。Koji等[32]研究表明,尿OPN的N-half可作為評(píng)估狼瘡性腎炎(lupus nephritis, LN)疾病活動(dòng)性的生物學(xué)標(biāo)志物,可能成為LN的一個(gè)新的疾病活動(dòng)性標(biāo)志,OPN可作為監(jiān)測SLE病情嚴(yán)重程度和療效的潛在疾病生物學(xué)標(biāo)志物。血清OPN水平被顯示為早期糖尿病腎病的強(qiáng)烈預(yù)測因子,可能對(duì)預(yù)測T1DM患者發(fā)生心血管疾病事件的風(fēng)險(xiǎn)具有臨床重要性[33]。血清OPN水平作為絕經(jīng)后女性O(shè)P早期診斷的生物學(xué)標(biāo)志物,與OP的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[34]。血漿OPN水平可反映RA患者的炎癥性骨損害,并被認(rèn)為是骨破壞的生物學(xué)標(biāo)志物,已被用作骨標(biāo)志物預(yù)測RA患者對(duì)阿巴西普治療反應(yīng)的生物學(xué)標(biāo)志物[35]。血清OPN水平可作為一項(xiàng)預(yù)測JIA對(duì)甲氨蝶呤反應(yīng)性的指標(biāo)[12]。

四、OPN相關(guān)的靶向性治療

大量研究表明,OPN是自身免疫性疾病發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵介質(zhì),未來靶向OPN可能成為治療這些疾病的新途徑。當(dāng)OPN缺陷型膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(collagen-induced arthritis, CIA)小鼠被保護(hù)不出現(xiàn)關(guān)節(jié)異常時(shí),一種識(shí)別OPN區(qū)域內(nèi)43WLNPDP48的抗體被證明可以防止CIA的發(fā)展,單鏈抗體scFv31也為抑制RA的某些過程提供了潛在的治療線索,shRNA(short hairpin RNA)技術(shù)靶向OPN可改善CIA小鼠的炎性反應(yīng)和骨破壞,在RA動(dòng)物模型中,通過siRNA或相關(guān)表位的中和抗體靶向OPN顯示了顯著的抑制白細(xì)胞滲透、滑膜增生和關(guān)節(jié)軟骨侵蝕[36]。也有研究發(fā)現(xiàn),在DBA/1J小鼠中,抗OPN的單抗23C3有預(yù)防CIA的作用,甚至對(duì)逆轉(zhuǎn)CIA的發(fā)展有益,使用與鼠OPN的SLAYGLR序列反應(yīng)的特異性抗體(M5)治療CIA小鼠可使關(guān)節(jié)滑膜增生和炎性細(xì)胞浸潤減少,針對(duì)SLAYGLR的2K1抗體被證明在降低食蟹猴CIA的嚴(yán)重性方面非常有效。

痹祺提取物可能通過下調(diào)大鼠OPN在血清、滑膜以及軟骨中的表達(dá)干預(yù)滑膜腫瘤樣增生和軟骨基質(zhì)降解,從而抑制滑膜血管新生及血管翳的形成,阻止軟骨破壞[37]。另有對(duì)艾灸的研究表明,其可能通過調(diào)節(jié)OPN、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子及相關(guān)炎性因子的表達(dá)參與調(diào)節(jié)RA滑膜炎癥及血管翳的形成,從而抑制實(shí)驗(yàn)性RA家兔滑膜炎癥,通過檢測CD4+T細(xì)胞的胞內(nèi) OPN(intracellular form of OPN,iOPN),進(jìn)一步檢測是否可以作為疾病活動(dòng)性的早期診斷指標(biāo)[38]。

抗體介導(dǎo)的OPN中和作用已被證明可顯著降低糖尿病肥胖患者的胰島素抵抗,OPN的中和部分減少了肝臟和脂肪組織中肥胖相關(guān)的炎性反應(yīng),逆轉(zhuǎn)了與胰島素抵抗和葡萄糖穩(wěn)態(tài)相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),靶向OPN可以為糖尿病管理提供一種新的治療方法。一種新的結(jié)腸炎治療方法包括施用間充質(zhì)干細(xì)胞,OPN可以通過減少結(jié)腸中浸潤效應(yīng)T細(xì)胞的數(shù)量來改善結(jié)腸炎,由于轉(zhuǎn)錄因子Aire的缺失,間充質(zhì)干細(xì)胞中OPN的表達(dá)抑制了這種效應(yīng)?？筄PN抗體通過減少IL-17的產(chǎn)生改善了EAE小鼠的嚴(yán)重程度[16]。此外,靶向OPN被認(rèn)為是哮喘和CD的一種很有前途的治療方法。

五、展 望

OPN在自身免疫性疾病中發(fā)揮著不可或缺的作用,其作為診斷與預(yù)后的生物學(xué)標(biāo)志物已被研究。一般來說,OPN有助于這些疾病的病理,但也有例子表明它具有保護(hù)作用,破譯這些差異的機(jī)制和OPN的特異性受體將是未來的研究挑戰(zhàn)。研究表明,抗OPN自身抗體的產(chǎn)生可能有利于MS和EAE的再傳播,這導(dǎo)致了新的策略,如疫苗接種或被動(dòng)免疫,以提高其水平。另外,OPN高表達(dá)是OP的重要危險(xiǎn)因素,它正向調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞,抑制骨礦物質(zhì)沉積,對(duì)骨相關(guān)疾病和骨代謝的機(jī)制仍不明確,這都需要進(jìn)一步的研究來證明。雖然下游信號(hào)通路經(jīng)常被描述,但考慮到蛋白質(zhì)及其各種受體的復(fù)雜性,闡明各種反應(yīng)中涉及的特定OPN-受體相互作用以及與OPN作用相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在未來的工作中將是重要的,這將有助于確定哪些整合素相互作用在特定細(xì)胞類型中最相關(guān),將成為自身免疫性疾病的有前途的治療靶點(diǎn)。

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell, MSC)因其在免疫介導(dǎo)的退行性病變中的潛在免疫調(diào)節(jié)功能,以及在骨髓移植后控制移植物抗宿主疾病而成為細(xì)胞療法的焦點(diǎn)?；贠PN在骨髓和炎癥部位的DC/MSC相互作用中的雙向作用,在開發(fā)針對(duì)自身免疫性疾病新的治療策略之前,需要更好地闡明DC/MSC與DC/OPN的相關(guān)性。最后,DC來源的OPN在MSC成骨分化和成脂分化中的作用值得在再生醫(yī)學(xué)背景下進(jìn)行深入研究。OPN主要通過影響DC來促進(jìn)Th1極化,失調(diào)的OPN過度表達(dá)反而與Th1相關(guān)疾病相關(guān)。DC衍生的OPN在病毒感染中也起保護(hù)作用,OPN缺陷型小鼠對(duì)病毒和細(xì)菌感染具有嚴(yán)重的1型免疫缺陷,并出現(xiàn)肉瘤樣肉芽腫。OPN在促進(jìn)保護(hù)性Th1反應(yīng)和Treg細(xì)胞生成中的作用也被提出用于接受過敏原免疫療法(例如毒液免疫療法)的患者中。

靶向OPN的治療應(yīng)用已在臨床試驗(yàn)中得到了初步評(píng)估,最近還被提議作為控制腫瘤生長、哮喘和自身免疫性疾病的治療靶點(diǎn),以及嬰兒免疫個(gè)體發(fā)育的有前途的調(diào)節(jié)劑,OPN單核苷酸多態(tài)性和OPN變異體也被探索作為監(jiān)測免疫介導(dǎo)疾病的診斷靶標(biāo)。因此,深入研究OPN為自身免疫性疾病提供了新的思路與方向,也為其治療提供了新靶點(diǎn),具有深遠(yuǎn)的價(jià)值和臨床意義。