IL-1α和RANK-RANKL-OPG系统在儿童及成人中耳胆脂瘤中的表达

汤苏苏 刘谦虚

【摘要】 中耳胆脂瘤是由上皮下结缔组织中的角质化鳞状上皮和角质碎片在鼓室或乳突形成的团状物，伴或者不伴有周围炎症反应，这是中耳的囊性结构性疾病。随着生物科学技术发展，众多学者的研究结果显示胆脂瘤的发生发展由多种细胞因子参与，并通过分子生物学研究揭示中耳胆脂瘤的形成，它可以为临床疾病治疗以及干预其病理形成过程提供理论基础。人类中耳胆脂瘤明显特征为骨质破坏，白细胞介素-1α（interleukin-1α，IL-1α）和核因子κB受体活化因子（receptor activator of nuclear factor-κB，RANK）、核因子κB受體活化因子配体（receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL）、骨保护素（osteoprotegerin，OPG）在胆脂瘤对骨质的破坏中有着重要作用。本文总结了IL-1α和RANK-RANKL-OPG系统在儿童和成人中耳胆脂瘤发生中的作用。

【关键词】 中耳胆脂瘤; 白细胞介素-1α; 骨保护素; 核因子κB受体活化因子; 核因子κB受体活化因子配体

【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

研究发现，小儿胆脂瘤比成人胆脂瘤更具攻击性，骨质破坏更严重，病变范围广，复发率高于成人[1-3]。目前胆脂瘤患者的治疗方法主要是通过手术治疗，暂没有标准的治疗方法可用于治愈或防止胆脂瘤复发[4]。其临床症状包括耳流脓，听力下降，头晕，眩晕，面神经麻痹，甚至颅内和颅外并发症。颞骨胆脂瘤有先天性和后天性胆脂瘤两种类型，先天性胆脂瘤胚胎外胚层组织留在或丢失在颅骨。获得性胆脂瘤形成的具体机制不明确，主要四种学说为袋状内陷学说、上皮移行学说、鳞状上皮化生学说和基底细胞增殖学说。胆脂瘤的骨质破坏机制主要由两大理论描述，即“机械压力理论”和“生化理论”[5]。机械压力理论认为，随着胆脂瘤组织中角蛋白碎片体积的增加，形成连续的积聚压力，影响局部血液供应并刺激破骨细胞活性增加，导致骨坏死。但是病理生理学检查的结果并不支持上述观点，阐述主要由于局部自我调节能力降低而导致细胞自然凋亡，细胞坏死性凋亡，或细胞自噬[6-7]。生化理论表明，胆脂瘤组织中存在大量的酶和炎症介质，它们在骨质破坏中起重要作用。细胞外基质与胆脂瘤本身就相互作用，导致产生大量蛋白水解酶和炎症介质，细胞外基质与颞骨及听小骨紧密相贴，并导致骨质吸收破坏。近年来，国内外学者对“生化理论”进行了大量研究，并提出了许多相关理论：细胞因子涉及的骨质破坏、破骨细胞的骨溶解以及酶类介导的骨吸收等，这些理论彼此相关，骨基质和骨蛋白的溶解，最终导致骨吸收。随着分子生物学技术的发展，更多研究学者开始关注细胞因子在胆脂瘤中的作用。研究表明细胞因子与胆脂瘤型中耳炎的骨质破坏吸收有着直接或间接的联系。一些学者发现儿童与成人胆脂瘤的发生、发展与白细胞介素-1α（interleukin-1α，IL-1α）和核因子κB受体活化因子（receptor activator of NF-κB，RANK）、核因子κB受体活化因子配体（receptor activator nuclear factor-κB ligand，RANKL）、骨保护素（osteoprotegerin，OPG）有关。为了探讨它们在儿童和成人胆脂瘤中的作用，重要的是进一步阐述胆脂瘤的发病机制及其预防和治疗。

1 IL-1α的生物学特征

IL是一类具有重要的调节作用而统一命名的细胞因子，是淋巴因子家族中的成员，由巨噬细胞、淋巴细胞等产生，它可以刺激参与免疫反应的T、B淋巴细胞和其他细胞增殖、分化和改善其功能。IL是一个大家族，于1972年被发现，IL的数量每年都在增加。以阿拉伯数字排列命名如IL-1、IL-2、IL-3。最新研究表明，IL不仅可以介导白细胞之间的相互作用，还可以参与其他细胞的调控。

它们相互作用，从而形成一个复杂而开放的细胞因子调节网络。IL-1与炎症密切相关，可以通过各种细胞产生，如成纤维细胞、树突细胞、上皮细胞和单核巨噬细胞。主要功能包括免疫调节、介导炎症反应、影响组织代谢等，其在上皮增殖及胆脂瘤骨质吸收破坏中的作用引起人们的关注。IL-1以两种不同的形式存在，IL-1α和IL-1β，它们由不同的基因编码，尽管只有四分之一的氨基酸序列同源性，然而它们与相同的受体结合并因此具有相似的生物学活性，但IL-1α在胆脂瘤中比IL-1β表达更强烈。因此，IL-1α被认为与胆脂瘤的形成密切相关。在IL-1的两种形式中，IL-1α主要诱导未分化的成骨细胞，IL-1β具有破骨细胞活化因子活性。两者与破骨细胞共同参与胶原蛋白降解和骨吸收。IL-1α和IL-1β出现在炎症反应和免疫应答的早期阶段，并且被认为是导致慢性炎症反应和免疫应答的重要病理因素。两者均与炎症过程密切相关，其在胆脂上皮细胞的增殖和骨破坏中起重要作用[8]。

2 IL-1α在儿童及成人中耳胆脂瘤中的表达及意义

各学者对IL-1α和IL-1β在胆脂瘤破坏机制中的作用持各不同的观点，国外学者Kakiuchi等[9]发现IL-1α和IL-1β主要在基底细胞中表达，IL-1α在胆脂瘤上皮中的表达显著高于IL-1β，并且认为由刺激活化的胆脂瘤上皮主要产生IL-1α。

学者Schilling等[10]也认为IL-1α与中耳胆脂瘤具有更密切关系。而Kim等[11]使用PCR检测外耳道皮肤、胆脂瘤上皮、肉芽组织中IL-1α和IL-1β的表达，发现前者在肉芽组织中表达高，后者在胆脂瘤组中表达高。总结各学者观点，胆脂瘤上皮细胞主要表达IL-1α。目前关于IL-1α介导的胆脂瘤骨破坏和骨吸收研究如下：

（1）Mundy[12]发现胆脂瘤上皮可以通过细胞因子如IL-1α旁分泌或自分泌方式诱导胆脂瘤上皮和皮下肉芽组织的炎症细胞分泌胶原酶，从而导致骨质破坏，IL-1α也可激活破骨细胞参与骨吸收。（2）研究表明，IL-1α间接促进成熟破骨细胞的活化，其首先作用于成骨细胞，成骨细胞产生某些细胞因子以激活成熟的破骨细胞，细胞分泌集落刺激因子、IL-6等促使破骨细胞前体细胞分化成熟。IL-1α间接作用于破骨细胞，并通过上述两个环节促进骨吸收。通过IL-1α的作用，活化的破骨细胞主要通过以下途径参与骨吸收：①分泌酸以降解骨骼中的钙、盐等物质;②吸收骨基质，包括有机物质和无机物质，并在细胞内消化;③分泌胶原酶等多种水解酶。胆脂瘤增殖与IL-1α作用也密切相关，Bujia[13]发现胆脂上皮的所有层中的细胞具有增值的核抗原表达，正常的外耳道基底层中仅有少量表达，这阐述了胆脂瘤上皮细胞具有潜在的增殖能力。因此，进一步说明IL-1α在胆脂瘤的表达和其骨质破坏和增殖能力中起重要作用。这些特点与包括IL-1α在内的更多细胞因子如IL-8、TNF、TGF等有着密切的关系，因此需全面、综合地对细胞因子及其之间的相互作用进行研究。为了进一步揭示胆脂瘤病理学的分子机制，干预其作用过程为将来临床治疗提供更多的可能性。查阅国内外资料，个别学者从细胞和分子水平将儿童与成人中耳胆脂瘤进行比较，对儿童胆脂瘤较成人更具侵袭性，骨质破坏更严重这一现象进行解释。根据国内外数据，个别学者在细胞和分子水平上比较儿童和成人中耳胆脂瘤，并阐述胆脂瘤患者中，儿童患者胆脂瘤骨质破坏更严重，更具攻击性。研究表明：儿童和成人中耳胆脂瘤患者的结构无显著差异[14]。关于儿童中耳胆脂瘤IL-1α表达的文献很少，需要进一步的实验研究和讨论。

3 RANK-RANKL-OPG系统的生物学特征

RANK由成骨细胞及活性T细胞分泌产生，它是已知的RANKL唯一受体，主要与RANKL的C端结合产生信号，并启动信号转导途径[15]。当RANKL与RANK结合时，它启动一系列导致破骨细胞活化和破骨细胞分化的信号传导途径。OPG与RANKL具有竞争关系，它可阻止RANKL和RANK的結合，从而抑制破骨细胞的成熟和分化，导致破骨细胞数量减少，减少骨吸收，增加骨量[16]。

RANKL属于Ⅱ型跨膜蛋白，它具有诱导破骨细胞分化、发育和发挥功能的作用。活化的T淋巴细胞和成骨细胞都可以表达RANKL。RANKL在人机体内有游离型和膜结合型。成骨细胞在其膜表面表达RANKL，启动破骨细胞进程，并阻止破骨细胞凋亡。其活性水平是炎症疾病骨质破坏过程中十分重要的因素。如果RANKL/OPG的比值降低，结合的受体和配体较少，可以减少破骨细胞的分化和促进成熟的破骨细胞凋亡。

OPG属于分泌型糖蛋白，由401个氨基酸残基组成人、大鼠和小鼠OPG蛋白。在骨组织中，成骨细胞分泌OPG，分泌的OPG具有清除膜结合可溶性RANKL的作用。OPG有两种类型的受体：RANKL和肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosis factor-related apoptosis-induced ligand，TRAIL），作为RANKL的诱饵受体。而RANKL/OPG比值大小对诱导破骨细胞分化具有决定性作用。

骨形态发生，重建和破坏是一系列病理生理条件下的基本生物学过程。主要包括成骨细胞生成骨基质，破骨细胞（osteoclast，OC）吸收骨基质，这是一个动态平衡过程，基于重建或是基于破坏主要取决于OC与成骨细胞之间相互作用的相对大小。近年研究发现，OC的主要活化途径是RANKL/RANK/OPG通路，RANKL属于肿瘤坏死因子（TNF）配体家族成员。

最新研究發现，OC的主要激活途径是RANK/RANKL/OPG途径。RANK表达于OC表面，RANKL和RANK结合活化OC。OPG是诱饵受体，属于TNF受体家族成员。OPG主要由成骨细胞和骨髓基质细胞表达，也可由成纤维细胞、主动脉平滑肌细胞、单核细胞、树突状细胞及B淋巴细胞等表达。OPG与RANKL具有竞争关系，骨组织微环境中RANKL和OPG的相对水平是OC形成和活化的关键，局部RANKL/OPG的大小直接决定是以骨破坏为主还是以骨生成为主。

4 RANK-RANKL-OPG系统在儿童及成人中耳胆脂瘤中的表达及意义

自1998年RANKL被发现以来，RANKL与OC分化、成熟和功能之间的关系一直是研究热点。大量研究表明RANKL在OC的发生和分化中起着重要作用。以往研究发现多种与骨破坏相关的因子和激素均可通过调节RANKL和OPG的相对表达量来调节骨代谢，如维生素D3、IL-1、IL-11和前列腺素E2通过上调RANKL的表达活化OC[17-18]，前列腺素E2通过下调OPG的表达来活化OC。Hamzei等[19]研究发现RANKL在患者正常外耳道上皮细胞表达较弱，阳性细胞分散于皮下组织。少见耐酒石酸盐（TRAP）阳性的OC、OPG的表达也呈弱阳性;然而，胆脂瘤组织中OC的数量增加，并且RANKL的表达显著增强，OPG的表达没有显著改变。文献[20-21]研究发现OPG和RANKL在胆脂瘤中高表达，此研究小组检测到RANKL主要在细胞基质中表达，OPG主要在胆脂瘤上皮细胞中存在。Xia等[22]评估了RANK-RANKL-OPG系统中的这三个细胞因子，发现RANK和RANKL在浸润胆脂瘤的淋巴细胞中过量表达，而OPG在正常的皮肤中的表达明显低于在胆脂瘤组织中的表达。Ma等[23]也检测到中耳胆脂瘤中RANKL表达增加，但该研究小组暂没有任何统计数据说明胆脂瘤和正常皮肤之间的OPG表达存在明显差异。在临床实践中观察到儿童胆脂瘤型中耳炎与成人相比具有病情发展迅速、病变范围广、侵袭性强、易复发的特点[1-3]，其原因尚不清楚。从国内外数据来看，个别学者从细胞和分子水平展开，对儿童和成人中耳胆脂瘤进行了比较，以解释这一现象。研究表明：中耳胆脂瘤患儿与成人患者在结构上无显著差异[14]，中耳胆脂瘤患儿的炎性反应比成人严重，胆脂瘤与周围组织中有更多的炎症细胞，其中活化的T淋巴细胞释放的RANKL与RANK结合，OC的激活导致骨吸收，炎症细胞也可以通过分泌多种炎性介质来上调RANKL或下调OPG，并激活OC[24]。因此儿童的骨质破坏比成人更严重;陈晓华等[25]用免疫组织化学法检测，与成人相比，中耳胆脂瘤患儿RANKL表达增强。

中耳胆脂瘤的发生发展机制是一个涉及多种因素的复杂病理生理过程。许多学者从分子生物学的角度研究和讨论了各种细胞因子在成人胆脂瘤上皮细胞中的表达和相互作用，表明许多细胞因子在中耳胆脂瘤的形成和发展中起作用，并经历了导致细胞生物学特性变化的复杂过程。这导致胆脂瘤上皮增生，细胞凋亡，角质碎屑积聚和骨破坏的病理特征。然而，从细胞和分子水平定量比较儿童和成人中耳胆脂瘤的相关试验研究，并进一步分析和解释中耳胆脂瘤患儿的破坏性和侵袭性原因的实验研究在国内外均少见。综上所述，中耳胆脂瘤作为一种慢性炎症性疾病，其骨质破坏机制可能与IL-1α、RANK-RANKL-OPG系统密切相关，IL-1α与RANKL-RANK-OPG系统可能存在复杂的相互作用关系。进一步揭示中耳胆脂瘤生理病理机制将有助于加深对胆脂瘤患儿和成人胆脂瘤骨质破坏机制的理解，为儿童与成人中耳胆脂瘤的预防和治疗提供可靠的理论依据。

参考文献

[1]Nevoux J，Lenoir M，Roger G，et al.Childhood cholesteatoma[J].Eur Ann Otorhinolaryngol Head Neck Dis，2010，127（4）：143-150.

[2]Lynrah Z A，Bakshi J，Panda N K，et al.Aggressiveness of pediatric cholesteatoma.Do we have an evidence？[J].Indian J Otolaryngol Head Neck Surg，2013，65（3）：264-268.

[3]Soysa N S，Alles N，Takahashi M，et al.Defective nuclear factor-κB-inducing kinase in aly/aly mice prevents bone resorption induced by local injection of lipopolysaceharide[J].J Periodont Res，2011，46（2）：280-284.

[4]Welkoborsky H J.Current concepts of the pathogenesis of acquired middle ear cholesteatoma[J].Laryngorhinootologie，2011，90（1）：38-48.

[5]Banerjee A R，James R，Namla A A，et al.Matrix metalloproteinase-1 in cholesteatoma middle ear granulations and deep meatal skin：a comparative analysis[J].Clin Otolaryngol Allied Sci，1998，23（6）：515-519.

[6]Chaabane W，User S D，El-Gazzah M，et al.Autophagy，apoptosis，mitoptosis and necrosis-interdependence betweenthose pathways and effects on cancer[J].Arch Immunol Ther Exp，2013，61（1）：43-58.

[7]Jain M V，Paczulla A M，Dimgba F N，et al.Interconnections between apoptotic，autophagic and necrotic pathways：implications for cancer therapy development[J].J Cell Mol Med，2013，17（1）：12-29.

[8]Lozovaya N，Miller A D.Chemical neuroimmunology：health in a nutshell bidirectional Communication between immune and stress（limbic-hypothalamic-pituitary-adrenal） systems[J].Chembiochemistry，2003，4（6）：466-484.

[9]Kakiuchi H，Kinoshita K，Katoh Y，et al.Interleukin-1 of cholesteatomatous keratinocytes[J].Ann Otol Rhinol Laryngol，1992，157：32-38.

[10] Schilling V，Negri B，Bujia J，et al.Possible role of interleukinl alpha and interleukin 1 beta in the pathogenesis of choleste.atoma of the middle ear[J].Am Jotolaryngol，1992，13（4）：350-355.

[11] Kim C S，Lee C H，ChUng J W，et al.Inte rleukin-1 alpha interleukin-1 beta and interleukin-8 gene expression in human aural cholesteatomas[J].Acta Otolaryngo，1996，116（2）：302-306.

[12] Mundy G R.Role of cytokines in bone resorption[J].Cell Biochem，1993，53（4）：296-300.

[13] Bujia J.Interleukin-1（IL-1）and IL-1-receptor antagonist（IL-1-RA） in middle ear cholesteatoma：a analysis of protein production and biological activity[J].Eur Arch Otorhino laryngol，1996，253（4-5）：252-255.

[14] Alves A L，Pereira C S，Ribeiro Fde A，et al.Analysis of histopathological aspects in acquired middle ear cholesteatoma[J].Braz J Otorhinolaryngol，2008，74（6）：835-841.

[15] Wright H L，Mccarthy H S，Middleton J，et al.RANK，RANKL and osteoprotegerin in bone biology and disease[J].Curr Rev Musculoskelet Med，2009，2（1）：56-64.

[16] Nakamura M，Udagawa N，Matsuura S，et al.Osteoprotegerin regulates bone formation through a coupling mechanism with bone resorption[J].Endocrinology，2003，144（12）：5441-5449.

[17] Hofbauer L C，Dunstan C R，Spelsberg T C，et al.Osteoprotegerin production by human osteo-blast lineage cells is stimulated by vitamin D，bone morphogenetic protein-2，and cytokines[J].Biochem Biophys Res Commun，1998，250（3）：776-781.

[18] Choi B K，Moon S Y，Cha J H，et al.Prostaglan-din E2 is a main mediator in receptor activator of nuclear factor-κB ligand-dependent osteoclasto-genesis induced by Porphyromonas gingivalis，Trepo-nema denticola，and Treponema socranskii[J].J Perio-dontol，2005，76（5）：813-820.

[19] Hamzei M，Ventriglia G，Hagnia M，et al.Osteoclast stimulating and differentiating factors in human cholesteatoma[J].Laryngoscope，2003，113（3）：436-442.

[20] Kuczkowski J，Kobierska-Gulida G，Lzycka-Swieszewska E，et al.Molecular control of bone resorption in chronic otitis media with cholesteatoma[J].Otolaryngol Pol，2010，64（4）：219-224.

[21] Kuczkowski J，Sakowicz-Birkiewicz M，Lzycka-Swieszewska E.Expression of the receptor activator for nuclear factor-κB ligand and osteoprotegerin in chronic otitis media[J].Am J Otolaryngol，2010，31（6）：404-409.

[22] Xia M，Ding S，Zhang H，et al.Expression and significance of nuclear factor-κB ligand and correlation factor in the tissue of otitis media with cholesteatoma[J].Lin Chung Er Bi Yan Hou Tou Jing Wai Ke Za Zhi，2007，21（7）：315-317.

[23] Ma Y，Ye S.The expression of receptor activator nuclear factor-κB ligand and osteoprotegerin in cholesteatoma[J].Lin Chuang Er Bi Yan Hou Tou Jing Wai Ke Za Zhi，2008，22（7）：293-295.

[24] Kimachi K，Kajiya H，Nakayama S，et al.Zoledronic acid inhibits RANK expression and migration of osteoclast precursors during osteoclasto genesis[J].Naunyn Schmied Arch Pharmacol，2011，383（3）：297-308.

[25]陳晓华，秦兆冰.破骨细胞分化因子及其相关因子在儿童中耳胆脂瘤骨质破坏中的作用[J].实用儿科临床杂志，2011，26（11）：844-846.

（收稿日期：2018-11-09） （本文编辑：程旭然）