IL-1α和RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)在兒童及成人中耳膽脂瘤中的表達(dá)

湯蘇蘇 劉謙虛

【摘要】 中耳膽脂瘤是由上皮下結(jié)締組織中的角質(zhì)化鱗狀上皮和角質(zhì)碎片在鼓室或乳突形成的團(tuán)狀物，伴或者不伴有周?chē)装Y反應(yīng)，這是中耳的囊性結(jié)構(gòu)性疾病。隨著生物科學(xué)技術(shù)發(fā)展，眾多學(xué)者的研究結(jié)果顯示膽脂瘤的發(fā)生發(fā)展由多種細(xì)胞因子參與，并通過(guò)分子生物學(xué)研究揭示中耳膽脂瘤的形成，它可以為臨床疾病治療以及干預(yù)其病理形成過(guò)程提供理論基礎(chǔ)。人類(lèi)中耳膽脂瘤明顯特征為骨質(zhì)破壞，白細(xì)胞介素-1α（interleukin-1α，IL-1α）和核因子κB受體活化因子（receptor activator of nuclear factor-κB，RANK）、核因子κB受體活化因子配體（receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL）、骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）在膽脂瘤對(duì)骨質(zhì)的破壞中有著重要作用。本文總結(jié)了IL-1α和RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)在兒童和成人中耳膽脂瘤發(fā)生中的作用。

【關(guān)鍵詞】 中耳膽脂瘤; 白細(xì)胞介素-1α; 骨保護(hù)素; 核因子κB受體活化因子; 核因子κB受體活化因子配體

【Abstract】 Middle ear cholesteatoma is a mass formed by keratinized squamous epithelium and keratinous fragments in the subepithelial connective tissue in the tympanic or mastoid，with or without peripheral inflammatory response.This is a cystic structural disease in the middle ear，not a true tumor.With the development of biological science and technology，the results of many scholars show that a variety of cytokines are involved in the development of cholesteatoma.The molecular biology research reveals the formation process of middle ear cholesteatoma，which can provide a theoretical basis for clinical disease treatment and intervention in pathological formation.Bone destruction is the distinctive feature of middle ear cholesteatoma.Interleukin-1α（IL-1α） and receptor activator of nuclear factor-κB（RANK），receptor activator nuclear factor-κB ligand （RANKL），osteoprotegerin（OPG） plays an important role in the destruction of bone by cholesteatoma.IL-1α and RANKL-RANK-OPG system relevant to cholesteatoma of children and adults are reviewed in this article.

【Key words】 Middle ear cholesteatoma; Interleukin-1α; Osteoprotegerin; Receptor activator nuclear factor-κB ligand; Receptor activator of nuclear factor-κB

First-authors address：Zhuhai Hospital Affiliated to Jinan University，Zhuhai 519000，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.05.041

研究發(fā)現(xiàn)，小兒膽脂瘤比成人膽脂瘤更具攻擊性，骨質(zhì)破壞更嚴(yán)重，病變范圍廣，復(fù)發(fā)率高于成人[1-3]。目前膽脂瘤患者的治療方法主要是通過(guò)手術(shù)治療，暫沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的治療方法可用于治愈或防止膽脂瘤復(fù)發(fā)[4]。其臨床癥狀包括耳流膿，聽(tīng)力下降，頭暈，眩暈，面神經(jīng)麻痹，甚至顱內(nèi)和顱外并發(fā)癥。顳骨膽脂瘤有先天性和后天性膽脂瘤兩種類(lèi)型，先天性膽脂瘤胚胎外胚層組織留在或丟失在顱骨。獲得性膽脂瘤形成的具體機(jī)制不明確，主要四種學(xué)說(shuō)為袋狀內(nèi)陷學(xué)說(shuō)、上皮移行學(xué)說(shuō)、鱗狀上皮化生學(xué)說(shuō)和基底細(xì)胞增殖學(xué)說(shuō)。膽脂瘤的骨質(zhì)破壞機(jī)制主要由兩大理論描述，即“機(jī)械壓力理論”和“生化理論”[5]。機(jī)械壓力理論認(rèn)為，隨著膽脂瘤組織中角蛋白碎片體積的增加，形成連續(xù)的積聚壓力，影響局部血液供應(yīng)并刺激破骨細(xì)胞活性增加，導(dǎo)致骨壞死。但是病理生理學(xué)檢查的結(jié)果并不支持上述觀點(diǎn)，闡述主要由于局部自我調(diào)節(jié)能力降低而導(dǎo)致細(xì)胞自然凋亡，細(xì)胞壞死性凋亡，或細(xì)胞自噬[6-7]。生化理論表明，膽脂瘤組織中存在大量的酶和炎癥介質(zhì)，它們?cè)诠琴|(zhì)破壞中起重要作用。細(xì)胞外基質(zhì)與膽脂瘤本身就相互作用，導(dǎo)致產(chǎn)生大量蛋白水解酶和炎癥介質(zhì)，細(xì)胞外基質(zhì)與顳骨及聽(tīng)小骨緊密相貼，并導(dǎo)致骨質(zhì)吸收破壞。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)“生化理論”進(jìn)行了大量研究，并提出了許多相關(guān)理論：細(xì)胞因子涉及的骨質(zhì)破壞、破骨細(xì)胞的骨溶解以及酶類(lèi)介導(dǎo)的骨吸收等，這些理論彼此相關(guān)，骨基質(zhì)和骨蛋白的溶解，最終導(dǎo)致骨吸收。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多研究學(xué)者開(kāi)始關(guān)注細(xì)胞因子在膽脂瘤中的作用。研究表明細(xì)胞因子與膽脂瘤型中耳炎的骨質(zhì)破壞吸收有著直接或間接的聯(lián)系。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)兒童與成人膽脂瘤的發(fā)生、發(fā)展與白細(xì)胞介素-1α（interleukin-1α，IL-1α）和核因子κB受體活化因子（receptor activator of NF-κB，RANK）、核因子κB受體活化因子配體（receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL）、骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）有關(guān)。為了探討它們?cè)趦和统扇四懼鲋械淖饔茫匾氖沁M(jìn)一步闡述膽脂瘤的發(fā)病機(jī)制及其預(yù)防和治療。

1 IL-1α的生物學(xué)特征

IL是一類(lèi)具有重要的調(diào)節(jié)作用而統(tǒng)一命名的細(xì)胞因子，是淋巴因子家族中的成員，由巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等產(chǎn)生，它可以刺激參與免疫反應(yīng)的T、B淋巴細(xì)胞和其他細(xì)胞增殖、分化和改善其功能。IL是一個(gè)大家族，于1972年被發(fā)現(xiàn)，IL的數(shù)量每年都在增加。以阿拉伯?dāng)?shù)字排列命名如IL-1、IL-2、IL-3。最新研究表明，IL不僅可以介導(dǎo)白細(xì)胞之間的相互作用，還可以參與其他細(xì)胞的調(diào)控。

它們相互作用，從而形成一個(gè)復(fù)雜而開(kāi)放的細(xì)胞因子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。IL-1與炎癥密切相關(guān)，可以通過(guò)各種細(xì)胞產(chǎn)生，如成纖維細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞、上皮細(xì)胞和單核巨噬細(xì)胞。主要功能包括免疫調(diào)節(jié)、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、影響組織代謝等，其在上皮增殖及膽脂瘤骨質(zhì)吸收破壞中的作用引起人們的關(guān)注。IL-1以?xún)煞N不同的形式存在，IL-1α和IL-1β，它們由不同的基因編碼，盡管只有四分之一的氨基酸序列同源性，然而它們與相同的受體結(jié)合并因此具有相似的生物學(xué)活性，但I(xiàn)L-1α在膽脂瘤中比IL-1β表達(dá)更強(qiáng)烈。因此，IL-1α被認(rèn)為與膽脂瘤的形成密切相關(guān)。在IL-1的兩種形式中，IL-1α主要誘導(dǎo)未分化的成骨細(xì)胞，IL-1β具有破骨細(xì)胞活化因子活性。兩者與破骨細(xì)胞共同參與膠原蛋白降解和骨吸收。IL-1α和IL-1β出現(xiàn)在炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答的早期階段，并且被認(rèn)為是導(dǎo)致慢性炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答的重要病理因素。兩者均與炎癥過(guò)程密切相關(guān)，其在膽脂上皮細(xì)胞的增殖和骨破壞中起重要作用[8]。

2 IL-1α在兒童及成人中耳膽脂瘤中的表達(dá)及意義

各學(xué)者對(duì)IL-1α和IL-1β在膽脂瘤破壞機(jī)制中的作用持各不同的觀點(diǎn)，國(guó)外學(xué)者Kakiuchi等[9]發(fā)現(xiàn)IL-1α和IL-1β主要在基底細(xì)胞中表達(dá)，IL-1α在膽脂瘤上皮中的表達(dá)顯著高于IL-1β，并且認(rèn)為由刺激活化的膽脂瘤上皮主要產(chǎn)生IL-1α。

學(xué)者Schilling等[10]也認(rèn)為IL-1α與中耳膽脂瘤具有更密切關(guān)系。而Kim等[11]使用PCR檢測(cè)外耳道皮膚、膽脂瘤上皮、肉芽組織中IL-1α和IL-1β的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)前者在肉芽組織中表達(dá)高，后者在膽脂瘤組中表達(dá)高。總結(jié)各學(xué)者觀點(diǎn)，膽脂瘤上皮細(xì)胞主要表達(dá)IL-1α。目前關(guān)于IL-1α介導(dǎo)的膽脂瘤骨破壞和骨吸收研究如下：

（1）Mundy[12]發(fā)現(xiàn)膽脂瘤上皮可以通過(guò)細(xì)胞因子如IL-1α旁分泌或自分泌方式誘導(dǎo)膽脂瘤上皮和皮下肉芽組織的炎癥細(xì)胞分泌膠原酶，從而導(dǎo)致骨質(zhì)破壞，IL-1α也可激活破骨細(xì)胞參與骨吸收。（2）研究表明，IL-1α間接促進(jìn)成熟破骨細(xì)胞的活化，其首先作用于成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞產(chǎn)生某些細(xì)胞因子以激活成熟的破骨細(xì)胞，細(xì)胞分泌集落刺激因子、IL-6等促使破骨細(xì)胞前體細(xì)胞分化成熟。IL-1α間接作用于破骨細(xì)胞，并通過(guò)上述兩個(gè)環(huán)節(jié)促進(jìn)骨吸收。通過(guò)IL-1α的作用，活化的破骨細(xì)胞主要通過(guò)以下途徑參與骨吸收：①分泌酸以降解骨骼中的鈣、鹽等物質(zhì);②吸收骨基質(zhì)，包括有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，并在細(xì)胞內(nèi)消化;③分泌膠原酶等多種水解酶。膽脂瘤增殖與IL-1α作用也密切相關(guān)，Bujia[13]發(fā)現(xiàn)膽脂上皮的所有層中的細(xì)胞具有增值的核抗原表達(dá)，正常的外耳道基底層中僅有少量表達(dá)，這闡述了膽脂瘤上皮細(xì)胞具有潛在的增殖能力。因此，進(jìn)一步說(shuō)明IL-1α在膽脂瘤的表達(dá)和其骨質(zhì)破壞和增殖能力中起重要作用。這些特點(diǎn)與包括IL-1α在內(nèi)的更多細(xì)胞因子如IL-8、TNF、TGF等有著密切的關(guān)系，因此需全面、綜合地對(duì)細(xì)胞因子及其之間的相互作用進(jìn)行研究。為了進(jìn)一步揭示膽脂瘤病理學(xué)的分子機(jī)制，干預(yù)其作用過(guò)程為將來(lái)臨床治療提供更多的可能性。查閱國(guó)內(nèi)外資料，個(gè)別學(xué)者從細(xì)胞和分子水平將兒童與成人中耳膽脂瘤進(jìn)行比較，對(duì)兒童膽脂瘤較成人更具侵襲性，骨質(zhì)破壞更嚴(yán)重這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋。根據(jù)國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)，個(gè)別學(xué)者在細(xì)胞和分子水平上比較兒童和成人中耳膽脂瘤，并闡述膽脂瘤患者中，兒童患者膽脂瘤骨質(zhì)破壞更嚴(yán)重，更具攻擊性。研究表明：兒童和成人中耳膽脂瘤患者的結(jié)構(gòu)無(wú)顯著差異[14]。關(guān)于兒童中耳膽脂瘤IL-1α表達(dá)的文獻(xiàn)很少，需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究和討論。

3 RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)的生物學(xué)特征

RANK由成骨細(xì)胞及活性T細(xì)胞分泌產(chǎn)生，它是已知的RANKL唯一受體，主要與RANKL的C端結(jié)合產(chǎn)生信號(hào)，并啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[15]。當(dāng)RANKL與RANK結(jié)合時(shí)，它啟動(dòng)一系列導(dǎo)致破骨細(xì)胞活化和破骨細(xì)胞分化的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。OPG與RANKL具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，它可阻止RANKL和RANK的結(jié)合，從而抑制破骨細(xì)胞的成熟和分化，導(dǎo)致破骨細(xì)胞數(shù)量減少，減少骨吸收，增加骨量[16]。

RANKL屬于Ⅱ型跨膜蛋白，它具有誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化、發(fā)育和發(fā)揮功能的作用。活化的T淋巴細(xì)胞和成骨細(xì)胞都可以表達(dá)RANKL。RANKL在人機(jī)體內(nèi)有游離型和膜結(jié)合型。成骨細(xì)胞在其膜表面表達(dá)RANKL，啟動(dòng)破骨細(xì)胞進(jìn)程，并阻止破骨細(xì)胞凋亡。其活性水平是炎癥疾病骨質(zhì)破壞過(guò)程中十分重要的因素。如果RANKL/OPG的比值降低，結(jié)合的受體和配體較少，可以減少破骨細(xì)胞的分化和促進(jìn)成熟的破骨細(xì)胞凋亡。

OPG屬于分泌型糖蛋白，由401個(gè)氨基酸殘基組成人、大鼠和小鼠OPG蛋白。在骨組織中，成骨細(xì)胞分泌OPG，分泌的OPG具有清除膜結(jié)合可溶性RANKL的作用。OPG有兩種類(lèi)型的受體：RANKL和腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（tumor necrosis factor-related apoptosis-induced ligand，TRAIL），作為RANKL的誘餌受體。而RANKL/OPG比值大小對(duì)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化具有決定性作用。

骨形態(tài)發(fā)生，重建和破壞是一系列病理生理?xiàng)l件下的基本生物學(xué)過(guò)程。主要包括成骨細(xì)胞生成骨基質(zhì)，破骨細(xì)胞（osteoclast，OC）吸收骨基質(zhì)，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，基于重建或是基于破壞主要取決于OC與成骨細(xì)胞之間相互作用的相對(duì)大小。近年研究發(fā)現(xiàn)，OC的主要活化途徑是RANKL/RANK/OPG通路，RANKL屬于腫瘤壞死因子（TNF）配體家族成員。

最新研究發(fā)現(xiàn)，OC的主要激活途徑是RANK/RANKL/OPG途徑。RANK表達(dá)于OC表面，RANKL和RANK結(jié)合活化OC。OPG是誘餌受體，屬于TNF受體家族成員。OPG主要由成骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，也可由成纖維細(xì)胞、主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞及B淋巴細(xì)胞等表達(dá)。OPG與RANKL具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，骨組織微環(huán)境中RANKL和OPG的相對(duì)水平是OC形成和活化的關(guān)鍵，局部RANKL/OPG的大小直接決定是以骨破壞為主還是以骨生成為主。

4 RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)在兒童及成人中耳膽脂瘤中的表達(dá)及意義

自1998年RANKL被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，RANKL與OC分化、成熟和功能之間的關(guān)系一直是研究熱點(diǎn)。大量研究表明RANKL在OC的發(fā)生和分化中起著重要作用。以往研究發(fā)現(xiàn)多種與骨破壞相關(guān)的因子和激素均可通過(guò)調(diào)節(jié)RANKL和OPG的相對(duì)表達(dá)量來(lái)調(diào)節(jié)骨代謝，如維生素D3、IL-1、IL-11和前列腺素E2通過(guò)上調(diào)RANKL的表達(dá)活化OC[17-18]，前列腺素E2通過(guò)下調(diào)OPG的表達(dá)來(lái)活化OC。Hamzei等[19]研究發(fā)現(xiàn)RANKL在患者正常外耳道上皮細(xì)胞表達(dá)較弱，陽(yáng)性細(xì)胞分散于皮下組織。少見(jiàn)耐酒石酸鹽（TRAP）陽(yáng)性的OC、OPG的表達(dá)也呈弱陽(yáng)性;然而，膽脂瘤組織中OC的數(shù)量增加，并且RANKL的表達(dá)顯著增強(qiáng)，OPG的表達(dá)沒(méi)有顯著改變。文獻(xiàn)[20-21]研究發(fā)現(xiàn)OPG和RANKL在膽脂瘤中高表達(dá)，此研究小組檢測(cè)到RANKL主要在細(xì)胞基質(zhì)中表達(dá)，OPG主要在膽脂瘤上皮細(xì)胞中存在。Xia等[22]評(píng)估了RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)中的這三個(gè)細(xì)胞因子，發(fā)現(xiàn)RANK和RANKL在浸潤(rùn)膽脂瘤的淋巴細(xì)胞中過(guò)量表達(dá)，而OPG在正常的皮膚中的表達(dá)明顯低于在膽脂瘤組織中的表達(dá)。Ma等[23]也檢測(cè)到中耳膽脂瘤中RANKL表達(dá)增加，但該研究小組暫沒(méi)有任何統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明膽脂瘤和正常皮膚之間的OPG表達(dá)存在明顯差異。在臨床實(shí)踐中觀察到兒童膽脂瘤型中耳炎與成人相比具有病情發(fā)展迅速、病變范圍廣、侵襲性強(qiáng)、易復(fù)發(fā)的特點(diǎn)[1-3]，其原因尚不清楚。從國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)來(lái)看，個(gè)別學(xué)者從細(xì)胞和分子水平展開(kāi)，對(duì)兒童和成人中耳膽脂瘤進(jìn)行了比較，以解釋這一現(xiàn)象。研究表明：中耳膽脂瘤患兒與成人患者在結(jié)構(gòu)上無(wú)顯著差異[14]，中耳膽脂瘤患兒的炎性反應(yīng)比成人嚴(yán)重，膽脂瘤與周?chē)M織中有更多的炎癥細(xì)胞，其中活化的T淋巴細(xì)胞釋放的RANKL與RANK結(jié)合，OC的激活導(dǎo)致骨吸收，炎癥細(xì)胞也可以通過(guò)分泌多種炎性介質(zhì)來(lái)上調(diào)RANKL或下調(diào)OPG，并激活OC[24]。因此兒童的骨質(zhì)破壞比成人更嚴(yán)重;陳曉華等[25]用免疫組織化學(xué)法檢測(cè)，與成人相比，中耳膽脂瘤患兒RANKL表達(dá)增強(qiáng)。

中耳膽脂瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制是一個(gè)涉及多種因素的復(fù)雜病理生理過(guò)程。許多學(xué)者從分子生物學(xué)的角度研究和討論了各種細(xì)胞因子在成人膽脂瘤上皮細(xì)胞中的表達(dá)和相互作用，表明許多細(xì)胞因子在中耳膽脂瘤的形成和發(fā)展中起作用，并經(jīng)歷了導(dǎo)致細(xì)胞生物學(xué)特性變化的復(fù)雜過(guò)程。這導(dǎo)致膽脂瘤上皮增生，細(xì)胞凋亡，角質(zhì)碎屑積聚和骨破壞的病理特征。然而，從細(xì)胞和分子水平定量比較兒童和成人中耳膽脂瘤的相關(guān)試驗(yàn)研究，并進(jìn)一步分析和解釋中耳膽脂瘤患兒的破壞性和侵襲性原因的實(shí)驗(yàn)研究在國(guó)內(nèi)外均少見(jiàn)。綜上所述，中耳膽脂瘤作為一種慢性炎癥性疾病，其骨質(zhì)破壞機(jī)制可能與IL-1α、RANK-RANKL-OPG系統(tǒng)密切相關(guān)，IL-1α與RANKL-RANK-OPG系統(tǒng)可能存在復(fù)雜的相互作用關(guān)系。進(jìn)一步揭示中耳膽脂瘤生理病理機(jī)制將有助于加深對(duì)膽脂瘤患兒和成人膽脂瘤骨質(zhì)破壞機(jī)制的理解，為兒童與成人中耳膽脂瘤的預(yù)防和治療提供可靠的理論依據(jù)。

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（收稿日期：2018-11-09） （本文編輯：程旭然）