骨免疫调控成骨在激素性股骨头坏死的作用△

邓立庆，罗月，康鹏德*

（1.西藏自治区人民政府驻成都办事处医院骨科，四川成都 610041；2.四川大学华西医院骨科，四川成都 610041）

股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head,ONFH）是骨科一种常见难治性疾病［1］。糖皮质激素（glucocorticoids,GCs）的应用是诱发ONFH 的主要因素之一［2，3］。研究GCs 诱发ONFH 发病机制和早期精准有效防治是ONFH 研究的重点。随着对骨免疫相关细胞，包括调节性T 细胞（regulatory T cells,Treg）和巨噬细胞（macrophage,M）介导的骨免疫调控成骨在骨损伤、骨坏死修复领域研究的不断深入，以及其在GCs 诱发ONFH 发生发展中作用机制研究，骨免疫细胞介导的骨坏死修复成为当前此复领域研究的热点和重点之一，Treg 细胞是介导骨免疫成骨的核心细胞且与激素诱发ONFH 密切相关［4，5］。本文就骨免疫调控成骨在激素性股骨头坏死的作用机制及应用展望做了综述。

1 GCs 与Treg 细胞

GCs 诱发ONFH 发生，以及坏死骨组织修复停滞和骨吸收病情进展与GCs 作用下Treg 细胞数量下降、活性阻抑和其介导的骨免疫调控成骨停滞密切相关［6～12］。既往研究表明，GCs 诱发ONFH 的发生、发展与超生理剂量GCs 诱导骨组织细胞，包括骨免疫相关细胞的代谢异常密切相关［13～16］。GCs 导致BMSCs 增殖及成骨分化抑制，成骨细胞（osteoblast,OB）数量及成骨活性下降，OB 和骨细胞（osteocyte,OS）凋亡；而破骨细胞（osteoclast,OC）分化与破骨活性增强并延长，OC 过度活动导致骨吸收增强，诱发ONFH 并病情进展股骨头塌陷［6，17～19］。此外，在GCs 作用下，局部Treg 细胞数量下降，活性阻抑，其介导的骨免疫调控成骨及骨修复被阻抑停滞［8～10］。在哮喘小鼠模型中，GCs 作用下小鼠肺和淋巴器官中也出现Treg 数量下降、活性抑制［20］。体外经地塞米松处理后反映Treg 细胞数量与活性的标记物FoxP3mRNA 和促组织修复因子IL-10、TFG-β 等表达下降［11，21］。Treg 细胞通过分泌IL-10、TGF-β 诱导BMSCs 增殖、促进OB 分化，还通过分泌IL-10、IFN-γ 等细胞因子抑制RANKL 和M-CSF 的合成抑制OC 分化、破骨活性，由此介导骨免疫调控成骨和骨修复［22～25］。

ONFH 患者股骨头标本流式细胞检测显示骨坏死区Treg 细胞数量显著减少［8］。在二磷酸盐相关下颌骨坏死病例中，骨坏死周围区域局部Treg 细胞数量和功能异常改变；在小鼠下颌骨坏死模型通过注射体外扩增的Treg 细胞，可纠正Treg 细胞数量和功能，显著降低二磷酸盐相关的骨坏死发生率和严重程度［26］。虽然二磷酸盐相关下颌骨坏死与ONFH 在发病机制上可能存在区别，但是骨细胞坏死、骨结构破坏等共同的病理改变可能提示局部免疫异常，尤其是Treg 细胞数量、功能异常与骨坏死发生发展密切相关，同时也进一步表明在相关因素作用下Treg 细胞数量下降或活性抑制与ONFH 的发生和发展密切相关，GCs 导致Treg 细胞数量下降和活性阻抑，Treg细胞对骨稳态的维护，介导骨免疫成骨效能以及促进BMCs 成骨分化和成骨等生物活性被阻抑。

因此，ONFH 的发生发展与GCs 作用下Treg 细胞数量下降和活性阻抑，以及Treg 细胞介导的骨免疫调控成骨停滞密切相关。研究干预并阻断GCs 对Treg 细胞数量与活性表达的抑制，向骨坏死区募集足够数量的Treg 细胞并激活，构建局部免疫调控成骨微环境，促进Treg 细胞介导的骨免疫成骨效能修复重建骨损伤、骨坏死，将有望成为研究GCs 诱发ONFH 发病机制、从骨免疫角度研究其早期防治的重要方向。

2 Treg 细胞骨免疫调控成骨

骨免疫介导调控成骨和促进骨修复的核心是有效地动员Treg 细胞定向迁移、归巢至骨损伤部位或植入修复材料处并激活。CCL22-CCR4 轴是调控Treg细胞向特定损伤组织定向迁移、归巢的核心调节轴；而STAT5/FoxP3 信号通路是激活Treg 细胞并促进其介导的骨免疫成骨生物活性的核心通路。针对前述GCs 诱发ONFH 发生发展病理生理机制以及Treg 细胞数量下降、Treg 细胞活性阻抑导致其介导的骨免疫调控成骨过程停滞研究，向骨坏死区募集足够数量的Treg 细胞并活化、促进其介导的骨免疫调控成骨活性，诱导BMSCs 向OB 分化及血管生成，抑制过度破骨，促进骨损伤、骨坏死修复重建，从骨免疫调控成骨角度研究骨免疫介导成骨促进ONFH 修复重建。

CCL22-CCR4 轴是调控Treg 细胞向特定损伤组织定向迁移、归巢的核心调节轴，细胞趋化因子CCL22 是动员Treg 细胞自外周血循环并向损伤组织定向迁移、聚集、归巢的关键性调节因子［27～29］。CCL22 因子在损伤处树突状细胞（dendritic cells,DC）中高表达，与Treg 细胞受体CCR4 结合诱导Treg 细胞定向迁移至受损组织、器官处，是动员、调控Treg 细胞向损伤组织部位定向迁移、归巢并促进组织修复的重要调控因子［30］。在细胞水平，CCL22 与细胞表面受体CCR4 结合捕获Treg 细胞，并激活CCR4 受体蛋白和下游信号途径产生趋化作用诱导调控内源性Treg 细胞向损伤部位迁移、归巢；同时，CCL22 与其受体CCR4 结合使细胞结构重新排列、细胞内部发生整合活化介导Treg 细胞向高浓度CCL22 处迁移、聚集［31］。当组织损伤时M2 巨噬细胞和DC 分泌大量CCL22 因子，CCL22/CCR4 轴被激活，Treg 细胞从胸腺、脾脏中被动员、释放、迁移至外周血循环，并定向迁移、募集、归巢至组织损伤处［29，31］。

组织损伤后Treg 细胞被DC 分泌的CCL22 因子募集归巢至局部损伤处，经STAT5/FoxP3 信号通路调控激活，激活后的Treg 细胞释放抗炎促组织修复细胞因子IL-10、TGF-β、VEGF 等调控启动组织再生和修复［32］。组织、骨损伤后，在损伤组织刺激下DC 迅速驱化至损伤部位并合成分泌CCL22 因子，CCL22 募集Treg 细胞并调控其定向迁移归巢至损伤部位、经STAT5/FoxP3 信号通路激活合成分泌TGFβ、IL-10、VEGF 等促组织修复因子调控促进组织修复；同时分化成熟的Treg 细胞与BMSCs 产生串话促进、诱导BMSCs 成骨分化与成骨活性表达，并抑制OC 分化与破骨活性，促进成骨、成血管，调控促进骨修复［33～35］。

在小鼠牙周炎模型中，PLLA/NF-SMS/MSN 支架介导幼稚T 细胞分化为Treg 细胞，抑制牙周病的宿主免疫反应，且Treg 细胞可增强OB 活性，抑制OC活性，阻滞牙槽骨丢失［36］；将T 细胞与D-甘露糖预处理的人牙周膜干细胞（hPDLSCs）共培养可抑制hPDLSCs 分泌IL-6，诱导更多T 细胞分化为Treg 细胞，促进hPDLSCs 介导的牙周组织再生修复［37］。

3 MiR-155/SOCS1 通路

MiR-155/SOCS1 是调控STAT5/FoxP3 信号通路，影响Treg 细胞分化成熟的关键调节回路，MiR-155 是激活STAT5/FoxP3 信号通路的重要因子，SOCS1 抑制STAT5/FoxP3 信号通路、进而阻抑Treg细胞的活化； MiR-155 抑制SOCS1 表达而激活STAT5/FoxP3 信号通路、促进Treg 细胞成熟及活性表达；GCs 抑制T 细胞合成分泌MiR-155［38～43］。MiR-155 是参与调控T 细胞介导免疫效应的重要调节因子，在Treg 细胞活化过程中发挥重要调控作用；SOCS1 是效应因子STAT5 的负调控因子，抑制FOXP3 表达进而抑制STAT5/FoxP3 信号通路、阻抑Treg 细胞的活化；MiR-155 拮抗SOCS1 调节Treg 细胞分化成熟［44，45］。MiR-155 通过经典的转录后调节机制抑制SOCS1 表达，进而阻断SOCS1 对STAT5/FoxP3 信号通路的抑制，间接激活STAT5/FoxP3 信号通路。在MiR-155 基因过表达和敲除模型中，SCOS1 蛋白水平与MiR-155 呈显著负相关；超生理剂量GCs 抑制T 细胞内MiR-155 的表达、促进SOCS1 的表达抑制STAT5/FoxP3 信号通路、抑制Treg 细胞的分化与活性表达［46，47］。因此，理论上上调MiR-155 表达可靶向抑制SOCS1，进而激活STAT5/FoxP3 通路激活Treg 细胞及其生物活性表达。

活化的Treg 细胞通过分泌组织修复因子TGF-β等介导TGF-β/SMADs 信号通路与BMSCs 之间产生串话（crosstalk），诱导调控BMSCs 成骨分化与成骨活性表达。激活的Treg 细胞分泌TGF-β 与BMSCs表面受体结合促进BMSCs 胞内Smad2/3 蛋白磷酸化，磷酸化的Smad2/3 与Smad4 组成复合体迁移进入细胞核内促进目标靶基因TGF-β、Runx2、ALP、OCN、VEGF 等成骨、成血管因子表达；同时，激活后的Treg 细胞还可调控M2 巨噬细胞极化并通过合成表达BMP-2、VEGF 及TGF-β 等促组织修复细胞因子。二者共同作用诱导调控BMSCs 向OB 分化、增殖与成骨活性表达，促进合成新骨与新生血管形成［48～51］。因此，活化的Treg 细胞与BMSCs 产生串话、进而促进BMSCs 向OB 分化、增殖，成骨、成血管，促进损伤骨组织修复，是Treg 细胞介导骨免疫促进骨组织再生、骨修复的根本所在。

活化的Treg 细胞与BMSCs 产生正向串话促进BMSCs 成骨分化与成骨活性表达的同时，还抑制OC分化、抑制破骨活性。Treg 细胞通过细胞接触依赖机制抑制破骨细胞的分化，即活化的Treg 细胞合成表达细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原-4（CTLA-4），CTLA-4 与破骨前体细胞表面CD80/CD86 结合，诱导激活破骨前体细胞中吲哚胺-2,3 双加氧酶（indoleamine-2,3-dioxygenase,IDO），激活的IDO 降解色氨酸促进破骨前体细胞凋亡、抑制破骨细胞的分化与活性表达，抑制破骨、骨吸收［52，53］。此外，激活的Treg 细胞还通过分泌IL-10、IL-5、IFN-γ 等细胞因子上调骨保护素（osteoprotegerin,OPG）、下调RANKL 和M-CSF， 抑制RANKL 和M-CSF 的合成，从而抑制OC 的分化与活性，抑制破骨［49］。

MiR-155 抑制SOCS1 因子表达，间接激活STAT5/FoxP3 信号通路，激活Treg 细胞。GCs 作用下T 细胞内MiR-155 表达被阻抑，SOCS1 因子表达上调抑制STAT5/FoxP3 信号通路，阻抑Treg 细胞激活与合成表达IL-10、TGF-β、VEGF 等促组织修复因子，阻抑与BMSCs 间的串话，抑制Treg 细胞介导的骨免疫调控成骨，同时促进OC 分化与破骨活性。

4 应用与展望

促进T 细胞内MiR-155 表达、抑制SOCS1，调控改变GCs 作用下MiR-155/SOCS1 调节回路异常，激活STAT5/FoxP3 信号通路、促进Treg 细胞活化及其介导的骨免疫调控成骨，是构建局部免疫调控成骨的关键。GCs 作用下免疫细胞（M 细胞，CD4+T 细胞）的MiR-155 表达被阻抑、SOCS1 表达增强，SOCS1 表达增强抑制STAT5/FoxP3 信号通路活化及其介导的Treg 细胞激活、骨免疫骨修复［44，45］。因此，从基因水平，通过基因转染技术调控MiR-155表达是常用的而且也是有效的方法。

从骨免疫视角研究阐述GCs 诱发ONFH 的病理生理机制，为激素性ONFH 预防与早期治疗提供理论依据和治疗提供新的靶点。未来借助现代分子生物学技术和纳米材料技术以及骨免疫调控成骨研究进展，针对GCs 诱发ONFH 的病因及分子、基因、细胞水平发病机制研究，构建促进骨损伤骨修复的新型功能化骨免疫调控成骨生物材料研究GCs 诱发ONFH 的发生、发展的病理生理机制和预防、治疗，以更精准的手段针对GCs 诱发的ONFH 进行相关发病机制、预防治疗研究。