強直性脊柱炎相關骨化因子研究進展＊

許紅飛 綜述，初同偉 審校

（第三軍醫大學新橋醫院骨科，重慶400037）

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一種慢性自身免疫性疾病，主要累及人體中軸骨關節系統，特征性病理改變是肌腱和韌帶的骨附著點炎及炎癥后骨化，多見于青壯年，部分患者還伴有不同程度的眼、肺、心血管、腎等其他病變。最嚴重的后果是脊柱強直，故重視AS骨化機制的研究十分必要。近年來，隨著對AS病理研究的深入，已發現一些與骨化相關的蛋白因子參與了AS軟組織骨化病理改變的過程，使得對其疾病演變過程有了更清晰的認識。AS在炎癥性關節炎中占第二位，以異位骨形成導致骨硬化為特征，即肌腱端炎。肌腱端炎的病理過程是指關節囊、肌腱、韌帶的骨附著點為中心的慢性炎癥，炎癥部位肉芽組織形成，最終肌腱端出現纖維化和骨化，最多發生在骶髂關節、椎間盤、椎體周圍韌帶等部位，肌腱附著點通常被認為能提供新骨形成所需的基質，以及前體細胞微小的生長平臺。在新骨形成的過程中，有多種蛋白成分參與了局部組織的破壞、成骨細胞的分化增殖、血管的增生。如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth，VEGF）、骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、轉化生長因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、基質金屬蛋白酶3（matrix metalloproteinase3，MMP-3）。本文主要針對參與AS軟組織骨化病理改變的相關蛋白進行綜述。

1 VEGF

VEGF又名血管通透因子，屬血小板生長因子家庭，是一種特異性促內皮細胞分裂素，能夠刺激體外培養的內皮細胞成活，進行有絲分裂、分化、生長和遷移，它通過與血管內皮細胞膜上的受體結合，迅速增加細胞內鈣離子濃度，經磷酸肌醇特異性磷酸酯酶C途徑，特異性的促血管內皮細胞增生和血管生成［1］。有研究發現，AS患者血清中VEGF高于正常人，且與C反應蛋白、紅細胞沉降率、疾病活動程度呈正相關關系［2］，VEGF基因的多態性也可能與疾病的嚴重程度相關［3］。在接受腫瘤壞死因子拮抗劑治療后的患者，其血VEGF水平有明顯的下降［4］，且與AS疾病活動評分（ASDAS）有一致性的改善［5］，故也可把VEGF用來作為一個評判疾病活動程度的指標。VEGF在AS中升高可能與它的促成骨作用有關。已有研究證實，VEGF具有明顯的成骨作用，可以加速骨折的愈合［6］，骨化必伴有血管生成，骨化初期的血管增生標志著骨化的開始，此過程有VEGF的參與［7］。有研究運用原位雜交的方法證實了在AS活動期患者棘間韌帶、骶髂關節滑膜組織中的成纖維細胞及滑膜細胞內VEGF mRNA呈強陽性表達［8-9］。可能通過以下幾方面發揮作用：（1）促進局部內皮細胞分泌BMP，通過BMP介導成骨作用［10］；（2）作用于單核細胞使其向成骨細胞遷移，進而發揮成骨作用［11］；（3）誘導水解酶、組織因子、基質膠原酶等釋放，改變細胞外基質，介導骨與軟骨破壞［12］；（4）促進病變區域血管形成，輸送更多的骨化因子到達病變部位，加速骨化的發展。

2 BMP

BMP主要位于骨髓基質細胞、骨膜細胞和骨細胞內［13］。1985年有學者觀察到脫鈣骨基質具有誘導成骨的能力，并發現BMP是骨形成的關鍵因子。BMP與其受體結合后，通過激活co-Smad信號蛋白并結合輔助因子復合物進入細胞核，調節靶基因的表達。在體內BMP具有多種生物學效應，在誘導成骨和生長與調控方面發揮著重要作用，通過旁分泌和自分泌的形式，能夠誘導血管、肌肉和筋膜周圍游離的和未分化的間充質細胞及纖維細胞，轉化為不可逆的骨系細胞，從而促進骨折愈合，與骨、軟骨、肌腱、牙周組織等形成有極為密切的關系。有研究表明，在脊柱關節病的小鼠模型中，BMP參與肌腱末端骨形成［14］，運用BMP細胞外拮抗藥物noggin后，內源性BMP水平降低，延緩了關節軟骨向骨形成的轉化［15］。在人類BMP的noggin基因的點突變，可導致多發的關節融合及進行性關節腔狹窄［16］。目前基因重組BMP已經廣泛用于臨床，通過載體植入緩釋、局部注射、基因治療等途徑，有效的促進骨形成，加速骨折愈合。研究證實，活動期AS患者骶髂關節滑膜組織中MBP-2mRNA強陽性表達［17］，且AS血清BMP水平與脊柱和髖關節放射學評分（BASRI）呈正相關［18］，通常伴有BMP抑制物Sclerostin表達降低［19］，說明BMP為AS病理性成骨過程中的重要的成骨因子。其機制可能為，AS活動期患者某些因子刺激鄰近的骨細胞、骨膜細胞等分泌BMP-2，促進成纖維細胞向成骨細胞轉化，病理性骨組織增生，破壞關節正常結構，導致關節骨性強直。

3 TGF-β1

TGF-β1是TGF-β超家族成員的核心因子，具有廣泛的生物學效應，在炎癥和纖維化過程中均起關鍵的作用。TGF-β1不同的生物學活性尤其是其前炎和抗炎的雙向調節特性，文獻報道它在脊柱關節病中的作用復雜多樣［20-21］。有報道稱，AS患者血清TGF-β1水平較健康對照者明顯升高［22］，骶髂關節組織中存在 TGF-β1／Smad通路表達異常［23］，而骶髂關節又是AS的主要病變靶點，TGF-β1升高說明它在病理改變過程扮演了重要角色。TGF-β1是已知單核細胞趨化因子中最強的一種，可由多種實質細胞產生，炎癥時由滲出細胞，如單核細胞、淋巴細胞等產生或分泌，在炎癥早期少量TGF-β1聚焦在炎癥部位，導致單核細胞向炎癥部位聚焦。單核細胞數量增多后，又大量產生TGF-β1，高濃度的TGF-β1又可繼續趨化和激活單核細胞，并且T細胞被吸引至炎癥部位，這樣就加重了病變部位的炎癥。TGF-β1上調白介素等前炎癥因子和MMP表達來加重關節部位的炎癥，還可以促進Th17分化而參與炎癥反應，并且通過與TNF-α及RANKL的協同效應誘導破骨細胞分化，對軟骨和骨進行破壞［24］。除了參與炎癥外，TGF-β1還能協助BMP促進骨膜生發層間充質細胞的增殖、成熟、分化為骨系細胞，加速骨組織的形成。

4 CTGF

CTGF是一種富含半胱氨酸的多肽，屬于即刻早期基因家族，具有促進細胞外基質合成等作用，參與機體組織的創傷修復，在組織器官纖維化過程中起著重要作用。它不僅能促進軟骨增殖和分化、軟骨細胞外基質合成及血管形成，還能修復損傷的關節軟骨、促進軟骨再生［25］。目前認為，CTGF與TGF-β1關系密切。CTGF與TGF-β1結合后，增強TGF-β1與受體結合的能力，從而活化TGF-β1信號通路。成骨細胞中TGF-β1能誘導CTGF的表達，同時在TGF-β1誘導成骨細胞外基質產生的過程中，CTGF是其重要的下游調節器［26-27］。TGF-β1是激活CTGF的主要因子，CTGF被TGF-β1誘導分泌。AS患者骶髂關節組織中，在血管翳炎癥細胞及骨髓細胞的細胞質內高表達CTGF［28］，CTGF的過度表達可誘發及增加I型膠原的合成，這可能是CTGF在AS關節病變的主要作用機制。

5 MMP-3

MMP-3是對基質起廣泛作用的一種蛋白酶，是具有降解細胞外基質功能的蛋白多糖酶，其作用底物主要是蛋白多糖和糖蛋白。MMP-3一般只在炎癥情況下才會高表達，它在血清中的水平高低可以作為判斷AS病情活動程度的指標。Maksymowych等［29］通過對外周血中 MMP-3，軟骨蛋白聚糖和Ⅱ型膠原水平及放射學的檢測，證實MMP-3mRNA可以作為AS的一種獨立的骨與軟骨損傷的預測標記。易釗泉等［30］對MMP-3與強直性脊柱炎臨床分級關系進行研究后發現，RT-PCR及凝膠成像分析系統半定量檢測出MMP-3的擴增產物在ASⅠ、Ⅱ、Ⅲ級白細胞中呈遞增表達，與不同炎癥時期病情程度呈正相關。MMP-3不僅參與AS炎癥，還是調節骨質破壞病理過程的重要因素。它對AS的關節破壞可能通過直接降解軟骨和骨基質。軟骨由大量的基質及少量的軟骨細胞構成，細胞間質大部分為水分，其余由膠原、蛋白多糖和其他基質蛋白構成。膠原構成基質的骨架，其余成分填埋于膠原網絡中間，MMP-3對基質廣泛降解破壞后，軟骨便失去了正常功能。軟骨下骨的骨基質同樣也由于MMP-3的破壞而失去了正常的結構［31］，并隨著炎癥的推進，骨破壞轉變為骨修復增強，軟骨也被增生的骨組織代替，逐漸演變為骨性強直。

6 結 語

AS是一種遺傳因素占主導的多基因疾病，通過全基因掃描不僅證實了人類白細胞抗原（HLA）區域是與AS相關的重要區域，并且發現了HLA外還存在其他的AS易感區域。基礎病理研究揭示了上述骨化相關的因子在AS病變部位的病理性表達，相互之間又存在錯綜復雜的聯系，共同的結果就是促進了病變局部的骨基質形成，最終導致關節骨化強直。將來需要更多的分子生物學、遺傳學、免疫學及其他相關學科的共同研究，如能找到調控這些蛋白病理性表達的方法，不失為一種治療AS的新途徑。

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