氧化应激在强直性脊柱炎发病机制中的作用

崔艳铭，崔 阳

强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)是脊柱关节炎(spondyloarthritis, SpA)中最常见和最严重的一种类型[1]，是一种慢性进行性炎性反应性的全身性疾病，病变主要累及中轴关节、脊柱和骶髂关节，严重时可导致脊柱和关节强直从而致残，致残率可达3%～50%[2]，同时亦可累及外周关节及引起关节外表现，如葡萄膜炎、虹膜炎、心脏传导系统异常、肾功能异常、间质性肺病、感觉异常等。该病起病隐匿且进展缓慢，以青年男性发病为主，发病高峰期多在20～30岁之间，发病率达0.2%～6%[3]。AS关节病变最初表现为急性或者亚急性炎性反应，进而出现炎性骨破坏，导致骨缺损，随着炎性反应逐渐缓解或消退，演变成脂肪沉积、纤维化等慢性炎性反应修复骨缺损病灶，最终通过软骨内成骨的方式形成病理性骨化[4]。

就目前研究来说，AS发病与遗传、免疫紊乱、炎性反应等因素相关，但其具体的发病机制尚不明确。近年来，氧化应激(oxidative stress, OS)在强直性脊柱炎中的研究得到越来越多关注，不少研究表明AS患者存在氧化应激稳态失衡，本文对氧化应激与强直性脊柱炎的关系及抗氧化治疗进行综述。

1 氧化应激概述

OS是指机体在受到感染、紫外线照射、吸烟等有害刺激后，体内中性粒细胞炎性浸润，细胞内产生大量的氧化活性物质，如活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species, RNS)，导致氧化/抗氧化系统失衡，从而造成组织和细胞损伤。其中，ROS包括超氧阴离子(·O2-)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(·OH-)等；RNS包括一氧化氮(NO)、二氧化碳(CO2)、过氧亚硝酸盐(·ONOO-)等[5-6]。正常生理状态下，机体可以通过线粒体氧化呼吸链产生ROS[7]，而机体内的抗氧化应激防御系统可有效清除产生的氧化活性物质，使机体免受损伤。一旦氧化活性物质产生过多而超过机体自我清除能力，或抗氧化系统功能受损，机体则出现氧化应激状态。

正常机体内存在清除这些氧化活性物质的抗氧化应激防御系统，包括酶抗氧化系统和非酶抗氧化系统。酶氧化系统主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和一氧化氮合酶(NOS)等；非酶抗氧化系统主要包括维生素C、维生素E、谷胱甘肽、泛醌等。当氧化/抗氧化系统处于平衡状态时，可以抑制氧化活性物质对机体产生的损伤；而氧化活性物质产生过多，超出抗氧化物质的清除能力时，会出现氧化应激稳态失衡，进而导致DNA、脂质、蛋白质等直接或间接的氧化和损伤[8]，影响细胞的分化、生长、增殖，最终造成组织和器官的损伤。

2 氧化应激与强直性脊柱炎

正常情况下机体产生的ROS和RNS可以被机体抗氧化系统清除，一旦出现氧化应激，可导致某些疾病，如高血压、糖尿病、系统性红斑狼疮、系统性硬化、白塞病等[8-12]。有研究发现，慢性炎性反应性关节疾病如类风湿关节炎、强直性脊柱炎，存在着氧化应激反应，疾病非活动期仅表现为氧化物质与抗氧化物质的比值改变但不会导致氧化损伤，而疾病活动期则表现为强烈的氧化应激，氧化损伤的生物标记物明显增加[13]。AS疾病早期主要表现为炎性骨破坏，随着疾病发展，炎性骨破坏和新骨形成可同时出现，说明炎性反应在AS中具有关键致病作用[14]；而氧化应激与炎性反应之间有着密切的关系，炎性细胞活化后可产生如TNF-α、IL-1β、INF-γ等多种细胞因子，继而激活NADPH氧化酶途径，产生大量氧化活性物质[15]。

不少研究表明，AS患者体内氧化应激稳态被打破。Yazici[16]将41例确诊AS的患者根据CRP和ESR的水平分成活动组和稳定组，同时由30名健康者组成对照组，结果发现AS患者的MPO、AOPP均比对照组显著升高，且AOPP与CRP、ESR、BASDAI呈正相关。Ozgocmen等[17]对AS患者的血清抗氧化和氧自由基状态进行调查，选取30例未予DMARD治疗的患者(处于活动期和稳定期各15例)，16例健康者作为对照组，发现活动期患者的过氧化氢酶和丙二醛含量明显高于对照组，表明活动期的AS患者发生氧化应激和脂质过氧化反应加速，血清过氧化氢酶活性可能与疾病活动密切相关。Karakoc等[18]的研究纳入50例平均BASDAI 4.6分的AS患者和26例健康人，发现AS患者的总氧化状态及氧化应激指数较健康组高，而抗氧化状态则比健康组低。Karkucak等[19]比较23例使用TNF-α抑制剂和24例使用NSAID AS患者的研究发现，使用TNF-α抑制剂的患者总氧化水平最低。刘磊等[20]研究发现，AS患者的疾病活动状态可不同程度导致其SOD水平降低，控制患者疾病活动，提高机体SOD水平，可缓解AS患者临床症状。Dong等[21]发现，AS小鼠的MDA水平比健康小鼠高，而SOD、CAT、GSH-PX水平则比健康小鼠低。上述研究均提示AS发病机制中氧化应激起着重要作用，其氧化产物与疾病活动程度有一定相关性。

强直性脊柱炎患者可通过体内多种途径启动氧化应激。AS尤其是活动期的AS患者滑囊液中的中心粒细胞明显活化，从而产生ROS，同时释放如胶原酶、MPO、弹性蛋白酶等酶，这些酶可以催化H2O2和Cl-生成毒性更大的HOC和OCl-，引起氧化应激，导致组织损伤。肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)是AS发病的关键促炎性因子，它主要由活化的巨噬细胞产生，无论是AS患者的血清、滑膜，还是骶髂关节，都发现TNF-α升高[21]。TNF-α在氧化应激中也起重要作用。在急性损伤的小鼠模型中可检测到骨髓间充质干细胞TNF-α明显升高，而TNF-α可通过激活NF-κB通路使microRNA-705表达增加，抑制FoxO转录后调控，继而抑制SOD而积累ROS、CAT，而累积的ROS进一步激活NF-κB通路[22]，促进细胞凋亡相关基因转录，诱导细胞凋亡。此外，TNF-α也可通过激活NADPH氧化酶途径产生ROS。李建民等[23]用免疫组化方法检测到处于活动期的AS患者骶髂关节滑膜组织的BMP2表达明显，而正常的骶髂关节滑膜组织则不表达BMP2。在接受BMP2的小鼠局部软组织中可以发现大量炎性细胞浸润，进一步发现在小鼠NIH3T3细胞、内皮细胞、前成骨细胞中，BMP2可以诱导ROS的产生[24]。Sorescu等[25]研究表明BMP信号可通过旁分泌信号促进内皮细胞生成ROS。

上述研究均说明，OS与AS的发生发展有密切联系。FoxOs作为氧化应激的重要调节者，可通过调节抗氧化酶的转录以及参与细胞周期、DNA修复和寿命基因介导OS的应答，而其中FoxO3a在骨细胞中表达显著[26]。同时FoxO3a可以调节成骨细胞，对于维持骨代谢至关重要。如果软骨缺少Fox蛋白的表达，小鼠会出现明显的生长板异常，导致骨骼畸形[27]，并且成骨细胞分化标志物ALP和Osterix水平降低[26]。Ambrogini等[26]敲除FoxO1、FoxO3、FoxO4基因后,将减少谷胱甘肽等抗氧剂的表达,从而引起氧化应激，引起成骨细胞数目减少,并在基因敲除5周后出现了成骨细胞凋亡,然而当FoxO3过表达时,则出现成骨细胞数目增多和骨量增加。然而，目前FoxO3a在强直性脊柱炎中的作用尚无相关研究，在未来可进一步研究FoxO3a介导的氧化应激与AS发病机制的关系。

3 强直性脊柱炎抗氧化治疗

目前用于AS的治疗药物主要是NSAID和TNF-α拮抗剂，这两种药物在改善症状方面作用明显，于延缓甚至抑制病理性骨化的发生仍缺乏相关证据支持[28-31]。研究发现AS与氧化应激有一定关系，但抗氧化应激治疗尚未应用于AS的治疗，无论国内还是国外，抗氧化应激治疗AS的研究相对其他药物治疗研究滞后。然而，齐亚军等[31]研究发现，主要由黄芪、薏苡仁、雷公藤、蜈蚣等药物合成的新风胶囊治疗强直性脊柱炎有一定疗效，且检测到患者的氧化指标活性氧自由基水平降低，而抗氧化指标超氧化物歧化酶升高。在强直性脊柱炎的小鼠模型中，柚皮苷具有抑制炎性反应和氧化应激的作用[32]。野菊花提取物具有抗氧化作用，将其用于治疗AS的小鼠，发现小鼠的丙二醛水平下降，而超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶水平上升[21]。关于治疗AS，减少甚至阻止骨赘形成，抗氧化应激药物的研究将是未来一个新的研究方向。

4 总结

综上所述，AS患者机体内存在氧化应激稳态失衡。随着国内外专家对AS发病机制的深入研究，发现有多种因素导致AS发病，而且各种因素互相促进，互相制约，但具体的关系仍不清晰，而氧化应激也许在AS发生发展中起着重要作用。因此，进一步研究AS患者体内氧化应激指标变化、氧化应激通路与AS病理性骨化通路的关联以及AS的抗氧化治疗，将为AS的发病机制研究带来新思路，同时为临床治疗带来更多的选择。