脂联素介导免疫炎症机制在常见风湿性疾病中的研究进展〔1〕

王 颖,高惠英

(山西医科大学第二医院,山西 太原 030001)

风湿性疾病是一大类主要累及骨、关节及其周围组织的慢性炎症性疾病。常见的风湿病有痛风、类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、干燥综合征、系统性硬化症、强直性脊柱炎及骨关节炎等。目前研究发现[1],大约有50 多种具有诊断潜力的脂肪因子,如脂联素(ADPN)、瘦素、抵抗素、内脂素及纤溶酶原激活抑制物1等已被用于治疗风湿性疾病。其中,ADPN作为一种特殊类型的细胞因子,在未发生自身免疫性疾病的人群中,常常发挥抗炎作用。然而,最近的研究认为[1-2],在风湿性疾病中,ADPN也具有对免疫炎症的促进或抑制作用。本文重点阐述ADPN介导免疫炎症机制在常见风湿性疾病中的研究进展。

1 ADPN的结构及生物学活性

ADPN亦称为Acrp30,apMl,GBP28及AdipoQ,是一种在人体中由ADIPOQ基因编码的30 kDa蛋白,最早由Scherer等于1995年在小鼠3T3-L1脂肪细胞的分化过程中分离克隆发现[3]。ADPN在结构上与补体Clq、胶原Ⅷ、胶原X及肿瘤坏死因子(TNF)相似。ADPN的结构由N端信号序列、可变区、胶原结构域和类C1q球状结构域四部分组成。人类ADPN有3 个受体,分别是AdipoR1,AdipoR2和T-钙黏蛋白,其中,AdipoR1和AdipoR2是最具特征性的受体,而T钙粘蛋白的研究较少。ADPN受体可表达于多种细胞,包括肌肉、肝脏、血管内皮及免疫细胞等,ADPN与其受体AdipoR1/R2结合后,通过过氧化物酶体增殖物活化受体-α(PPAR-α)和一磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)激活两条主要信号通路,这些通路和其下游分子的激活可产生抗炎、抗纤维化、脂肪酸氧化、葡萄糖摄取、血管扩张及减少凋亡等生物学效应[2]。

2 ADPN与免疫炎症

ADPN对免疫系统和炎症反应的影响复杂多样。ADPN通常以不同的分子亚型存在,如球状ADPN、全长ADPN,表现为低分子量(LMW)、中分子量(MMW)或高分子量(HMW)ADPN。ADPN不同亚型具有不同的作用,如LMW ADPN抑制脂多糖(LPS)介导的白介素(IL)-6释放,并刺激IL-10分泌,而HMW ADPN则是诱导单核细胞分泌IL-6[4]。已知IL-6为促炎细胞因子,在免疫和炎症中发挥促炎作用,而IL-10为抗炎细胞因子,在免疫和炎症中发挥抗炎作用,这表明ADPN在免疫及炎症中具有抗炎及促炎的双向作用,而这些作用取决于其不同亚型的相对比例、细胞因子环境以及所作用的靶细胞或组织。

ADPN是免疫系统的重要调节因子,它在固有免疫和适应性免疫中均有重要作用。在固有免疫中,ADPN通过下调促炎细胞因子[如TNF-α,IL-6和CC型修饰趋化因子配体2(CCL-2)]抑制M1巨噬细胞的吞噬功能,同时诱导M2巨噬细胞增殖和活化,导致抗炎细胞因子[即精氨酸酶-1、IL-10和巨噬细胞半乳糖型凝集素-1(Mgl-1)]的表达,从而发挥抑制炎症和抑制免疫的作用[5]。ADPN对中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、自然杀伤细胞(NK)和树突状细胞(DC)的激活也具有免疫抑制作用[6],然而,ADPN在这些细胞中是增强还是抑制免疫尚存在争议,这种双向作用的具体机制目前尚不明确,该作用可能与不同的ADPN结构有关[5]。在适应性免疫中,ADPN受体在T细胞活化后上调,ADPN可以通过增加T细胞凋亡而减少抗原特异性T细胞增殖和细胞因子产生,从而具有免疫抑制作用。此外,ADPN可以增强辅助性T细胞1(Th1)分化。有研究报道[5],经过ADPN处理的DC细胞在同种异体T细胞中能诱导Th1和Th17反应,促进促炎反应的增强,即在某种情况下,ADPN还具有促炎和增强免疫的作用。

3 ADPN与常见风湿性疾病

3.1 ADPN与痛风

痛风是一种由尿酸单钠(MSU)晶体沉积在组织和关节中引起的自身炎症性疾病。痛风在普通人群中的患病率为2%～4%,随着近年来患病率的增加,其对公共健康的危害越来越严重[7-8]。痛风性关节炎是最常见的炎性关节炎。高尿酸血症(HUA)常被作为痛风性关节炎的必要先决条件,然而,有报道显示[9]约90%的HUA患者从未发生急性痛风关节炎,许多MSU结晶沉积明显的患者也没有急性痛风症状,这说明除了MSU结晶外,还有其他一些重要因素也参与了痛风性关节炎的发生。

ADPN与痛风发生、发展具有相关性。Orlova等[10]研究发现,与健康对照组相比,痛风患者血清ADPN水平降低,而瘦素水平升高,且这些脂肪因子的紊乱尤其在痛风伴痛风石患者中最为明显。在小鼠的研究中也有报道,痛风的促炎细胞因子增加,而ADPN组成的抗炎细胞因子减少[11]。早期国内学者杨晓瑜等[12]研究发现,血清ADPN水平在2型糖尿病合并痛风患者中高于2型糖尿病患者,且与血清C反应蛋白(CRP)呈负相关,所以推断ADPN在痛风患者血清中可能具有抗炎作用。随后,2016年王瑶等[13]研究发现,急性发作期组和发作间歇期组ADPN低于正常组,而发作间歇期组ADPN高于急性发作期组,差异有统计学意义。这说明随着痛风患者病情进展,其血清ADPN水平逐渐下降。分析其机制可能是由于ADPN可促进单核细胞、巨噬细胞及树突状细胞分泌抑炎因子,从而对抗炎症刺激,延缓炎症反应进程所致。也进一步说明,痛风发作间歇期ADPN的大量消耗导致炎症反应无法得到有效控制,造成病情进展。当炎症反应引发血管内皮损伤时,ADPN可大量聚集于血管壁,特异性抑制黏附因子在血管内皮细胞的表达,保护血管完整性。由此推断,在痛风急性发作期患者ADPN效应失代偿,这可能是引发血尿酸代谢紊乱的又一重要原因。因此,ADPN在痛风发生发展中均发挥了抗炎作用,针对ADPN为靶点的治疗方案及对其不同的分子亚型的研究可为痛风患者的治疗及预后提供新思路。

3.2 ADPN与类风湿关节炎

类风湿关节炎(RA)是临床很常见的风湿免疫性疾病,该病发病机制尚不明确,已知TNF-α,IL-6,IL-1β和IL-17在RA病理过程中发挥重要作用。以TNF-α抑制剂为代表的生物制剂的出现,被认为是近20年来RA治疗领域的革命性突破,但是临床仍有1/3的RA患者对生物制剂治疗无效,表明除上述细胞因子外,仍有多个未知的其他通路可能在RA病理过程中发挥重要作用。

ADPN在RA炎症过程和免疫系统中发挥重要作用。在关节、滑膜和髌下脂肪垫中,ADPN可以通过介导炎症介质如LPS,TNF-α、基质金属蛋白酶(MMP)、IL-6和前列腺素E2的分泌发挥促炎作用;同时,促炎因子也可以增强ADPN的表达,进而参与RA的一系列炎症级联反应[14]。最近一项研究表明[15],血清ADPN水平是评估RA患者疾病活动性的一个独立风险因素,因为它与28个关节疾病活动度评分(DAS28)-红细胞沉降率(ESR)评分直接相关,并且不受生物制剂、改善病情抗风湿药物、蛋白酪氨酸激酶(JAK)抑制剂和体质量指数(BMI)等影响[15]。Vasileiadis等[16]研究发现,RA患者中血浆总ADPN和HMW ADPN水平与促炎性趋化因子的循环水平相关,并且,循环总ADPN和HMW ADPN均与CRP,ESR和DAS28呈正相关,他们分析表明ADPN是唯一一种与促炎趋化因子和疾病活动标志物相关的脂肪细胞因子。Chihara等[17]研究发现,ADPN浓度与骨破坏程度及血清MMP-3浓度呈正相关,故认为ADPN可能通过MMP-3发挥局部炎症反应,从而促进RA骨和软骨的破坏,即ADPN可能参与RA的关节损伤。Liu等[18]研究表明,ADPN主要通过分泌可溶性因子IL-6介导刺激成纤维样滑膜细胞(RA FLSs)促进滤泡性辅助性T细胞(Tfh)的生成而发挥促炎作用,这一发现揭示了ADPN在RA发病机制中的新机制。Qian等[19]研究表明,ADPN和骨桥蛋白(OPN)在RA患者血清中的表达水平显著增加,并且ADPN通过剂量依赖的方式促进RA滑膜组织中OPN的产生而加重骨侵蚀,研究分析了ADPN处理后的RA患者滑膜成纤维细胞促进了小鼠巨噬细胞系RAW264.7(RAW264.7)的迁移,且这种作用被一种针对OPN的特异性抗体所阻断,该研究为ADPN参与骨侵蚀提供了新的证据。ADPN诱导OPN的表达,OPN募集破骨细胞并引发骨侵蚀,表明ADPN是RA治疗的新靶点。然而,Wu等[20]的小鼠实验发现,关节内局部注射ADPN可以降低关节组织中的炎性细胞因子水平(如TNF-α)及关节炎的严重程度,推测ADPN可能通过降低TNF-α的表达而发挥抗炎作用,这与Chen等[21]研究结果一致。Lei等[22]临床研究也证实,ADPN,尤其是HMW ADPN,可能在RA中发挥调节作用,即在疾病活动和炎症水平较高的患者中,ADPN可能通过负反馈调节保护性升高。由此可见,ADPN在RA中发挥着促炎和抗炎作用,这种双重作用可能与不同亚型有关,但总体来说,主要以促炎作用为主。因此,进一步研究ADPN的不同分子亚型,以及其在RA发生发展中的作用机制,有望为RA患者的治疗及预后提供新思路。

3.3 ADPN与系统性红斑狼疮

系统性红斑狼疮(SLE)是一种较常见的全身多系统受累的自身免疫性及炎症性的结缔组织病,好发于育龄期女性,该病的特点是大量自身抗体产生、免疫复合物形成、多器官组织炎症以及血清促炎症细胞因子高表达。然而,有关SLE的病因和发病机制尚未明确阐明。研究提示[23]SLE可能与多种因素有关,其中尤以免疫紊乱、激素水平、遗传、环境等密切相关。SLE的炎症反应可导致促炎细胞因子和抗炎细胞因子的失衡。

ADPN在SLE及狼疮性肾炎(LN)中均发挥重要作用。研究表明[24-25],与健康对照组相比,SLE患者血清中ADPN水平升高,但其具体作用机制尚不明确。有学者认为[26]SLE患者免疫系统可能存在一种免疫调节的作用,这种反馈作用可刺激ADPN的产生,以应对与肾炎相关的炎症刺激。此外,ADPN在SLE中可以作为促炎性脂肪因子发挥作用,这取决于ADPN的亚型,如HMW ADPN(而非LMW ADPN)可诱导促炎症因子单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)和IL-8的表达。Chougule等[27]研究表明,ADPN水平与SLE患者疾病活动呈正相关,与补体C3水平呈负相关[27]。Gamez-Nava等[28]一项横断面研究发现只有ADPN与SLE蛋白尿的严重程度相关,即高水平的ADPN联合低水平巨噬细胞移动抑制因子(MIF)可以用来解释肾性SLE蛋白尿的严重程度。研究表明[28],在SLE患者中,ADPN水平增高不仅可反映疾病活动,而且还表示患LN的危险因素。进一步分析还发现,反过来肾脏炎症也会导致ADPN的增高。因此认为,高水平的ADPN有可能是作为一种潜在的保护性内环境平衡机制而发挥作用[28]。总之,在SLE中,ADPN可能发挥促炎和抗炎的双向作用,而这些作用正如在RA中的研究,可能与不同亚型有关,至于ADPN在SLE及LN的不同阶段的具体作用机制仍有待研究。

3.4 ADPN与干燥综合征

干燥综合征(SS)也被称为自身免疫性皮炎,是一种以破坏外分泌腺为主的自身免疫病,其发病机制尚不完全清楚,但强有力的证据支持唾液腺上皮细胞(SGECs)的中心作用。SGECs是启动自身免疫反应的靶细胞,在腺体中除了有大量的淋巴细胞外,同时还存在脂肪细胞浸润。而ADPN是一种由脂肪组织合成的、在血液中含量丰富的多功能激素蛋白质。

已有研究发现[29-30],ADPN可能对SS患者因免疫性炎症受损的SGECs有保护作用。早期国外学者Katsiougiannis等[29]研究首次证明了SGECs在原位唾液腺中产生ADPN,该学者在原发性SGECs中测试了ADPN的生物学作用,并初步证明ADPN是一种防止自发凋亡的保护因子。随后,他们在干扰素(IFN)-γ诱导的细胞死亡的背景下,进一步测试了ADPN的保护功能。结果显示,ADPN能通过AMPK途径剂量依赖性抑制SS患者涎腺上皮细胞的增殖,并能抑制IFN-γ诱导的细胞凋亡,发挥抗细胞增殖作用。2014年Su等[30]的动物模型和体外细胞的实验研究也表明,ADPN可以通过防止唾液腺细胞载脂蛋白下降而对这些患者的唾液腺细胞起到保护作用。还有一项病例对照研究显示[31],SS患者唾液中ADPN含量增加,故认为ADPN在SS中具有特殊的保护作用,由此可以认为ADPN是SS的一个潜在的、具有保护作用的唾液生物标志物,这些结果与Katsiougiannis等[29]的发现一致。陈孟等[32]在小鼠实验研究中发现,通过体内转染ADPN可降低外周血促炎因子TNF-α的浓度,降低外周血及靶腺体破坏及功能下降,从而改善症状,这也充分提示ADPN对SS模型小鼠颌下腺具有抑制炎症的作用,并且可能为SS模型小鼠的保护基因。综上所述,ADPN在自身免疫疾病中所起作用各有不同,在SS中不仅起到了保护作用,而且可能成为一个潜在的、具有保护作用的唾液生物标志物。进一步研究ADPN与SS的作用机制有望成为SS治疗的潜在靶点。

3.5 ADPN与系统性硬化症

ADPN在系统性硬化症(SSc)中的作用与在SS中类似,主要是作为一种保护因子发挥作用。Lee等[33]的荟萃分析显示,SSc患者的循环ADPN水平明显低于对照组,尤其表现在弥漫型SSc患者中,而在局限型SSc患者中则不明显,并且分析此炎症过程中降低的ADPN水平可能会调节与SSc相关的免疫反应,至于ADPN是否直接参与SSc的发病机制尚需进一步研究。2012年Fang等[34]研究证明,ADPN可以抑制胶原基因表达和肌成纤维细胞分化,并且认为ADPN在SSc纤维化中的可能机制为ADPN及其受体水平受损,从而使成纤维细胞中的ADPN信号传导发生异常变化,由此认为使其正常化可能是控制SSc纤维化的潜在治疗靶点。有学者认为[35],ADPN水平的降低主要发生在SSc的早期,该阶段Th2淋巴细胞及其促纤维化作用发挥主要作用;而在后期,ADPN水平则升高,究其原因可能是在此阶段Th1细胞及其抗纤维化作用占主导地位;除了上述有关Th细胞极化机制外,ADPN也可以与成纤维细胞结合参与AMPK通路从而发挥抗纤维化作用。ADPN作为一种抗纤维化分子,其可能与疾病持续时间呈正相关,其水平的降低似乎是SSc早期加重纤维化的因素之一。

3.6 ADPN与其他常见风湿性疾病

ADPN被认为是关节内稳态的重要调节因子,其在强直性脊柱炎(AS)及骨关节炎(OA)的炎症过程和免疫系统中均发挥重要作用,但查阅国内外文献发现当前研究较少。

ADPN在AS的不同发展阶段作用不同。2016年方曦[36]认为,AS的病程随着时间的推移,由早期的急性炎症,逐渐出现骨质的破坏,到晚期的骨质增生修复的三个阶段,ADPN可能起不同的作用。在前两个阶段中,ADPN主要起促炎作用,而在晚期过程中可能转变为抑制炎症作用,但相关机制仍需要进一步研究。早期国外学者Poddubnyy等[37]发现,血清ADPN水平在发生脊柱放射学进展的患者中明显低于无脊柱放射学进展,且高水平的血清ADPN(>12 μg/mL)对脊柱放射学进展起到保护作用,这一结果的出现可能与AS病程的不同阶段有关,尚需进一步研究。

ADPN在OA中主要发挥促炎作用,但可能对软骨也具有保护作用。ADPN通过增加一氧化氮(NO)、IL-6和IL-8、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)、基质金属蛋白酶组织抑制物-1(TIMP-1)、MMP-1和MMP-3及MMP-13[5]的产生,促进炎症和分解代谢,导致软骨退化和OA发病。最近一项研究表明[38],血浆ADPN浓度与OA患者的临床和影像学疾病严重程度相关,且ADPN在疾病后期的致病作用可能比早期更为显著,因此认为,ADPN可能是一个潜在的临床生物标志物,同时可以用来评估疾病的严重程度。然而,有趣的是,Chen等[39]发现ADPN下调了IL-1β诱导的人软骨细胞MMP-13表达,增加了基质金属蛋白酶组织抑制物-2(TIMP-2)的产生,进而发挥了对软骨的保护作用。这种相互矛盾的证据可能来自患者的异质性、不同的研究方案或ADPN对OA分期和严重程度的影响。

4 总结与展望

综上所述,ADPN介导免疫炎症机制与痛风和RA,SLE,SS,SSc,AS及OA等常见风湿性疾病的发生发展密切相关,而其作用各有不同。ADPN在痛风和SS及SSc中主要发挥抗炎作用,并且有可能成为一个潜在的、具有保护性作用的生物标志物;而在RA和OA中主要发挥促炎作用,在SLE和AS中发挥促炎及抗炎双向机制。这些不同的作用可能与疾病的不同发展阶段及ADPN的不同分子亚型密切相关。因此,进一步加强ADPN的不同分子亚型和作用机制的研究以及其在常见风湿性疾病不同阶段发生、发展中的作用,有望为疾病的预防、诊断、靶向治疗和预后提供新思路和新方法。