风湿病继发骨质疏松症研究进展

2022-11-22赵东宝

内科理论与实践 2022年3期

赵东宝

（海军军医大学第一附属医院风湿免疫科，上海 200433）

骨质疏松症在风湿免疫疾病中十分常见，既有系统性炎症造成的全身骨丢失，也有局部炎症导致的骨侵蚀[1]。骨质疏松和骨质疏松性骨折严重影响风湿病患者的生活质量，也带来沉重的经济负担。近年，风湿免疫疾病领域和骨质疏松领域在基础和临床中都有许多重要的研究进展，在此作一阐述。

从骨免疫学到免疫骨质疏松学：免疫细胞调控骨代谢机制新进展

自20 世纪70 年代初Horton 等[2]和Mundy 等[3]对免疫细胞源性破骨细胞激活因子的开创性研究证实骨骼与免疫系统存在密切联系，骨免疫学（osteoimmunology）逐渐引起专家和学者的广泛兴趣。作为交叉学科，骨免疫学关注免疫系统与骨骼系统之间的相互作用，推动了风湿病继发骨质疏松症相关的基础和临床研究。随着研究的深入，Srivastava 等[4]在2018 年提出了免疫骨质疏松学（immunoporosis）的概念，进一步强调免疫细胞在骨丢失过程中的重要影响，是骨免疫学领域较重要的内容之一。

在风湿免疫疾病中，免疫细胞的异常活化或抑制导致炎症过度扩大和消退的异常。在此过程中，参与天然免疫和适应性免疫应答的免疫细胞对骨细胞的分化、代谢和死亡都有不同程度的影响。

一、天然免疫

天然免疫系统主要由髓系来源的巨噬细胞、树突状细胞（dendritic cell，DC）、单核细胞、自然杀伤（natural killer，NK）细胞、先天性淋巴细胞（innate lymphoid cell，ILC）等组成。在风湿免疫疾病中，天然免疫细胞的激活与机体炎症的启动和扩大密切相关。而破骨细胞（osteoclast，OC）由髓系来源的天然免疫细胞融合分化而来，因此OC 的分化与天然免疫密不可分。

病原体相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）和损伤相关分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）通过巨噬细胞和DC 表面的模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR），如Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）、核苷酸结合寡聚化结构域蛋白（nucleotide-binding oligomerization，NOD）样受体（NODlike receptor，NLR）及晚期糖基化终末产物受体（advanced glycation end product receptor，RAGE）等，激活天然免疫系统，释放大量炎症因子，如白介素（interleukin，IL）-1、IL-6、干扰素（interferon，IFN）-γ 和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等。这些炎症因子能上调核因子（nuclear factor，NF）-κB 受体激活蛋白配体（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）的表达，促进单核细胞、巨噬细胞和DC 向OC 分化。如NOD2 是先天性免疫系统的PRR，能够通过提高OC 活性氧的产生促进骨丢失[5]；TLR 介导的信号转导在OC 不同阶段作用不同，虽然在早期抑制了OC 前体的进一步分化，但对晚期OC 的存活具有促进作用[6]；成骨细胞（osteoblast，OB）和OC 凋亡释放的高迁移率族蛋白B1（high mobility group box chromosomal protein 1，HMGB1）是较经典的DAMP 之一，这一信号的识别导致多种炎症因子分泌，促进OC 的分化和迁移，增加了骨转换的速率[7]。

此外，天然免疫细胞能量代谢异常也可能促进风湿病相关骨质疏松的发生、发展。在长期炎症环境中，巨噬细胞需要更多、更快的能量供给以维持其免疫活性，主要表现为糖酵解水平上升，氧化磷酸化水平下降。相似地，在巨噬细胞向OC 分化过程中，也观察到葡糖转运蛋白（glucose transporter，GLUT）1和糖酵解代谢酶表达上调，提示糖酵解水平增加，但研究也指出氧化磷酸化水平上调能够促进OC的骨吸收能力[8]。因此，在风湿免疫疾病中，OC 的能量代谢异常如何影响骨稳态还有待进一步研究。

不同类型的巨噬细胞在骨免疫学中发挥不同的作用。既往研究指出，促炎表型的巨噬细胞M1通过破骨形成增加骨吸收，而修复表型的巨噬细胞M2 则促进间充质干细胞向OB 分化，提高矿化骨的形成。值得注意的是，一种骨组织驻留的巨噬细胞，称为osteomacs，发挥与M2 作用相似的骨保护作用，有学者认为该细胞的耗竭影响了骨重塑导致骨丢失[9]。总体来说，既往研究认为M1/M2 比值与骨丢失程度呈正比。然而，近年来，Huang 等[10]发现不同于脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或IFN-γ 诱导的M1 极化，RANKL 诱导的M1 极化具有一定的骨保护作用。而Dou 等[11]发现在雌激素缺乏的情况下，RANKL 可刺激M2 向OC 分化。上述研究均表明巨噬细胞的极化受多种因素影响，在骨重塑过程中作用机制复杂，仍需进一步研究。

除单核巨噬细胞，其他固有免疫细胞在炎症条件下也表达RANKL，如中性粒细胞和NK 细胞，但RANKL 对这些免疫细胞的确切作用尚不清楚。ILC是近来新鉴定出的一类固有免疫细胞，主要发挥启动固有免疫和维持免疫平衡的作用，分为ILC1、ILC2、ILC17 和ILCreg，与辅助性T（helper T，Th）细胞具有相似的表型。最近，一项研究报道GATA 结合蛋白3（GATA binding protein 3，GATA3）激活的ILC2 在胶原诱导性关节炎（collagen-induced arthritis，CIA）小鼠模型和类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）患者中发挥免疫调节作用，外周血ILC2 水平与疾病活动度呈负相关[12]。 Th 细胞影响骨代谢，可能ILC 也与骨质疏松症之间存在密切联系，但仍需深入的研究和剖析。

二、适应性免疫

适应性免疫系统主要由T 淋巴细胞和B 淋巴细胞组成。在风湿免疫疾病中，T 细胞的分群和活化异常以及B 细胞产生的大量自身抗体是炎症信号扩大的重要原因。而研究表明T、B 细胞是RANKL 和骨保护素（osteoprotegerin，OPG）等骨代谢调节重要分子的重要来源，且RANKL 敲除的小鼠不仅有骨硬化的表型，还表现为淋巴细胞发育受损和淋巴器官形成缺陷[13]，均表明适应性免疫细胞与骨细胞之间相互作用。

虽然活化T 细胞是RANKL 和TNF-α 产生的主要来源之一，但T 细胞敲除的小鼠骨量并未显著提升，提示T 细胞各亚群对破骨形成的作用不同。研究表明，部分T 细胞具有骨保护作用，如Th1 细胞可分泌少量IFN-γ，降解TNF 受体相关因子6（tumor necrosis factor receptor-associated factor 6，TRAF6），进而抑制破骨分化；Th2 细胞则通过分泌IL-4 和上调甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH），下调RANKL/OPG 比值；Treg 不仅可以抑制RANKL 和巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，M-CSF）的表达，还能以炎症因子非依赖的方式抑制肌动蛋白环的形成使OC的生成和活性受到抑制，近来在CD8+的细胞毒性T细胞中鉴定出的一种叉头框蛋白3 （forkhead box protein 3，Foxp3）+CD8+Treg 细胞同Treg 具有相似的抑制破骨形成作用[25]。而另一部分T 细胞则促进骨破坏，如Th17 细胞分泌IL-17、IL-6 和TNF-α 多种炎症因子上调RANKL，促进破骨形成，被认为是导致骨质疏松最主要的T 淋巴细胞，在骨质疏松症患者外周血淋巴细胞分群的研究中已得到证实；Th9细胞是最近定义的一种表达IL-9 的Th 细胞亚群，而IL-9 参与了Th17 的分化，因此也可能是骨破坏的促进因素之一；此外，滤泡Th T 细胞和NK T 细胞也可通过炎症因子分泌的方式促进RANKL 的表达[4]。

B 细胞作为生产自身抗体的主要细胞，也对骨代谢有一定影响。 B 细胞的分化发育与RANKL、OPG、IL-7 和趋化因子配体12 （chemotactic factor ligand 12，CXCL12）密切相关。既往研究表明，IL-7转基因小鼠表现出了骨溶解的表型，而IL-7 受体敲除的小鼠则表现为骨量显著上升。此外，Pugliese等[15]发现在体外用RANKL 处理B 细胞可促进B 细胞向OC 分化[14]，但体内谱系追踪研究并未发现这种现象。据此可推测，虽然B 细胞并不是OC 的前体细胞，但对OC 分化具有相当重要的辅助作用。

从共性到个性：风湿病继发骨质疏松症临床特征新发现

骨质疏松症是风湿免疫疾病最常见的并发症，往往与高炎症水平、长期制动、糖皮质激素（glucocorticoid，GC）等风险因素密切相关[1]。此外，风湿免疫疾病可累及全身多系统多脏器，脏器功能的受累也可进一步导致骨质疏松。如胃肠道受累带来的进食障碍和吸收不良，慢性肾功能不全和长期钙、磷代谢异常导致的继发性甲状旁腺功能亢进症等[1,16]。这些都是风湿病继发骨质疏松症的共性特征。近年来，越来越多的临床研究在揭示不同风湿免疫疾病骨丢失的重要临床特征上有了新发现。

一、炎性关节炎

骨质疏松可见于30%～50%的RA 患者,骨折风险比健康对照组高60%～100%[16]。虽然系统性的炎症对全身骨骼造成一定程度的影响，但高分辨率外周骨定量CT （peripheral quantitative CT，pQCT）显示，在RA 中主要是骨皮质孔隙的增加导致骨机械强度的降低，进而引起脆性骨折。提示RA 的骨丢失主要发生在骨皮质，因而股骨颈和桡骨远端更容易发生骨折。此外，研究表明抗瓜氨酸化蛋白抗体（anti-citrulline protein antibody，ACPA）是骨质疏松的独立危险因素，ACPA 阳性患者骨破坏更显著[17]。此外，对于GC 的使用是否会增加RA 患者骨质疏松和骨折的风险，临床上一直存在争议。最新的荟萃研究表明，GC 不影响活动期和早期RA 患者的骨密度（bone mineral density，BMD），这可能与较低剂量GC 在RA 中就具有良好的抗炎效果密切相关。但长期即使是小剂量GC 的应用，对RA 及其骨质疏松都是弊大于利的。因此，GC 治疗RA 临床上强调“能不用，尽量不用；能小剂量，不大剂量；短期用，不长期用”。

由于受累患者多为青年男性，脊柱关节炎继发的骨质疏松症长期未受到重视。然而，研究表明长期高炎症水平引起的系统性骨丢失发生在疾病早期，且患者BMD 下降与C 反应蛋白水平升高密切相关。局部骨髓水肿或骨炎症使脊柱BMD 下降的风险增高了5 倍[18]。动物模型显示人类白细胞抗原（human leucocyte antigen，HLA）-B27 作为脊柱关节炎重要的遗传基础可能发挥了一定作用，在HLAB27转基因大鼠中可观察到骨矿化、BMD 和骨强度显著下降[19]，但在脊柱关节炎患者中HLA-B27是否为骨质疏松症的危险因素尚待进一步研究。

痛风性关节炎是急性炎症性关节炎的典型代表。虽然GC 和别嘌醇的使用可能增加骨质疏松的风险，但孟德尔随机分析和多个大型队列研究均表明，血尿酸水平与BMD 和骨折风险增高无相关性[20]。

二、结缔组织病

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）患者骨量减少的发生率为25%～74%，而骨质疏松发生率为1.4%～68%，骨折风险增加2～3 倍[16]。从全身角度看，SLE 患者的骨丢失主要发生在松质骨，可能与长期大剂量使用GC 相关，也与光照减少、维生素D 缺乏及性激素水平异常密切相关。而在关节局部，抗氨基甲酰化蛋白（anticarbamylated protein，antiCarP）阳性或抗环瓜氨酸肽（anticyclic citrullinated peptide antibody，anti-CCP）抗体阳性合并RA 的SLE 患者更易出现侵蚀性关节炎[21]。此外患者5 年间的复发次数和SLE 损伤指数对BMD 下降和脆性骨折的发生具有一定的预测作用[22]。

系统性硬化症合并骨质疏松的患病率可达23.6%，椎体骨折的患病率约15%，大多数骨折发生在胸椎，但具体机制不明[16]。系统性硬化症患者骨丢失的风险因素与SLE 相似，且存在毛细血管扩张的患者松质骨评分显著降低[23]。

目前对干燥综合征合并骨质疏松的研究较少。一项小型的研究表明，绝经后原发性干燥综合征患者中，骨量减少占32.8%，骨质疏松占51.6%，而有脆性骨折病史者仅为4.7%[24]。在干燥综合征中哪些风险因素对于预测骨质疏松具有临床价值，还需更多流行病学研究。

三、系统性血管炎

巨细胞性动脉炎的治疗非常依赖GC，因此GC诱导性骨质疏松症（glucocorticoid-induced osteoporosis，GIOP）是巨细胞性动脉炎患者最常见的并发症。研究表明，16%的巨细胞性动脉炎患者出现骨质疏松，骨折风险增加67%[16]。因此英国风湿病学会的巨细胞性动脉炎管理指南推荐每例患者接受双膦酸盐治疗及维持维生素D 和钙剂的补充。

抗中性粒细胞胞质抗体（antineutrophil cytoplasmic antibody，ANCA）相关性血管炎（ANCA associated vasculitis，AAV）与骨质疏松的相关性也得到确证。瑞典一项前瞻性研究表明AAV 患者骨质疏松的风险是健康对照的4.6 倍[25]。欧洲血管炎联合研究小组的数据表明，在7 年随访中14.1%的AAV 患者有骨质疏松[26]。

其他类型的血管炎在骨代谢方面的研究较少，然而考虑到血管炎系统受累的广泛性，需要更多数据来评估系统性血管炎中骨质疏松和脆性骨折的风险因素。

从各自为战到交叉共赢：免疫调节重塑骨稳态的循证新证据

随着发病机制研究的不断深入，近年来风湿病和骨质疏松领域均有大量新药获批上市，两个学科的交叉对临床药物的选择提出了更高的要求，也是骨免疫学从基础研究走向临床转化的最终体现。近年来，很多临床研究为风湿病继发骨质疏松的治疗策略提供了新的循证医学证据。

一、抗风湿药物对骨代谢的影响

传统合成的改善病情抗风湿药物（conventional synthetic disease-modifying antirheumatic drug，csDMARD）对骨质的影响，目前仅有针对羟氯喹、硫唑嘌呤、甲氨蝶呤(methotrexate, MTX)和来氟米特的研究，大多数研究表明csDMARD 对BMD 和骨折风险无显著影响[27]。需注意的是，部分血液病患者使用大剂量MTX 化疗可导致骨丢失，在RA 患者中MTX 剂量较小，但长期使用是否造成骨丢失尚需进一步研究。

生物DMARD （biological DMARD，bDMARD）对骨质的影响很复杂，需全面分析。 TNF 抑制剂（TNF inhibitor，TNFi）对RA 患者的骨转换标志物具有一定的积极影响，但其能否改善BMD，各研究之间仍存在矛盾[27]。然而荟萃分析提示，在强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）中使用TNFi，1 年后腰椎BMD 提高5.05%，2 年后提高8.56%[28]。IL-6 受体拮抗剂能够降低骨转换，且持续治疗2 年能够提高ACPA 阳性RA 患者的骨量[29]。抗CD20单抗能够显著下调骨吸收标记脱氧吡啶啉，提示其在抑制破骨活性上可能有一定的作用。一项小型研究表明在18 个月的治疗中，对抗CD20 单抗有应答的患者腰椎BMD 显著上升且髋骨BMD 无明显下降[30]。小鼠模型研究显示，细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原-4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4）Ig 能够抑制破骨细胞分化，临床研究则发现，相较于TNFi，CTLA-4Ig 治疗1 年后RA患者股骨颈BMD 显著上升[30]。目前尚无抗IL-17 单抗和抗IL-23 单抗对骨量影响的研究。

Janus 激酶抑制剂（Janus kinase inhibitor，JAKi）是最新的靶向合成DMARD （targeted synthetic DMARD，tsDMARD），在多种风湿免疫疾病中获得了极佳的抑炎效果。但是在炎性关节炎的小鼠模型中JAKi 对骨量无显著影响，这可能与骨细胞表达JAK1 并促进骨形成有关。此外，其下游的信号转导子与转录激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）1 信号通过影响Runt 相关转录因子2 （recombinant Runt related transcription factor 2，Runx2）的转录促进成骨[31]，而STAT3 信号则促进破骨分化和骨吸收[32]。因而JAKi 对骨量的影响还需更多临床研究来揭示。