选择性免疫抑制剂对骨代谢影响的研究进展

曲立阳 李建军

[摘要]骨代谢由成骨细胞和破骨细胞间相互制约，共同维持骨代谢平衡，来源于骨髓的免疫细胞和骨细胞通过大量的、多种类的细胞因子及其受体结合调节骨代谢平衡。本文根据查阅文献综述近年来骨组织细胞与免疫细胞间相互调控方式及作用机制的研究进展，阐述免疫抑制剂进入人体后的代谢途径，发挥其免疫抑制作用的相关靶点及作用机制，通过免疫抑制剂在分子结构与细胞水平上对骨代谢的影响过程，使骨与免疫细胞间相互调控机制更加清晰，促使在临床药物应用中，能够针对性地使用相关靶点的抑制剂或激活剂，为自身免疫性疾病的治疗提供新的药物治疗途径，为减少免疫抑制剂在临床应用中造成的不良反应提供新的治疗方向。

[关键词]免疫抑制剂;骨免疫;成骨细胞;破骨细胞

[中图分类号]R580

[文献标识码]A

[文章编号]2095-0616（2022）11-0057-04

成骨细胞（osteoblast，OB）的成骨作用和破骨细胞（osteoclast，OC）的骨吸收是维持骨骼系统平衡的重要组成部分，骨骼系统可由免疫系统控制和调节。其中，骨组织与免疫系统密切相关、相互依存、不可分割，并共享许多细胞调节分子。越来越多的研究表明，免疫系统在骨代谢中起着重要的调节作用[1-2]。本文通过前人的研究阐述了免疫系统与骨代谢的相互作用，更直观地展示了免疫抑制剂在骨代谢中的作用。

1骨代谢

骨代谢是由OB合成骨基质和OC吸收骨基质介导的骨形成和骨吸收的代谢稳态过程。在骨稳态中，OB和OC之间的相互作用机制引起了广泛关注，OB以及OC代谢失衡可导致各种骨代谢紊乱[3]。免疫系统是抵御外部抗原的屏障，包含T细胞、B细胞、树突样细胞等免疫细胞，包括白介素（interleukin，IL）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等免疫因子等，越来越多的研究表明，骨代谢与免疫系统相互作用并密切相关。自2000年Arron等[4]提出骨免疫学的概念后，骨代谢与免疫系统的关系逐渐得到明确和重视。

1.1OC

在生物机体中骨骼重建过程起始于OC的分化和成熟。OC需要通过核因子κB受体激活剂配体（RANKL）、核因子κB细胞受体激活剂（RANK）以及骨保护素（OPG）系统（即RANKL/RANK/OPG系统）经过多重代谢过程，生成多种类细胞因子促使

OC分化成熟[5]。RANKL由OB和T淋巴细胞分泌，在细胞外RANKL及其RANK的累积可直接或间接促进肿瘤坏死因子受体相关因子（TNF receptor associated factors，TRAFs），尤其是TRAF6，能够特异性地与RANK在细胞质内的结构域相连接，通过控制细胞质内的核因子κB（nuclearfactor-κB，NF-κB）磷酸化和分解途径达到激活NF-κB的效果，活化后的NF-κB通过被转运到细胞核内刺激c-Fos的激活和表达。c-Fos与T细胞核因子相互链接发挥作用。在OC分化途径的转录因子中，T细胞核因子最为关键[6]。

1.2OB

在整个骨微环境中，OB是唯一能产生类骨质的功能细胞，在骨骼生成生长及骨维持方面占有重要地位，在骨代谢中OB的成熟阶段开始于其前体集聚形成聚合体，逐渐增殖分化。OB聚集阶段以及OB逐渐成熟的过程离不开细胞因子刺激作用及骨形态发生蛋白、Wnt信号传导通路的激活作用，只有上述条件存在才能提高OB的分化并最终代谢为骨细胞[7]。

2免疫抑制剂

免疫抑制剂是临床用于预防和治疗自身免疫疾病的一类药物，能抑制细胞增殖和免疫应答，从而降低机体免疫反应。根据其能否抑制体液免疫及抑制细胞免疫机制的不同将其分为选择性和非选择性免疫抑制剂。选择性免疫抑制剂主要包括抑制T细胞的免疫抑制剂、TNF-α、IL-6、IL-17的单克隆抗体等[8]。

2.1选择性T细胞抑制剂

近年来，关于T细胞激活增殖及其分化后功能的研究陆续报道，T细胞活化、增殖途径以及代谢过程逐渐清晰，选择性免疫抑制剂对T细胞免疫功能的抑制靶点以及作用机制也逐渐清晰、明确[9]。

2.1.1环孢素与骨代谢环孢素A（cyclosporin A）于1978年开始用于临床，是由11个氨基酸组成的环肽。其作用机制为：T细胞功能活化分两个阶段，第一阶段为抗原提呈细胞（antigen-presenting cell，APC）可以在主要组织相容性细胞及抗原复合物存在下促进T细胞形成复合体并促进酪氨酸激酶的活化，活化后的激酶引起下游细胞因子的活化。某些特定基因，如CD154表达后能够结合APC细胞表面的CD40进一步推进APC的活性，促使APC上调共化学刺激因子的活性与表达[10-11]。受调节后的共刺激因子与辅助结合配体增强了T细胞与APC之间的结合过程，该过程为第二阶段。T淋巴细胞活化过程可以产生多种细胞因子，与受体结合后将允许T淋巴细胞分化增殖的信号转导至细胞内，促使T细胞分化增殖。T细胞的完全激活必须依赖于第一阶段和第二阶段的相互作用。

环孢素单纯抑制T细胞活化初期，也就是T细胞在受刺激原激活后的前4h内，被激活的T细胞由G0期转入G1期或从DNA合成前期进入合成期的过程受到抑制。缺少T细胞核因子刺激会促使T细胞活化受阻，最终导致T细胞产生数量降低，促使OB分化受抑制而OC分化被激活。

2.1.2他克莫司（tacrolimus）免疫抑制机制与骨代谢他克莫司是来源于链霉菌的发酵产物，是一种通过抑制活化T细胞核因子的活性来降低IL-2的合成，阻碍T细胞活化，减少T细胞增殖的强力免疫抑制剂。其作用机制为：辅助性T细胞17（Th17）主要分泌IL-17，在培养Th17细胞过程中发现，当有效控制IL-17作用的情况下，其能够产生一种强力抑制其他T细胞活性从而发挥抗炎作用的细胞，即Treg细胞，体内试验发现Treg细胞的减少可使关节炎症加重[12-13]。Treg细胞抑制T细胞分化的过程可概述为两种机制：1Treg细胞能直接与其效应细胞接触，产生抑制作用;2Treg能够与其通过产生相应的细胞因子间接接触，产生抑制作用[14]。然而T细胞的活化过程离不开Treg细胞产生的IL-1、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等细胞因子，当上述因子受到抑制，分泌较少时，T细胞活化受到抑制，导致T细胞数量减少[15]。在T細胞与骨代谢耦联过程中，TNF-α及IL-1β细胞因子能增强RANKL表达，激活OC前体细胞分化，促使OB分化增强，导致骨代谢失衡。

2.1.3芬戈莫德（fingolimod）与骨代谢芬戈莫德是抗生素多球壳菌素的化学修饰物，是一种新型选择性T细胞免疫抑制剂，其作用机制为通过淋巴细胞表面存在的鞘氨醇-1-磷酸（sphingo-sine-1-phosphate，S1P）配体发挥作用，其中受体I型主要分布在淋巴细胞表面，芬戈莫德与其结合后可加速淋巴细胞归巢、凋亡。芬戈莫德与受体结合促使外周血中的T、B淋巴细胞数减少，导致Th1和Th2数目减少，Th1和Th2可通过干扰素-γ、IL-4抑制OC生成，从而导致OB过量生成，骨代谢过程紊乱[16]。

2.2TNF-α阻断剂

TNF-α与受体结合产生促进血管新生及OB分化的作用[17]，而TNF-α拮抗剂通过与相应配体结合溶解可溶性TNF-α，表现出相应拮抗作用。TNF-α受体是由两个单体p55（TNFRI）和p75（TNFRII）组成的同分异构体，这两种同分异构体存在于单核细胞及T淋巴细胞的膜表面，称作膜结合型TNFR（m TNFR），存在于外周血血清中的为可溶性TNFR（sTNFR）[18]。TNF-α与受体结合能够激活多种细胞因子，如细胞凋亡相关的蛋白酶和NF-κB，可引起T细胞的激活和增殖。TNF-α可促进OC分化，使其活化而产生骨吸收，导致关节侵蚀[19]。

利西单抗（infliximab）和依那西普（etanercept）是人工合成的并已成功应用于临床的一种可溶性TNF-α受体结合酶，与无活性的TNF-α特异性结合，竞争性地抑制TNF-α与细胞膜表面的TNF受体结合，从而产生免疫抑制作用。OC前体可在TNF-α、RANKL刺激作用下向功能型OC分化成熟。因此，RANKL和TNF-α不仅为破骨形成所需，而且具有协同加强的效应。多个体外实验表明，在有一定水平的RANKL存在的前提下，TNF-α、IL-17、IL-6、IL-1β等促炎因子对OC的形成进程有特定作用[20]。当TNF-α受体介导的免疫应答进程受抑制，会影响RANKL表达及T细胞分化成熟，降低OC生成。

2.3IL-6抑制剂

IL-6作为多效性细胞因子与IL-6受体结合而发挥作用，IL-6受体由α链和β链两条链组成，其中α链因其含有IL-6结合受体（interleukin 6 receptor，IL-6R）可直接与IL-6结合;β链则含有gp130跨膜信号介导链。IL-6R与gp130均可以膜型和可溶性受体的形式出现[21-22]。其他细胞膜表面虽未能表达IL-6R，但几乎均能表达gp130，此时，IL-6先与可溶性受体结合成复合体，于细胞表面后与膜上的gp130进一步结合启动IL-6信号转导通路，这一过程为跨信号转导途径，可发挥抑制OB生长分化的作用[23];IL-6与可溶性白介素-6型受体结合作用于OB，使细胞因子水平变化，促使RANKL激活增殖，激活后的RANKL与OC表面的RANK结合，进而促进OC内一系列下游生长因子分化，产生促进OC生长和分化的作用。IL-6作用不仅仅局限于刺激OC增殖分化，其还可以降低碱性磷酸酶的水平，从而限制OB分化成熟，导致OB凋亡[23-24]。

2.4IL-17单克隆抗体

Th17主要分泌IL-17型，IL-17型与其受体结合形成异二聚复合体可发挥生物学效应。IL-17是转导炎症反应的非常重要的细胞因子，在调节免疫过程中发挥着最关键的作用[25]。IL-17在前体OC阶段可刺激诱导RANKL表达，促进OC分化与成熟，还能招募和激活免疫细胞，导致TNF-α、IL-1的释放，加强促进RANKL表达，当RANKL水平升高后刺激OC前体分化的作用也隨之增强[26]，如苏金单抗（secukinumab）可选择性和IL-17A结合，抑制代谢过程中某些细胞因子的产生，提高OC生成，进而导致骨代谢紊乱。

3讨论

骨骼系统为生物体提供支持作用，免疫系统保护机体不受外界抗原侵害，骨骼系统与免疫系统联系紧密、相互作用，近年来临床所应用的免疫抑制剂越来越广泛，但是药物带来的副作用也越来越明确，对使用者的脏器（如肝、肾等）带来不可逆的影响。骨形成和骨吸收是一个整体，只有使两者维持在一个动态平衡，骨组织才能具备正常的形态和功能。应根据免疫抑制剂对骨代谢的影响途径，针对某一细胞因子、某一代谢途径或者更加针对性地联合用药来治疗自身免疫疾病，减少对其他脏器的副反应。从另一个一角度思考，免疫抑制剂治疗自身免疫疾病所导致的骨代谢紊乱，最根本的原因为免疫系统与骨代谢之间的代谢途径被打破，从而使相关因子不平衡变化，如果能使用相应的免疫增强剂来提高某一代谢途径的细胞因子，从而减少免疫抑制剂所带来的副反应，或将成为治疗自身免疫疾病及减少免疫抑制剂所带来的副反应的趋势。

[参考文献]

[1] Terashima A，Takayanagi H.Overview of Osteoimmunology[J].Calcif Tissue Int，2018，102（5）： 503-511.

[2]刘伟，宋慧，董鹏.骨免疫学研究进展[J].骨科临床与研究杂志，2020，5（2）：124-126.

[3] Ego S，J MT.Antiresorptive and anabolic agents in the prevention and reversal of bone fragility[J].Nature Reviews Rheumatology，2019，15（4）：225-236.

[4] Arron JR，Y C.Bone versus immune system[J].Nature， 2000，408（6812）：535-536.

[5]褚赞波，邹荣鑫，黄海燕，等.破骨细胞功能调控与骨吸收抑制剂[J].中华骨质疏松和骨矿盐疾病杂志，2018，11（5）：509-514.

[6] Ponzetti M，Rucci N.Updates on Osteoimmunology：What’s New on the Cross-Talk Between Bone andImmune System[J].Front Endocrinol （Lausanne）， 2019，10：236.

[7]梅良偉，桑文华，陈富春，等.RANK信号调控破骨细胞分化与成熟的研究进展[J].中国骨质疏松杂志，2018，24（12）：1652-1656.

[8] Smolen JS，Landewé R，Bijlsma J，et al.EULAR recommendations for the management of rheumatoid [18] arthritis with synthetic and biological disease-modifying antirheumatic drugs： 2016 update[J].Ann Rheum Dis， 2017，76（6）：960-977

[9] Park BV，Pan F.Metabolic regulation of T cell differentiation and function[J].Mol Immunol，2015，68 （2）：497-506.

[10] Gao Y，Wang Y，Luo F，et al.Optimization of T Cell Redirecting Strategies： Obtaining Inspirations From Natural Process of T Cell Activation[J].Front Immunol， 2021，12：664329.

[11] Guerriero JL.Macrophages： Their Untold Story in T Cell Activation and Function[J].Int Rev Cell Mol Biol， 2019，342：73-93.

[12]李红岩，牟兆新，侯振江.Th17细胞及其分泌的细胞因子在自身免疫性疾病中的研究进展[J].医学综述，2021，27（14）：2749-2754.

[13] XiaoQin W，TingTing W，XiaoXia F，et al. Intervention of Tyrosine Hydroxylase Expression Alters Joint Inflammation and Th17/Treg Imbalance in Collagen-Induced Arthritis[J].Neuro-Signals，2021， 29（1）：11-13.

[14] Luo CY，Wang L，Sun C，et al.Estrogen enhances the functions of CD4（+）CD25（+）Foxp3（+） regulatory Tcells that suppress osteoclast differentiation and bone resorption in vitro[J].Cell Mol Immunol，2011，8（1）：

[15] G. BV，S. NN，N. GS，et al.Phenotypical and Functional Characteristics of Human Regulatory T Cells during Ex Vivo Maturation from CD4+ T Lymphocytes[J].Applied Sciences，2021，11（13）：5776.

[16] Brian C，Sandra L，Nathaniel S，et al.FTY720 （Fingolimod）， a modulator of sphingosine-1-phosphate receptors， increases baseline hypothalamic-pituitary adrenal axis activity and alters behaviors relevant to affect and anxiety[J].Physiology & behavior，2021， 240（15）：113556.

[17]Kazuhiro S，Keisuke K，Masahiko I，et al.C-X-C Motif Chemokine 12 Enhances Lipopolysaccharide- Induced Osteoclastogenesis and Bone Resorption In Vivo[J].Calcified Tissue International，2018，103（4）： 431-442.

[18]Gustot T，Lemmers A，Louis E，et al.Profile of soluble cytokine receptors in Crohn's disease[J].Gut， 2005，54（4）：488-495.

[19]Mohammed A-B，Jonas B，Felix C，et al.TNF-α inhibitors reduce bone loss in rheumatoid arthritis independent of clinical response by reducing osteoclast precursors and IL-20[J].Rheumatology，2021，60（2）： 947-957.

[20]Osta B，Benedetti G，Miossec P.Classical and Paradoxical Effects of TNF-α on Bone Homeostasis[J]. Front Immunol，2014，5：48.

[21]Rhiannon M，J. HD，Andrew J，et al.Dissecting the molecular control of Interleukin 6 signaling using the M1 cell line[J].Cytokine，2021，146：155624.

[22]Tsutomu T，Hiroto Y，Sakae T.Role of interleukin-6 in bone destruction and bone repair in rheumatoid arthritis[J].Autoimmunity Reviews，2021，20（9）： 102884.

[23]Kaneshiro S，Ebina K，Shi K，et al.IL-6 negatively regulates osteoblast differentiation through the SHP2/ MEK2 and SHP2/Akt2 pathways in vitro[J].J Bone Miner Metab，2014，32（4）：378-392.

[24]Lorenzo JA.The Role of Interleukin-6 in Bone[J].Journal of the Endocrine Society，2020，4（10）：bvaa112.

[25] Utkarsha S，Debasis B，Kumar PV，et al. Interleukin-17-A multifaceted cytokine in viral infections[J].Journal of Cellular Physiology，2021， 236（12）：8000-8019.

[26]Zhongxiu W，Jiahui Z，Jingyi T，et al.TRAF6/ ERK/p38 pathway is involved in interleukin-17- mediated autophagy to promote osteoclast precursor cell differentiation[J].Journal of Zhejiang University Medical Sciences，2021，50（2）：162-170.

（收稿日期：2021-12-09）