肿瘤坏死因子α在痛风性关节炎发病机制中的作用研究进展
2020-01-09朱克强王晨惠晓艳张芳
朱克强 王晨 惠晓艳 张芳
痛风性关节炎(GA)是过饱和的尿酸盐从血液或滑膜液中析出,形成结晶后沉积于关节滑囊、滑膜、软骨及其他组织中,进而引起白细胞趋化募集并释放多种炎性介质导致局部炎症反应的一种代谢性风湿病[1]。全球范围内GA的发病率呈逐年上升趋势,且发病年龄趋于低龄化[2]。GA反复发作可引起关节破坏畸形,并形成痛风石,部分患者合并发生痛风性肾病。
与其他炎性关节病类似,GA的发病机制涉及大量炎症因子的释放,其中包括肿瘤坏死因子α(TNF-α)[3-4]。TNF-α是相对分子质量为17 000(Mr17K)的非糖基化蛋白,主要由巨噬细胞、单核细胞、自然杀伤细胞、T细胞、B细胞等细胞产生,是一个非螺旋、富含折叠体的多肽,通过与靶细胞上的受体结合启动信号转导通路,从而诱导炎症、激活血管内皮、协调免疫细胞的组织募集并促进组织破坏[5-6]。同时TNF-α又可促进蛋白水解酶和氧自由基的释放,加速炎症进展[7]。研究发现,GA患者的血清中可检测到高水平的TNF-α,TNF-α在GA的发病机制中发挥了重要作用[8]。本文就TNF-α在GA发病机制中的作用研究进展作一综述。
1 TNF-α诱导白细胞介素1(IL-1)活化及炎症的发生
IL-1是体内作用最强的炎症介质之一,参与了许多炎症性疾病的发病过程[9]。IL-1β是IL-1的主要分泌形式,由巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞等免疫细胞产生,不具有生物活性,是IL-1家族中行使生物学功能的主要炎性因子[10]。IL-1β的活化依赖于具有活性的半胱天冬酶-1(caspase-1)水解切割,裂解成IL-1β的活性p17形式,从细胞中分泌出来[11]。在GA的发病机制中,TNF-α可引发中性粒细胞(PMN)响应单钠尿酸盐(MSU)刺激并分泌活性caspase-1,进而促进IL-1的裂解、活化[12],引起血管扩张并导致单核细胞和吞噬细胞的募集,从而参与炎症进程[13]。Tran等[14]研究发现,GA患者血清中可检测到高水平的IL-1β。Amaral等[15]研究发现,实验组小鼠关节腔内注射MSU晶体后,相对于对照组小鼠(关节腔内注射0.9%氯化钠溶液),关节周围组织中检测到的IL-1β蛋白表达量明显升高;当阻断TNF-α后,实验组小鼠关节腔内检测到的IL-1β蛋白表达量明显下降,表明TNF-α与IL-1β的产生相关。Yokose等[12]研究发现,MSU刺激不会诱导人PMN中的pro-IL-1β mRNA表达,而TNF-α具有上述作用,在加入TNF-α的PMN培养环境中,MSU刺激会诱导IL-1β和IL-18分泌水平的显著提高。这些研究结果说明,在GA的发病机制中,TNF-α参与了pro-IL-1β mRNA的表达及IL-1β的产生。
2 TNF-α增强白细胞介素6(IL-6)介导的炎症反应
IL-6是一种多功能细胞因子,不仅能引起炎症急性期反应,还会引发特定细胞和体液免疫应答的发展,包括终末期B细胞分化、免疫球蛋白分泌和T细胞活化,其在GA急性期呈明显高表达[16-17]。Tsai等[18]研究发现,GA患者血浆中IL-6水平显著高于健康人群。Cavalcanti等[19]研究发现,IL-6与痛风石、关节畸形的存在相关,并且可能是GA的疾病预后指标。近期研究发现,内源性TNF-α可增强IL-6的介导,延长核因子κB(NF-κB)抑制蛋白 z(IκBz)共激活因子的合成,并维持IL-6调节区的增强子结合蛋白β(C/EBPβ)募集和组蛋白乙酰化,从而促进活化的人PMN表达IL-6。上述研究结果说明TNF-α参与了IL-6的产生、活化及相关炎症进程[20]。
3 TNF-α激活NF-κB信号通路
NF-κB是细胞内重要的转录因子,对细胞的存活及凋亡有着极其重要的调控作用[21]。在GA的发病机制中,活化的NF-κB能启动和调节众多与炎症免疫反应有关的炎症介质、黏附分子和酶等基因表达,如TNF-α、IL-1β 等[13,22]。NF-κB 的信号转导分为“经典”和“非经典”两种途径,而TNF家族主要参与经典NF-κB信号转导途径的调节。以TNF受体1(TNFR1)的TNF连接引起的 NF-κB抑制蛋白 α(IκBα)的诱导性降解为代表,可溶性肿瘤坏死因子(sTNF)与TNFR1的结合可导致NF-κB的激活,而NF-κB的激活又是TNFR1信号传导中的关键事件,可诱导炎性基因的表达[21,23]。有研究表明,TNF-α和IL-1β的过表达可以直接激活NF-κB通路,而激活的NF-κB通路可进一步刺激促炎细胞因子的产生,引起炎症反应[24]。同时TNF-α可借启动NF-κB转录因子的信号通路和蛋白酶通路,刺激单核巨噬细胞分泌白细胞介素-8(IL-8)、IL-6等炎性因子,进而诱发或加重炎症进程[7]。
4 TNF-α与PMN的相互作用
TNF-α作为一种主要的前炎症因子,亦是重要的炎性趋化因子和激活因子,由单核巨噬细胞分泌,能激活磷脂酶A2并促进花生四烯栓酸分解,同时亦能激活白细胞表面黏附分子,促进血管内皮细胞(VEC)与白细胞之间的黏附,增加PMN和VEC的黏附,进而破坏VEC的完整性。Arokiasamy等[25]在小鼠动物实验研究中发现,在炎症发展过程中,TNF-α释放于组织中既控制PMN在通过淋巴管内皮时的迁移,又控制其在管腔的爬行。而PMN具有合成和释放TNF-α作用,由此形成恶性循环,加重组织损伤和炎性反应[26-27]。Amaral等[15]在GA动物模型实验中发现TNF-α对PMN的募集、浸润及CXC型趋化因子配体1(CXCL1)的产生有着不可替代的作用。经基因敲除后体内缺乏TNF-α的小鼠,在关节腔内注射MSU晶体后,很少有PMN募集到关节腔,且在关节腔内PMN募集减少的同时关节中CXCL1水平也降低。CXCL1是与PMN相关的主要趋化因子,具有促进PMN在关节周围组织中的募集的作用。
5 TNF-α与骨侵蚀
GA进入慢性期,以痛风石形成、骨破坏为病理特征。骨破坏的机制与成骨细胞/破骨细胞功能失衡有关。NF-κB受体活化因子配体(RANKL)在GA的骨破坏发病机制中发挥了重要的作用[28]。RANKL是一种可溶性细胞因子,可由成骨细胞、骨基质细胞、滑膜纤维母细胞以及活性T细胞等产生[29]。其受体RANK主要表达于破骨细胞前体以及破骨细胞上,与RANKL结合后激活下游的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、NF-κB等信号通路,是破骨细胞分化、成熟和存活的核心信号通路。Lee等[30]证实MSU晶体可激活外周T细胞,产生RANKL,是痛风石中RANKL的重要来源;当关节液中缺乏T细胞时,即使存在巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和RANKL的诱导,滑膜单核细胞却无法分化为破骨细胞。Weitzmann[31]亦论述了在炎症等病理条件下,活化的T细胞和B细胞可分泌大量的RANKL,从而促进破骨细胞生成,破坏基础骨稳态并导致骨质流失。上述研究说明,在GA的骨破坏病程中,T细胞是诱导破骨细胞分化不可或缺的细胞[32]。而TNF-α参与了T细胞的激活。Mehta等[33]研究发现,在T细胞受体(TCR)与配体结合诱导信号进入细胞膜,继而引发TCR识别抗原过程的早期阶段,TNF-α能够增强CD4+T和CD8+T细胞的TCR依赖性激活,提高T细胞的增殖水平和相关细胞因子的表达,因此TNF-α可以作为T细胞的共刺激分子,参与RANKL促破骨细胞分化。TNF-α与RANKL联合可显著刺激破骨细胞的分化并且正向调节破骨细胞的mRNA标志物的表达[34],同时TNF-α和RANKL又可抑制成骨细胞增殖[35]。Feng等[36]认为,TNF-α可协同IL-1、IL-6在体外诱导和加速RANKL信号传导,诱导破骨细胞的分化形成。体外研究发现,人体的滑膜细胞和表皮成纤维细胞在受到TNF-α刺激后可分泌产生胶原和地诺前列酮,可抑制骨形成、诱导骨吸收,同时亦抑制软骨移植物内的生物合成并促进蛋白多糖的吸收[37]。上述研究结果说明,TNF-α参与了GA慢性期的骨质破坏,在众多骨破坏的环节中发挥了不可替代的作用。
6 小结
GA发病机制的特点在于多种炎性细胞或因子的共同参与,TNF-α作为一种重要的免疫调节和前炎性因子,通过参与IL-1活化、增强IL-6介导的炎症反应、激活NF-κB炎症信号通路、与PMN相互作用等众多环节,诱发或加重GA的病理过程,并参与GA慢性期骨质破坏的发生。已有多项临床案例报道应用TNF-α拮抗剂治疗急性GA或难治性GA并取得了良好的临床疗效,间接验证了TNF-α在GA发病机制中的不可或缺的作用[38-40]。因而进一步明确TNF-α在GA中的致病作用有助于深入了解GA的发病机制,推进临床开展GA精确诊治,有利于促进抑制GA发作及相关抗炎新药的研发和临床应用。