免疫调节在骨质疏松症中的研究进展

李文艳(综述)，徐玉善，李　红(审校)

(昆明医科大学第一附属医院内分泌一科，昆明 650000)



免疫调节在骨质疏松症中的研究进展

李文艳(综述)，徐玉善※，李红(审校)

(昆明医科大学第一附属医院内分泌一科，昆明 650000)

摘要：骨质疏松症的原因包括内分泌因素、营养状况、遗传因素、物理因素、免疫因素等。近年来研究表明,免疫系统和骨骼系统之间存在密切联系,免疫细胞和骨细胞都处于骨骼腔的微环境中,它们共享有很多调节分子,包括细胞因子及其受体、信号分子和转录因子等。免疫细胞能分泌大量细胞因子，可以促进破骨细胞的数量增多、活性增强,骨质吸收增加。该文就调节性T细胞、白细胞介素17、辅助性T细胞17等细胞因子在骨质疏松中的作用进展作一综述，以期进一步阐述免疫调节在骨质疏松症的发生、发展中的作用。

关键词：骨质疏松症；免疫系统；破骨细胞；调节性T细胞

骨质疏松症是由于多种原因导致的骨密度和骨质量下降，骨微结构破坏，造成骨脆性增加，从而容易发生骨折的全身性骨病。其病理过程主要为骨重建过程中骨吸收和骨形成失衡。破骨细胞、成骨细胞是骨组织进行代谢的基本的功能细胞，分别具有骨吸收和骨形成的功能，其分化成熟、凋亡都直接影响骨代谢的动态平衡，破骨细胞和成骨细胞分化成熟或者凋亡的障碍都会导致骨代谢平衡失调。

骨重建和免疫系统存在着相互调节的作用，免疫系统的异常激活可以改变成骨细胞、破骨细胞之间的耦联平衡，从而影响骨重建的失衡而导致骨质疏松[1-2]。同时，免疫细胞产生的细胞因子可通过相应的受体，信号转导通路，转录因子影响破骨细胞的功能。实验动物模型研究结果及人类自身免疫性疾病的观察都支持这一理论[3-4]。

调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)是一群T细胞亚群，在免疫系统中拥有免疫抑的制作用，它在骨代谢中对破骨细胞起着负调控的作用。免疫系统和骨骼系统共享很多共同的调节因子，如巨噬细胞集落刺激因子、核因子κB受体活化因子(ligand of receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)、Tregs、白细胞介素(interleukin,IL)1、IL-6、IL-4、IL-10、IL-12、IL-13、IL-18、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)等。其中巨噬细胞集落刺激因子和核因子κB受体活化因子配基(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)在破骨细胞的分化、增殖、活化以及存活等生理过程中发挥着非常重要的作用[5]。也有研究证实，IL-1、IL-7、IL-17等在破骨细胞的增殖、分化、活化过程中发挥着正调控的作用[6]。除了对破骨细胞正调控的免疫分子外，也存在负调控的免疫细胞，如IL-4、IL-10、IL-12、IL-13、IL-18等。现对Tregs与IL-17-辅助性T细胞17(T help cell 17,Th17)等多种细胞因子在骨质疏松中的作用进行综述，以进一步阐述免疫调节在骨质疏松症发生、发展中的作用。

1Tregs与骨质疏松症

1.1Tregs的分类及功能Tregs是一类可以调节多种免疫细胞功能的T细胞亚型,其正常的生理功能对体内免疫稳态的维持是必不可少的。Tregs可以分为很多亚型,其中比较重要的也是目前研究最多的是天然产生的自然调节性T细胞(nTreg)及诱导产生的适应性调节性T细胞(aTreg或iTreg)。

nTreg主要有CD4+CD25+。CD4+CD25+除了表达CD4、CD25分子，还表达转录因子Foxp3，这也是它的特征。Foxp3不但可以作为CD4+CD25+调节性T细胞的标志性分子，而且是决定CD4+CD25+调节性T细胞功能的较关键因子。Foxp3+调节性T细胞(Foxp3+Tregs)属于T淋巴细胞中表达CD4、CD25及转录因子Foxp3的一类T细胞亚型,其正常功能对于人体免疫稳态的动态调节必不可少[7]。

适应性调节性T细胞(aTreg或iTreg)是由外周幼稚T细胞在抗原或细胞因子的诱导下发育而成的，主要包括Tr1、Th3，分泌IL-10、转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)来发挥免疫抑制作用。

1.2Tregs对破骨细胞的抑制破骨细胞是唯一吸收骨的细胞，其作用的增强取决于骨损失的病理炎症条件。破骨细胞的增加可以导致骨质疏松等溶骨性疾病，进一步研究破骨细胞的调控机制非常重要。破骨细胞主要来源于造血干细胞，它的分化、发育涉及很多种调控机制，主要受RANK的调控，同时由多种转录因子协同调节其生物学行为。

骨保护素(osteoprotegerin，OPG)是破骨细胞形成的负调节因子，通过抑制破骨细胞前体细胞的分化[8]，诱导破骨细胞的凋亡，并且OPG还能与RANK竞争性地结合RANKL[9]，从而抑制破骨细胞的分化。OPG的减少和RANKL的增加有利于破骨细胞的分化和活化，促进骨量丢失[10]。但是，随着年龄的逐渐增加，OPG合成逐渐减少，RANKL表达升高，骨质疏松的发生也相应增加[11]。T细胞是雌激素缺乏后骨损失的关键诱导剂，主要是因为T细胞产生的TNF-α水平增加，从而增加破骨细胞形成[12-14]。

Tregs对破骨细胞有抑制作用[15-17]。研究表明[18]，在生理和病理骨重建过程中，Tregs可以控制体内骨吸收，能保持骨量，减少骨质疏松的发生。Zaiss等[19]研究表明，Tregs抑制RANKL和巨噬细胞集落刺激因子调控的破骨细胞形成，且这一抑制作用呈剂量依赖性。Zaiss等[18]对Foxp3的转基因小鼠(Tg)与它们的野生型(WT)骨中的参数进行比较，对卵巢切除术后Foxp3的-Tg小鼠骨质疏松症的骨参数及RAG-1-/-小鼠的骨头分离的CD4+CD25+T细胞进行了分析，并且将Foxp3的-Tg小鼠和野生型小鼠分离的CD4+CD25+T细胞和CD4+T细胞与单核细胞共同培养，以确定它们在体外抑制破骨细胞的能力，结果Foxp3的-TG小鼠骨量较高。骨量的增加是体内破骨细胞分化的受损和骨吸收较少的结果；而骨形成没有受到影响，将CD4+CD25+T细胞转移到T细胞缺陷的RAG-1-/-小鼠后也出现骨量增加，表明Tregs不需要通过其他T细胞谱系的作用而直接影响骨骼平衡[18]。研究表明，Tregs源性的TGF-β1和IL-10对破骨细胞的分化以及骨吸收具有抑制作用[16]。研究显示，TGF-β对于破骨细胞起着双向调节的作用，在成骨细胞中它可以下调RANKL的表达，然而在T细胞中则可以上调RANKL的表达[20-21]。Zaiss等[22]将Foxp3转基因小鼠的骨髓细胞输入TNF转基因小鼠的体内，结果几乎完全阻断了TNF转基因小鼠骨质的破坏；相反，来源于Foxp3基因剔除小鼠的骨髓细胞却加快了TNF转基因小鼠骨质的破坏，作用机制是Tregs对破骨细胞的生成发挥了直接抑制的作用。

以上研究都表明，Tregs通过负反馈抑制破骨细胞的形成及分化，在骨代谢平衡中发挥着至关重要的作用，Tregs数量、功能的改变均可影响骨代谢的动态平衡：Tregs作用增强时可以抑制破骨细胞的形成及分化，从而减少骨吸收，减少骨质疏松的发生，反之亦然。

2细胞因子与骨质疏松症

2.1IL-17-Th17与骨组织疏松症Th17和Tregs是被广泛研究的两种具有相反作用的淋巴细胞亚群。研究显示，T细胞产生细胞因子不能根据Th1、Th2的系统分类[23-25]。T细胞不产生干扰素γ或IL-4，而是有选择性产生IL-17，命名为Th17[26]。这些T细胞构成一个独特的谱系，Th17细胞是除了Th1和Th2[27]以外的第三类型的辅助性T细胞。Th17产生IL-17，而后者在胶原诱导下可促进骨损失。Deselm等[28]认为在雌激素缺乏的骨质疏松小鼠中IL-17可介导骨量的丢失。有研究表明，IL-17-Th17的成员可促进骨质流失，有利于破骨细胞的产生和抑制成骨细胞分化，且其作用是根据雌激素的负调控作用；利用重组抗体对IL-17的抑制作用可以治疗绝经后骨质疏松症[29]。在小鼠骨髓细胞中，E2抑制IL-17介导的破骨细胞分化。IL-17抑制成骨细胞矿化结节的形成，而反过来又被E2抑制。E2缺乏导致Th17的分化以及信号转导因子和转录激活因子3、维甲酸相关孤核受体γT、维甲酸相关孤核受体α的上调和Foxp3的下调，后者可拮抗Th17分化。

IL-17被证明是炎症性关节炎和其他影响骨的疾病的介体[23]。在2型糖尿病中，IL-17可以介导骨质流失[30]。Kocic等[31]和Huang等[32]研究表明，IL-17对成骨细胞的分化具有积极的作用。Won等[30]研究表明，2型糖尿病的多基因遗传模型可导致骨骼畸形的自发发展，与骨质疏松性相似。这些发现对使用IL-17的药理阻滞剂以及限定该细胞因子的体内生物学效应具有重要的影响。

2.2TGF-β1与骨质疏松症TGF-β1是免疫调节细胞因子，它调节免疫细胞的增殖、存活、分化和迁移。免疫和骨骼系统之间有着强烈的关联，TGF-β1在骨骼组织发展和维持中起着关键的作用[33]。成骨细胞是负责骨形成的单核细胞。TGF-β1在骨形成中的多种作用已得到广泛认可，如TGF-β1能促进成骨细胞的增殖，抑制成骨细胞的凋亡。另一方面，TGF-β1可以抑制成骨细胞增殖和矿化的后期阶段。已有报道，TGF-β受体Ⅰ、Ⅱ在鼠科、大鼠和人类成骨细胞分化过程中的表达均下降，这可能意味着成骨细胞在其分化的晚期对TGF-β1比较不敏感[33]。骨基质蛋白是TGF-β超家族成员，它在后期阶段有正调控作用，因此TGF-β1与骨基质蛋白共同调节成骨细胞的分化。侏儒相关转录因子2(Runx2)，也被称为核心结合因子亚基α-1，是一种DNA结合转录因子，在特定成骨细胞谱系中很重要[34]。研究表明，Runx2是骨形成的主转录因子，它受TGF-β1和骨基质蛋白2的调节。在间充质干细胞向成骨细胞祖细胞分化阶段，Runx2抑制间充质干细胞分化为成骨细胞以外的细胞类型，在成骨细胞祖细胞向成骨细胞分化阶段，TGF-β1诱导Runx2的表达，两者相互作用及β联蛋白信号可促进祖细胞向成骨细胞分化[35]。Smad3基因可以被TGF-β1激活，并通过Runx2的敏感元素与Runx2产生相互作用，抑制Runx2的表达。Runx2能防止成熟的成骨细胞向骨细胞分化，并使它们保持在休眠状态。因此，TGF-β1可通过在成骨细胞中下调Runx2而促进骨细胞的发展[36]。上述研究表明，TGF-β1可微调成骨细胞分化。

TGF-β1在破骨细胞形成和骨吸收中的作用是非常复杂和有争议的。很显然，TGF-β1介导破骨细胞的功能，如它们的成熟、凋亡，及破骨细胞前体从脾或骨髓的募集[37]。研究表明，TGF-β1对破骨细胞成熟有双向作用[38]。当TGF-β1被添加到RANKL和巨噬细胞集落刺激因子培养液中，它能诱导破骨细胞的造血前体和其他破骨细胞前体。TGF-β1在破骨细胞前体中能触发核因子κB的表达及其受体的激活，RANKL-RANK的相互作用对于生存期延长、增强破骨细胞前体向破骨细胞分化是非常重要的。另一方面，当破骨细胞前体与成骨细胞共同进行培养时，破骨细胞的活化就被减弱了，特别是当它们被高浓度的TGF-β1(1～10 μg/L)刺激时尤为明显，而低浓度的TGF-β1(1～10 ng/L)促进破骨细胞的成熟[38]。

3结语

当前对骨质疏松症发病机制的研究很多，而骨质疏松症的免疫调节作为新的研究热点，为骨质疏松症发病机制的探索提供了新的思路。已知免疫细胞和骨细胞都处于共同的微环境骨骼腔内,它们共享多种调节分子,而很多细胞因子都在骨代谢过程中，尤其是成骨细胞和破骨细胞的增殖、分化、活化过程中起着非常重要的作用。但这些细胞因子的具体作用机制仍未得出无可争议的结论，而且还有很多细胞因子在骨代谢过程中的作用仍不明确。此外，是否能够通过免疫调节预防骨质疏松症，免疫治疗是否能成为骨质疏松症新的治疗方式等一系列问题，仍有待更加深入的研究来回答。随着研究的不断深入，对骨质疏松症的免疫调节机制的认识将不断完善，改善免疫调节的异常可能成为治疗骨质疏松的新靶点及新途径。

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The Research Progress of Immunomodulatory in OsteoporosisLIWen-yan,XUYu-shan,LIHong.(DepartmentOneofEndocrinology,theFirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650000,China)

Abstract：There were several causes,such as endocrine factors,nutritional situation,genetic factors,physical factors,and immune factors for osteoporosis.In recent years,studies have shown that there is a close link between the immune system and the skeletal system.Immune cells and bone cells are in the same bone microenvironment,and they share many common regulatory molecules,including cytokines and their receptors, signaling molecules and transcription factors. Immune cells can secrete large amount of cytokines which can promote the increasing of number and activity of osteoclasts,and can enhance the resorption of bone.Here is to make a review of the role of cytokines in the osteoporosis, such as regulatory T cells,IL-17,Th17,and further elaborate the effect of immunomodulatory on the development of osteoporosis.

Key words:Osteoporosis; Immune system; Osteoclasts; Regulatory T cells

收稿日期：2013-10-28修回日期：2014-06-19编辑：伊姗

基金项目：云南省卫生科技项目(2010NS037)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.02.008

中图分类号：R274

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)02-0213-04