骨硬化蛋白与类风湿关节炎相关性的研究进展

韩燕英，王友莲

(江西省人民医院风湿免疫科，南昌 330006)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种以慢性多关节炎性反应为主的系统性自身免疫性疾病，其病理特征为滑膜炎性反应和增生、血管翳形成，进而造成软骨及骨质破坏，最终引起关节畸形和功能障碍。Wnt信号通路在RA成纤维样滑膜细胞异常激活和增殖、成骨细胞/破骨细胞平衡失调、软骨破坏和骨钙流失中发挥着重要的调控作用[1]。近年，Wnt信号通路的负调控因子—骨硬化蛋白在RA中的作用越来越受关注。有研究[2]显示骨硬化蛋白可抑制骨形成和促进骨吸收，参与RA骨量丢失、骨质破坏的过程，影响RA的疾病进展。骨硬化蛋白抗体(sclerostin antibody，Scl-Ab)有促进成骨的作用，临床前期研究[3-4]显示Scl-Ab对改善骨质疏松症患者的骨密度与骨转换有着良好的效果。因此，骨硬化蛋白可能是RA治疗的新靶点。笔者在介绍骨硬化蛋白的概念、表达调控、功能的基础上，就其与类风湿关节炎关系的研究进展作一综述，以期为类风湿关节炎的研究提供参考。

1 骨硬化蛋白及其表达调控

1.1 骨硬化蛋白的概述

EIVODA等[5]首次在成年人骨细胞中检测到骨硬化蛋白。骨硬化蛋白曾被认为是骨细胞的特异性蛋白，后来发现在非骨细胞中也有表达，包括人类青春期生长板中矿化的肥大软骨细胞、健康成年人牙根中的牙骨质细胞。研究证实骨硬化蛋白在软骨、肾、心脏、肝脏、睾丸、幽门括约肌、颈动脉、小脑、部分的附睾和输精管等多种组织中均有表达[6]。骨硬化蛋白是一种主要由骨细胞分泌的糖蛋白，其编码基因SOST位于人类染色体17q12～q21上，含有1个内含子和2个外显子，其中2个外显子共同编码213个氨基酸蛋白质，其含有DAN家族特征的“半胱氨酸结构域”[7-8]。

1.2 骨硬化蛋白的表达调控

骨硬化蛋白的表达受表观遗传机制的调控，转录因子如Osterix、Runx2、肌细胞增强因子(myocyte enhancer factor 2c，Mef2)和调控元件如邻近启动子上游的的含E-boxes、C/EBP和Runx2结合位点的SOST基因转录必需元件、含Smad2/3和Mef2结合位点的骨特异增强子元件ECR5均可调控SOST基因表达[9]。例如，转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)通过激活转录因子Smad与ECR5的结合来调节SOST基因的表达；肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可通过上调Mef2转录因子刺激骨硬化蛋白的表达[10]；甲状旁腺激素通过cAMP/PKA信号途径和Mef2抑制SOST增强子的转录活性，抑制SOST基因表达，骨硬化蛋白近端启动子(骨硬化蛋白基因上游约1.4 kb)的表观遗传修饰如DNA甲基化，也可抑制骨细胞骨硬化蛋白的表达[7]；过量的糖皮质激素和1,25-二羟维生素D3均可使骨硬化蛋白的表达增加[11]，而雄激素、雌激素、缺氧条件及机械负荷均可抑制骨硬化蛋白表达[5,9]。

2 骨硬化蛋白在骨代谢中的调节作用

骨硬化蛋白主要通过Wnt信号通路在RA中发挥抑制骨形成和刺激骨吸收的作用。经典的Wnt/β-catenin信号传导途径是Wnt配体通过与低密度脂蛋白相关蛋白(low density lipoprotein receptor related protein，LRP)-5和6受体和卷曲蛋白跨膜共受体结合形成复合物，激活经典Wnt/β-catenin信号传导途径。使胞质受体结构域的构象改变，进而募集Axin与蓬乱蛋白、FRAT1形成复合体，抑制糖原合成酶激酶-3的活性，使Wnt/β-catenin去磷酸化并抑制其降解；胞质内堆积的β-catenin易位至细胞核后结合并激活淋巴增强子结合因子/T细胞特异性转录因子，刺激下游靶基因c-myc、cyclinD1、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-3、MMP-13和骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)2等的转录，调节成骨细胞与破骨细胞的增殖、分化，促进骨形成[12-13]。

2.1 骨硬化蛋白与骨形成的关系

骨硬化蛋白通过与Wnt受体LRP-5/6结合使Wnt相关蛋白与LRP-5/6和卷曲蛋白复合体的结合受阻，拮抗Wnt/β-catenin通路，调节骨细胞的增殖、分化和凋亡，抑制骨形成[12-13]。骨硬化蛋白还通过拮抗经典Wnt信号通路抑制成骨细胞前体细胞的活化，从而抑制成骨细胞的骨形成[13-14]。有研发[15]发现，骨硬化蛋白基因敲除小鼠表现出骨量增加、骨矿物质密度和骨强度增加，骨小梁、皮质骨的骨膜和骨内膜表面动态骨形成指数显著增加，血清骨钙素(成骨细胞标记物)增加，而血清抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate resistant acid phosphatase 5b，TRACP 5b)(破骨细胞标记物)没有变化。LI等[16]的研究显示，用骨硬化蛋白抗体治疗绝经后骨质疏松症且伴卵巢切除的大鼠5周，大鼠多个骨表面的骨形成增加。骨硬化蛋白还可结合BMP，其中以高亲和力结合到BMP6和BMP7，以低亲和力结合到BMP2和BMP4，阻断BMP蛋白与其Ⅰ型和Ⅱ型受体的结合，抑制BMP信号转导使成骨细胞的矿化作用减弱[17]。有研究[18-19]发现在培养的成骨细胞和骨骼的矿化区域中均可检测到骨硬化蛋白的表达，但在破骨细胞中未检测到。以上结果均表明骨硬化蛋白可通过拮抗Wnt/β-catenin通路，调节成骨细胞的增殖、分化、凋亡，通过抑制BMP信号转导抑制成骨细胞的矿化作用，进而抑制骨形成。

2.2 骨硬化蛋白与骨吸收的关系

骨保护素(osteoprotegerin，OPG)是核因子κB受体活化因子(receptor activator of NF-κB，RANK)1的诱饵受体，可与RANK竞争性结合核因子κB受体活化因子配体(RANK ligand，RANKL)从而抑制RANK活化，同时骨保护素也可抑制RANKL的活性，抑制破骨细胞的分化、活化和调亡，是骨吸收的抑制剂[20]。RANKL:OPG比率是骨吸收的重要决定因素[21]。Wnt信号通路可调节OPG的表达，抑制Wnt/β-catenin通路可使OPG表达减少，促进破骨细胞的生成及功能活化，导致骨量丢失[22]。COURBON等[23]发现佐剂型关节炎大鼠从诱导后第6天骨硬化蛋白开始过度表达，随着RANKL上调，活性破骨细胞从第8天开始增加，随后骨形成显著减少，骨微结构改变以皮质孔隙和骨小梁丢失为特征。骨硬化蛋白可通过抑制Wnt信号通路上调MLO-Y4内的RANKL mRNA水平减少骨保护素的生成，使RANKL与OPG比值升高，刺激破骨细胞分化成熟，促进骨重塑中的分解代谢过程，诱导骨基质降解[24-25]。此外，Wnt/β-catenin信号可影响破骨细胞前体分化直接抑制破骨细胞形成，敲除β-catenin后破骨细胞数量增加且骨吸收增强。这些研究表明，骨硬化蛋白可能直接影响破骨细胞的分化，而与RANKL/RANK/OPG通路无关[10]。故骨硬化蛋白在骨细胞中调节RANKL表达的机制仍有待进一步研究证实。此外，骨硬化蛋白也可通过上调组织蛋白酶K，TRACP和碳酸酐酶-2的表达，参与骨细胞周围细胞外基质的重塑，促进骨组织溶解及骨中矿物质释放的过程[26]。

3 骨硬化蛋白在RA中的表达

在佐剂型关节炎大鼠模型[25]中发现，骨硬化蛋白的表达在大鼠关节炎发作前上调，且随后可能由于骨硬化蛋白表达的上调大大减少了骨形成。WEHMEYER等[27]在RA患者的滑膜组织中检测到骨硬化蛋白，而在RA患者的成纤维样滑膜细胞培养物中未检测到，但用TNF-α刺激可诱导成纤维样滑膜细胞骨硬化蛋白的表达，推测成纤维样滑膜细胞为RA滑膜中骨硬化蛋白的主要来源，同样，骨硬化蛋白在人TNF-α转基因(human TNFα transgenic，hTNFtg)大鼠的关节成纤维样滑膜细胞中也有强表达。

临床研究[28-29]发现RA患者血清中骨硬化蛋白水平显著高于健康对照者。SINGH等[30]研究结果亦显示，RA患者血清中骨硬化蛋白表达增加，其与CRP、红细胞沉降率、DAS28评分和Larsen评分呈正相关，且血清骨硬化蛋白水平为394 ng·mL-1时具有诊断意义，敏感度为100%，特异度为90%。

以上研究结果表明，骨硬化蛋白的表达在RA的关节内或血清中均增加，与RA疾病的活动、骨量丢失及骨质破坏相关，推测骨硬化蛋白在RA的疾病进展中发挥作用。

4 骨硬化蛋白在RA中表达的机制

在RA中，骨丢失可表现局限于关节周围区域或是全身性的骨量丢失。由滑膜产生的促炎细胞因子，可刺激骨硬化蛋白合成，从而抑制成骨细胞增殖、成熟和祖细胞分化。在炎性环境中，肿瘤坏死因子样凋亡微弱诱导剂(TNF-like weak inducer of apoptosis，TWEAK)或TWEAK/TNF-α可通过调节骨硬化蛋白的表达来抑制成骨细胞的活性[31]。TNF-α可能通过促进NF-κ B直接与小鼠骨硬化蛋白启动子上的NF-κB结合元件结合，上调骨硬化蛋白的表达[13]。TNF-α也可通过上调Mef2c转录因子刺激骨硬化蛋白的表达[10]。此外，在慢性炎性关节炎的动物模型中发现TNF-α诱导Dickkopf-1的骨骼表达，其反过来诱导骨硬化蛋白的产生[32]。有研究[33]观察到青少年特发性关节炎患者中由TNF-α介导的血清骨硬化蛋白水平增加，经抗TNF-α治疗后其水平下降；FASSIO等[34]研究显示在RA患者抗TNF-α治疗后血清骨硬化蛋白水平呈下降趋势。综上，RA的炎症环境可促进骨硬化蛋白表达的增加，其中可能主要与TNF-α的诱导作用有关。骨硬化蛋白与其他炎症因子的关系仍有待进一步研究明确。

5 骨硬化蛋白在RA治疗中的研究

RA中的关节破坏是不可逆转的，骨硬化蛋白抗体具有促进骨修复的潜在益处，若能将其运用于RA的治疗中，将为RA的治疗带来新的突破。在hTNFtg小鼠模型中，用Scl-Ab治疗可抑制骨侵蚀的进展，以及关节周围和全身骨丢失；Scl-Ab和抗TNF-α的联合治疗使关节周围成骨细胞数量的增加和骨侵蚀减轻[35]。MARENZANA等[36]在胶原诱导型关节炎(collagen-induced arthritis，CIA)大鼠中发现Scl-Ab治疗可预防CIA大鼠全身骨密度及轴向(椎体)、附肢部位骨量减少，但未阻止在膝关节和踝关节的关节周围骨的局灶性骨侵蚀；对预防或修复局部局灶性糜烂和缓解全身炎性反应无作用，抑制骨硬化蛋白主要刺激骨内膜表面的骨量增加，但不影响炎性关节周围骨的骨膜表面。目前尚不清楚Scl-Ab不能防止局灶性骨丢失的机制，但关节附近的炎性损伤强度或性质可能与更远处的损伤不同，Scl-Ab在炎性关节中介导骨内膜而不是骨膜骨形成的能力也可归因于两个部位炎性损伤的差异，需要进一步评估在关节炎骨膜和骨内膜表面的骨硬化蛋白相关的关键炎性细胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-17等的分布，探讨骨硬化蛋白在局灶性糜烂区域的确切功能。

RA中的炎症因子可能介导骨硬化蛋白的表达增加，骨硬化蛋白通过与Wnt信号通路、RANKL/RANK/OPG信号通路、BMP信号通路等相互作用调节成骨细胞和破骨细胞的增殖、分化、调亡，抑制成骨细胞矿化作用，从而抑制骨形成和刺激骨吸收，参与RA骨代谢的活动过程，但具体作用机制仍有待更多的临床或基础研究进一步明确；修复关节骨破坏仍是RA治疗中需要攻克的难点，未来临床上可开展关于RA患者滑膜、软骨、血清中骨硬化蛋白与炎症因子、骨代谢关系的前瞻性研究，进一步探讨骨硬化蛋白在RA中的作用，将来可能通过抗骨硬化蛋白治疗抑制RA骨侵蚀的进展，以及关节周围和全身骨丢失，使抗骨硬化蛋白治疗成为RA治疗的新手段。