类风湿关节炎骨破坏发生机制解析
类风湿关节炎（RA）是一种以累及全身关节为主的系统性、炎症性、自身免疫性疾病，主要表现为慢性、对称性、进行性多关节炎、关节滑膜炎症、淋巴细胞浸润、血管翳形成并增生、关节软骨与骨的侵蚀等，最终导致骨破坏。骨破坏是造成RA患者关节畸形、功能丧失等诸多临床问题的核心因素，贯穿于整个RA的发展进程之中。那么，为什么RA会造成患者的骨破坏呢？RA骨破坏发生的机制又是什么？本文将详细阐述！
近年来，多项研究表明，RA骨破坏发生机制与破骨细胞的增殖与分化、细胞内信号通路对破骨细胞的调节、细胞因子对骨的作用、骨代谢相关基因的表达，以及其他因素等均有关[1]。
01、破骨细胞（OC）的增殖与分化及细胞内信号通路对OC的调节
破骨细胞起源于骨髓多潜能干细胞，是一种负责骨组织分解的骨细胞，其前体细胞为巨噬细胞，是体内唯一具有溶解骨组织能力的细胞。破骨细胞的过度活化，在RA骨破坏机制中，起着关键性的作用。正常状态下的骨量维持，依靠OC与骨组织中的另一细胞——成骨细胞（OB）相互作用及平衡。而RA患者骨代谢的特点是骨吸收增强而骨形成不足，若打破OC与OB之间的动态平衡，OC功能亢进则会引发RA患者全身性骨丢失、骨破坏及骨质疏松等[2]。
在破骨细胞增殖与分化过程中，有3种参与调控破骨细胞的关键因子：核因子κβ配体的受体活化剂（RANKL）和巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）以及骨保护素（OPG）。
（1）核因子κβ配体的受体活化剂(RANKL)
RANKL是一种细胞因子，为肿瘤坏死因子（TNF）家族成员。RANKL诱导破骨细胞分化必须通过其受体NF-KB受体活化因子（RANK）来实现。RANK是位于破骨细胞及其前体细胞表面的I型跨膜受体，从属于TNF受体超家族，与RANKL结合后激活细胞内的信号转导系统，通过转录因子启动特定基因表达，合成特异性蛋白质，使前体细胞分化为成熟破骨细胞。
（2）巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)
M-CSF是被公认的直接参与OC分化的细胞因子，它是一种单通膜蛋白炎症因子，是巨噬细胞存活、增殖和分化的主要调节因子，对破骨细胞前体细胞的存活和增殖也是必需的。该因子与c-fms（络氨酸激酶超家族受体成员，是OC活化的关键信号之一）相互作用，能刺激单核细胞分化成巨噬细胞并诱导IL-6、IL-8及TNF-α的生成，上调OC前体细胞RANK的表达，导致机体出现炎症反应，引起局部骨破坏或骨质疏松等症状[3]。
（3）骨保护素（OPG）
OPG（骨保护素）属于TNF家族，是RANKL的可溶性“圈套”受体，可以阻止RANKL和RANK的结合，阻断促进OC的活化信号，从而抑制OC分化。RANKL与OPG的比值严格地控制了OC分化与骨吸收功能，若OPG降低，RANKL水平升高，则OC生成增多、活性增强，导致骨破坏发生。
为了证明破骨细胞在炎症性关节炎骨质破坏中的作用，研究人员对RANKL敲除小鼠使用血清转移模型来诱导关节炎，结果发现RANKL敲除鼠的关节炎症和软骨破坏与对照组相似，而骨质破坏显著性减少[4]。另一项研究发现肿瘤坏死因子(TNF)-α转基因和RANK敲除的杂交小鼠出现关节炎症，破骨细胞前体细胞显著增多，但不分化成破骨细胞，也不出现骨破坏[5]。因此，破骨细胞是介导关节局部骨破坏及关节损害的关键细胞，在无破骨细胞存在的情况下，炎症反应本身并不直接介导关节破坏。
如上所述，破骨细胞是介导关节局部骨破坏及关节损害的关键细胞，那么破骨细胞又是如何被活化的呢？
OC 的活化，少不了细胞内信号通路的调节。研究发现，RANKL和RANK结合之后，会传递相应的信号至细胞内，并进入细胞核，引起基因的转录激活和表达。在此过程中，多种信号分子和转录因子发挥着重要作用。目前发现对于破骨细胞活化的重要的信号分子和转录因子有肿瘤坏死因子相关因子6（TRAF6）、c-Fos蛋白、丝裂原活化的蛋白激酶（MAPKs）、核因子κB（NF-κB）和活化T细胞核因子c1(NFATc1)等，有试验证实，以上基因敲除小鼠均会出现严重的骨质硬化症。
02、T细胞在RA骨破坏中的作用
一直以来，免疫细胞尤其是T细胞在RA的发病过程中有着重要的作用。在RA滑膜中，T细胞占细胞总数的30%~50%。多项研究证实，T细胞亚群紊乱与RA骨破坏相关。
CD4⁺T细胞是主要浸润在RA滑膜组织中的T细胞，可分化成不同的细胞亚型，释放出不同的细胞因子来实现免疫应答。活化的CD4⁺T细胞主要能显著增加RANKL表达水平，从而促进OC分化。在免疫应答过程中，CD4⁺T细胞被活化、增殖，最终分化为Th1和Th2细胞及其它功能性T细胞。在2005年，Harrington等根据分泌细胞因子的不同，首次提出了“Th17亚群”的概念。Th17细胞是作为一种独立存在的CD4⁺T细胞亚型，主要被孤儿核受体C（RORC）调控，与RA的发病有紧密的关系。该细胞通过产生细胞因子白细胞介素-17（IL-17，可刺激了RANKL的表达），间接促进了OC分化增殖，从而导致RA骨破坏[6]。
03、细胞因子在RA骨破坏中的作用
各种细胞因子和炎症介质的异常表达，也是RA骨破坏的重要原因。
（图1来源：Schwartz DM , Bonelli M , Gadina M , O'Shea JJ .Type I_II cytokines, JAKs, and new strategies for treatingautoimmune diseases. Nat Rev Rheumatol 2016 Jan;12 (1): 25-36.）
3.1 TNF-α
TNF-α是一种主要的炎症细胞因子，参与多种RA病理过程。近年来，越来越多的研究人员发现TNF-α在骨破坏中起到重要作用。RA局部受累关节处的TNF-α表达水平都会有一定程度的升高[7]。TNF-α通过促使黏附分子表达，激活T细胞产生M-CSF，诱导产生RANKL，最终使得破骨细胞分化增殖，促进骨的吸收，造成骨破坏。
3.2 白细胞介素-17（IL-17）
IL-17是一类新近被发现的细胞因子类群，是RA重要的促炎因子之一[8]，主要由Th17细胞或记忆性T细胞分泌而成，在RA的骨破坏及滑膜炎中起着重要作用。该细胞因子可诱导OB与间充质细胞RANKL的表达，刺激OC分化增殖，促使RA骨破坏。另外，IL-17还可与其它细胞因子共同作用，使炎症反应更加激烈，导致关节骨破坏的加速。
3.3 IL-6
IL-6是一种多功能细胞因子，由巨噬细胞、T淋巴细胞等分泌产生，有调节免疫应答的功能。当炎症发生后，IL-6迅速生成，抑制OB受体合成，从而反向促进了前体破骨细胞的形成，最终造成RA患者的骨破坏。IL-6亦是TNF-α的生物效应放大因子，可放大TNF-α对骨破坏的严重程度。
3.4 IL-1
IL-1是诱导Th17细胞分化的主要细胞因子之一，同样可以促进OB和其他细胞产生RANKL，从而间接影响破骨细胞的分化增殖，引起骨破坏的发生。
3.5 IL-23
IL-23是一种异源二聚体细胞因子，由IL-23α的p19和IL-12的p40两个亚基组成。IL-23 通过信号通路激活CD4⁺T细胞并刺激其增殖；促进Th17细胞的维持，刺激活化的Th17细胞分泌产生一系列细胞因子，从而驱动炎症反应[9]，加速骨破坏的进展。
3.6 IL-34
IL-34于2008年被研究人员发现，也是属于IL家族成员，它的功能类似于M-CSF，是破骨细胞的主要功能性细胞因子之一。
3.7 IL-33
IL-33是IL-1家族的新成员，主要诱导Th2细胞分化，近期在RA发病过程中受到较多关注。有研究显示，在RA患者的滑膜组织、滑膜成纤维细胞等中均能发现IL-33表达，所以IL-33可能参与了RA的急性反应，高水平表达的IL-33参与可能加重关节的炎症反应，在RA的发病及骨破坏过程中起到一定的作用。
04、与RA骨破坏相关的基因
除了破骨细胞以及细胞内信号通路及细胞因子外，近来研究发现人类白细胞抗原（HLA）-DRB1、生长停滞和脱氧核糖核酸损伤诱导基因45β（GADD45β）、蛋白络氨酸磷酸酶非受体型22（PTPN22）基因多态性（R620W）、Atp6v1c1等基因，也与RA骨破坏的发生相关[1]。
① 人类白细胞抗原（HLA）-DRB1
HLA-DRB1的一个编码序列，是侵蚀RA一个最重要的遗传风险因子，可促进破骨细胞生成因子的产生。
② GADD45β
该基因的缺乏可大大加强局部炎症，迫使破骨细胞数量增加。
③ PTPN22-R620W
有研究表明，该基因是RA的易感因素，且与抗环瓜氨酸肽抗体（已证实与骨破坏相关）产生有一定联系。因此，该基因间接引发骨破坏。
④ Atp6v1c1
Atp6v1c1基因在破骨细胞介导的骨吸收中同样发挥重要作用。
05、其他因素
随着科学的发展，研究人员还发现，抑癌蛋白M（OSM）信号因子可影响骨破坏相关因子的表达；循环肌腱蛋白C(TNC )可作为骨破坏的生物标志物；肌肉生长抑制素的缺乏能使骨破坏得到改善。
另外，还有许多细胞因子对破骨细胞有着抑制作用，从而影响着RA骨破坏。IFN-γ、IL-4、IL-10、GM-CSF、IL-12等细胞因子均有阻断RANKL信号的作用，从而抑制破骨细胞形成，影响骨破坏。前几年研究人员还发现脂肪因子与RA骨破坏相关，如脂联素等，但具有一定的争议，有待研究考证。
写在最后
RA是一种系统性疾病，可出现关节破坏和全身性骨丢失。破骨细胞过度活化在RA骨破坏进程中起着关键作用。RANKL/OPG是破骨细胞生成的关键性调控因子，其他多种细胞因子如TNF-α、IL- 1、IL-6、IL-17以及细胞内信号分子和转录因子，也参与破骨细胞生成和活化的调节过程，RA骨破坏机制的明确有利于针对骨破坏的靶向治疗药物的开发。
艾拉莫德是一种新型慢作用抗风湿药（DMARD），主要通过抑制调节炎症细胞免疫平衡，减少炎症因子的产生，同时调节B细胞功能，抑制免疫球蛋白的产生来改善RA症状，同时，研究也证实艾拉莫德具有抗骨吸收和促骨形成等作用。
有研究表明艾拉莫德可成功抑制各种炎症细胞培养物中的IL-6、TNF-α、IL-8、IL-1β和单核细胞趋化蛋白1（MCP-1），起到控制RA活动度并减少RA引起的骨流失的双重效果。
在一项单中心、前瞻性平行对照研究中，单用IGU、单用MTX及IGU与MTX联合使用对RA患者的OPG和RANKL水平影响的试验中发现，使用不同浓度的艾拉均可直接抑制RANKL的表达，导致RANKL/OPG比率显著降低[10]。
（图2来源：Wang X T, Li P, et al. Effect of iguratimod and methotrexate on RANKL and OPG expression in serum and IL-1β-induced fibroblast-like synoviocytes from patients with rheumatoid arthritis.Cellular and molecular biology,2016, 62(12):44.）
鉴于以上机制及研究，艾拉莫德可以有效的抑制破骨细胞活化和骨吸收、促进成骨细胞分化和骨形成、保护软骨，发挥全面的骨保护作用。对于RA骨破坏患者使用艾拉莫德，可以有效改善RA患者预后，是一种非常不错的选择！
参考文献：
[1] 梁丽君,王鑫,沈海丽.类风湿关节炎骨侵蚀发生机制研究进展[J].临床内科杂志,2016,12.
[2] 周新尧,姜泉,曹炜.破骨细胞在类风湿关节炎骨破坏机制中作用的研究进展.国际免疫学杂志,2010,7.
[3] 田军伟,陶鹏飞.艾拉莫德联合甲氨蝶呤对类风湿性关节炎患者血清M-CSF、IL-6、IL-8及骨代谢的影响[J].2017,2.
[4] Pettit AB，Ji H，yon Stechow D，et a1．TRANCE—RANKLknockout mice are protected from bone erosion in a serum transfer model of arthritis．Am J Pathol，2001，159：1689—1699．
[5] Li P，Sehwarz EM，O’Kede Ilj，et a1．RANK signaling is not required for TNF alpha-mediated increase in CDI l(hi)esteo— clast precursors but is essential for nlaturc osteeclast formation in TNF alpha-mediated inflammatory arthritis．J Bone Miner Res，2004，19：207-213．
[6]赵成,丁从珠,冯学兵,孙凌云.类风湿关节炎骨破坏机制研究进展[J].中华风湿病学杂志,2010,3.
[7] Zhao B,Takami M,et al. Characterization of synovial cell clones isolated from rheumatoid arthritis patients possible involvement of Tnf-α in reduction .Cytokin,2008,41.
[8] 刘春艳. 类风湿关节炎患者外周血单个核细胞TGF-β/Smad 信号转导通路检测及其临床意义的研究.南京中医药大学,2009.
[9] Girolomoni G,et al. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2017 Oct;31(10).
[10]Wang X T, Li P, et al. Effect of iguratimod and methotrexate on RANKL and OPG expression in serum and IL-1β-induced fibroblast-like synoviocytes from patients with rheumatoid arthritis.Cellular and molecular biology,2016, 62(12):44.