细胞因子在类风湿关节炎发病机制中的研究进展*

邱安琪 综述，彭新国 审校

滨州医学院附属医院检验科，山东滨州 256699

细胞因子是一种由固有免疫细胞和适应性免疫细胞以自分泌或旁分泌的形式产生的小分子可溶性多肽或糖蛋白[1]。根据其生物学结构和功能，分为肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素(IL)、干扰素(IFN)、趋化因子等[2]。生理条件下，细胞因子作为免疫调节元件通过控制免疫激活水平和持续时间、调节效应细胞对靶细胞的作用等方式规避潜在的伤害性影响；病理状态时，前述作用受损加上免疫反应的抑制或是过度代偿，引发免疫系统调节功能障碍，最终导致自身免疫性疾病的发生。

类风湿关节炎(RA)患病人口约占全球总人口的0.5%～1.0%，是一种以弥漫性多关节炎及促炎细胞因子浸润为主要特征的慢性全身炎症性自身免疫性疾病[3]，遗传、环境均为其诱因。RA的具体发病机制目前尚不明确，但研究发现固有免疫及适应性免疫反应所造成的细胞因子增多与RA的发病密切相关[4]，在RA三大经典病理特征——关节发热肿胀疼痛、血管翳形成、软骨退化骨侵蚀中发挥重要作用，甚至延续至关节以外的其他靶器官，引发RA关节外症状，如RA相关间质性肺病、贫血等。随着高通量遗传、蛋白质组学和代谢组学技术的出现，这种由细胞因子参与的RA发病过程逐渐被揭示出来。

1 细胞因子参与RA固有免疫

单核细胞分为经典、中间、非经典三大亚群，中间亚群(CD14+CD16+)在RA患者滑膜、外周血中高度上调，与RA关联度最高[5]。 RA滑膜中，单核细胞可产生高水平的促炎细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6，亦可分化为促进局部滑膜炎症的炎性巨噬细胞，激活Th17细胞并促进其扩增[6]，参与适应性免疫。单核巨噬细胞的聚集可促进关节炎的发生和发展，RA滑膜巨噬细胞(SM)浸润与关节破坏的进展呈正相关。巨噬细胞是RA滑膜内最丰富的免疫细胞类型，在RA中发挥着核心作用。免疫组化、滑膜活检印证巨噬细胞是RA关节中主要的TNF产生细胞，此作用亦可被TNF抑制剂治疗RA的疗效证明[7]。除TNF外，巨噬细胞还可以衍生IL-6、IL-1，增强破骨细胞功能，打破正常状态下破骨细胞骨吸收与成骨细胞骨形成间的平衡，在软骨-血管翳处引起严重的骨侵蚀。此外，SM还可分泌IL-8(也称CXC族趋化因子配基8，CXCL8)和单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)，促进中性粒细胞、单核细胞、T细胞、B细胞的募集及激活，促进RA炎症[8]。

RA患者关节液和滑膜组织中，存在高水平树突细胞(DC)。相较于健康对照者的DC，RA患者DC分泌更多的促炎细胞因子IL-1β、IL-6、IL-23和IL-12，诱导CD4+T细胞分化为活化的Th1细胞和Th17细胞[4]。此外，其分泌的CC族趋化因子配基3(CCL3)、CCL17、CXCL19等趋化因子也可募集巨噬细胞、T细胞等其他免疫细胞参与RA的发生，并激活核因子-κB(NF-κB)途径诱导炎症[8]。

除上述细胞，RA滑膜中肥大细胞受IL-33刺激而被激活，产生IL-6、IL-8、TNF并促进NF-κB受体活化配体(RANKL)、基质金属蛋白酶(MMP)等相关组织降解分子的表达，从而加速单核细胞向炎性巨噬细胞转化，维持炎症状态、破坏关节结构[9]。

2 细胞因子参与RA的适应性免疫

全基因组关联研究将HLA-DR 基因座和 RA 之间关键遗传关联聚焦于CD4+T细胞，认为其直接与RA有关[10]。CD4+T细胞接受共刺激分子和先天免疫产生的各种细胞因子的刺激，可极化成不同的Th细胞,如 Th1、Th2、Th17、滤泡性Th(Tfh)细胞以及调节性T细胞(Treg细胞)，与常驻巨噬细胞、DC、滑膜细胞和破骨细胞相互作用。Th1细胞可以产生IFN-γ和IL-2，诱导炎性巨噬细胞的分化，使其产生TNF的能力增加，促进T细胞的发育存活，激活B细胞，从而启动和维持滑膜中的炎症反应[8]。

Th17细胞升高与RA活动度呈正相关，RA患者血清中Th17细胞的数量与28个关节的疾病活动度评分(DAS28)、抗瓜氨酸蛋白抗体(ACPA)以及C反应蛋白(CRP)水平呈正相关。Th17细胞分泌IL-17A、IL-17F以及IL-22参与RA的发展进程[11]，它们可进一步刺激滑膜成纤维细胞(FLS)和巨噬细胞产生大量IL-1、IL-6、TNF，加重滑膜炎症；FLS活化又可通过IL-8将中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞募集到关节的炎症部位，加重RA。Th17细胞亦可参与血管翳的形成，一方面，其分泌的IL-17和TNF能够直接激活血管内皮细胞；再者，IL-17可刺激巨噬细胞分泌血管内皮生长因子(VEGF)调节内皮细胞的迁移，从而促进局部血管生成。Th17细胞还可以在成骨细胞和滑膜成纤维细胞中诱导RANKL的表达，使破骨细胞生成增多，破坏关节骨和软骨。此外，RA 患者滑液中的内皮细胞在中和IL-17后显著下调，亦表明 Th17 细胞在 RA 血管生成中起重要作用[12]。活化的CD4+T细胞还有助于自身反应性B细胞产生ACPA和类风湿因子(RF)，它们通过直接激活巨噬细胞或触发补体级联进一步驱动炎症[8]。

3 细胞因子影响RA的发生、发展

先天性和适应性免疫细胞和常驻滑膜细胞搭建起RA滑膜的细胞因子环境，后续细胞因子参与RA发病机制的每个阶段并整合起相关免疫调节和炎症事件，这不仅是RA临床表现、进展的基础，而且已成为减轻RA症状的治疗选择。

3.1TNF TNF主要由单核细胞、巨噬细胞及T细胞分泌，与TNF受体1(TNFR1)和TNF受体2(TNFR2)结合，通过NF-κB或丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径诱导炎症、组织变性以及细胞凋亡[13]。TNF可多方向参与RA的发病机制：诱导白细胞和内皮细胞以及FLS、炎性巨噬细胞等滑膜细胞活化，细胞因子(如IL-6、IL-1β)和趋化因子扩增，血管生成以及伤害感受器活化[6]；协调组织募集和炎症免疫细胞的存活并促进组织破坏[14]。TNF家族成员B细胞激活因子(BAFF)和外周血单核细胞(PBMC)产生的可溶性增殖诱导配体(APRIL)均能与B细胞结合，促进B细胞增殖、分化成浆细胞以产生RF和ACPA，引起B细胞介导的RA反应[15]。以此为基础，KRUGLOV等[16]通过对小鼠TNF的选择性敲除，证明了骨髓细胞产生的TNF可以通过调节滑膜成纤维细胞的活化来控制关节炎的发作，B细胞产生的TNF通过诱导自身抗体来调节关节炎的严重程度，T细胞衍生的TNF通过调节自身反应性T细胞的发育发挥保护作用。此外，RA中抗TNF(如英夫利昔单抗)治疗的成功亦证明了TNF在RA炎症状态中的关键作用。TNF-α是由FLS、炎性巨噬细胞、T细胞、B细胞等免疫细胞分泌的关键炎症介质，其过表达或失调与不同的自身免疫性疾病有关，可影响Treg细胞的功能和分化，这对于维持免疫稳态和预防自身免疫至关重要[17]。最新研究表明，TNF-α可以增强骨细胞分泌 RANKL，从而进一步促进破骨细胞生成，打破骨破坏与骨生成的平衡，破坏关节[18]。除以上所述，TNF还可通过诱导心肌细胞凋亡对健康心肌具有心脏毒性，或许与RA患者心脏病变相关，有待于进一步研究。

3.2IL-6 在RA患者滑液中可检测到高水平的IL-6，主要由炎性巨噬细胞及FLS分泌，水平与RA活动性相关[19]，可参与RA中破骨细胞的形成、骨和软骨的降解及其他促炎介质[IL-1、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)]的释放过程。通过促进B细胞分化为浆细胞，IL-6可诱导RA自身抗体ACPA的产生。IL-6亦是Th17细胞分化的必要条件，Th17细胞可分泌IL-17、TNF-α，并以初级效应器的形式参与自身免疫性疾病的发生过程，加上对Treg细胞分化的抑制，导致Th17细胞/Treg细胞的上调，更利于包括RA在内的各种自身免疫性和慢性炎症性疾病的发展。IL-6可以促进Tfh细胞的分化，Tfh细胞可调节异位淋巴结构(ELS)，间接使RA、干燥综合征(SS)等自身免疫性疾病恶化[20]。就RA受累关节局部而言，IL-6可诱导FLS或其他细胞中的VEGF，可与微血管内皮细胞表达的VEGF受体结合，增加了微血管的通透性，加上其原始的促炎作用，长此以往导致RA患者关节肿胀、积聚，合并与JAK/STAT通路相互作用引起的关节痛，最终导致RA关节红肿热痛的发生[21]。尽管RA被认定为一种主要影响关节的疾病，但RA的发生也常常伴随其他合并症，不单是消化系统的腹泻、血液系统的缺铁性贫血[22]，甚至冠心病[23]、抑郁症危险度都可因RA患者体内IL-6水平的增加而增加。

3.3IL-1家族 RA患者关节滑膜和液体中可检测到高水平的IL-1(IL-1α和IL-1β)，主要由巨噬细胞、单核细胞和DC分泌。RA中，IL-1与IL-1的1型受体(IL1R1)结合，通过NF-κB、激活蛋白1(AP-1)途径发挥其促炎效应。其中，IL-1α主要作用于分子水平，通过诱导IL-1β、IL-6或TNF触发炎症反应，IL-1β细胞则在组织水平通过激活中性粒细胞参与先天免疫反应，促进Th17细胞分化，并通过上调RANKL及MMP，促进破骨细胞生成及软骨破坏，在关节炎症、软骨退化中发挥作用[24]。

IL-33属于IL-1超家族，在上皮细胞、成纤维细胞、DC和巨噬细胞中均有表达。IL-33通过其受体ST2(IL-1受体类似物)，激活NF-κB、MAPK通路，诱导破骨细胞分化，推动RA的发生、发展。在RA早期阶段，IL-33刺激肥大细胞产生TNF、IL-6，以及RANKL、MMP的表达，造成RA患者骨及软骨的破坏[9]。此外，目前已有试验证明，高水平IL-33出现于RA患者血清、滑膜中，与患者RF以及ACPA的存在相关[25]。

此外，成员IL-18及IL-36亦可通过NF-κB参与RA的发生、发展。其中，IL-18可与IL-1β协同，刺激活化的滑膜T细胞产生IFN-γ并促进Th1反应的发展，或直接促进巨噬细胞驱动的TNF和IL-1的产生。IL-36则可激活MAPK和NF-κB信号通路，使IFN-γ、IL-8产生增多，刺激FLS产生促炎介质[26]，增强IL-17[27]。

3.4IL-17 IL-17主要由Th17细胞分泌，家族包括6个成员(A～F),RA患者滑膜中主要以IL-17A为主，其滑膜浓度与关节损伤及疾病活动相关，可刺激促炎细胞因子如IL-6、IL-8、IL-1β和GM-CSF的产生，介导中性粒细胞募集、B细胞活化以及破骨细胞生成，最终导致骨吸收和软骨降解[4,10]。IL-17可上调IL-6的表达，诱导FLS释放MMP1和MMP3，促进组织破坏，与TNF、IL-1具有协同作用，亦可直接诱导破骨细胞生成、抑制成骨细胞生成，打破骨生成与骨破坏的平衡，导致软骨损伤和骨侵蚀[12]。此外，其在体外可增强巨噬细胞分泌IL-1、IL-6和TNF[24]。此外，IL-17A还可参与RA关节疼痛的发生，这可能与JAK/STAT通路激活及VEGF表达增加导致神经元活性上调有关[21]。

随着RA发病机制更多细节的发现，其他相关细胞因子也陆续进入大众视野。如IL-15在局部发炎的滑膜中激活中性粒细胞并延缓FLS和内皮细胞的凋亡，亦可增加巨噬细胞上主要组织相容性复合物(MHC)-Ⅱ的水平，从而增强CD4+T细胞的增殖。IL-23增强了RA中Th17细胞的致病性，诱导RA滑膜中Th17细胞的扩增和IL-17的产生。IL-32与TNF-α和IL-1β协同诱导滑膜炎症。IFN-γ增强RA的抗原呈递和巨噬细胞活化、促进破骨细胞的分化以及抑制Treg细胞分化诱导RA自身免疫反应的发生[8]，还可以诱导VCAM-1在内皮细胞上的表达，便于淋巴细胞迁移到组织[28]。

4 细胞因子在RA诊疗中的应用

目前临床主要通过红细胞沉降率(ESR)、CRP、晨僵时间、DAS28等指标来评估RA活动度，然而CRP、ESR的低特异性，晨僵时间、DAS28的主观性，都使得它们在RA活动度评价中准确性相对较差。随着细胞因子在RA领域研究的不断深入，其在RA关节炎形成、骨关节破坏、血管内皮细胞损伤等方面的作用日益显现，直接或间接影响着RA患者其他相关实验室指标，如IL-33水平与ESR、CRP、RF以及DAS28评分呈正相关。此外，高细胞因子水平带来的更为严重的炎症以及更多的疾病活动，也预示着RA患者预后较差。基于上述，细胞因子检测现已逐渐成为RA早期诊断、病情评估以及预后评估的重要指标。

靶向细胞因子是RA治疗的主要进展。(1)直接靶向促炎因子或其受体：如TNF抑制剂能够调节巨噬细胞表型，转变为更强的抗炎吞噬表型，以减少TNF-α、IL-6、IL-12，增加IL-10，继而通过转录激活因子3(STAT3)、细胞因子信号传导3(SOCS3)以及GAS6参与的信号转导来抑制炎症[29]。IL-6抑制剂可诱导B细胞扩增，减少促炎细胞因子，使趋化因子基因下调，此外还可增加骨保护素，可能与阻断 RANKL信号传导和抑制骨吸收有关[30]。除细胞因子单一抑制剂外，参与 RA 发病机制的多细胞因子联合阻断或可成为治疗RA的新方法。(2)靶向免疫细胞：如靶向T细胞，阿巴西普(选择性T细胞共刺激调节剂)，可干扰T细胞的免疫激活，下调IL-6、TNF-α、IL-1β。如靶向B细胞，利妥昔单抗可消耗B细胞从而减少微环境中TNF和IL-6的产生，并可能间接作用于滑膜巨噬细胞成分。再如基于Th17细胞可转化为毒性更强的Th1细胞，而靶向Th17细胞，进而减少IL-17、IL-23的生成，以及诱导炎性巨噬细胞快速凋亡等，都可以成为RA治疗的潜在靶点。(3)靶向信号通路：如JAK/STAT通路，该靶向通路不仅可以直接抑制通路相关细胞因子表达，亦可以间接抑制TNF-α等非通路因子，从而减轻RA患者的疼痛[21]，代表药物托法替尼可抑制STAT-1及下游炎症靶基因的激活，改善滑膜炎的同时下调MMP、IL-6、IFN-γ、TNF等炎症细胞因子。如MAPK通路，3，3′-二吲哚甲烷(DIM)[31]、白藜芦醇[32]可以作用于该通路降低滑膜中TNF-α诱导的促炎因子表达，预防炎症、保护膝关节，或可成为潜在RA的治疗靶点。此外，经典的NF-κB信号通路因可调节炎症细胞因子的表达，并能被炎症细胞因子刺激持续激活的特性，也被认为是RA的治疗靶点[15]。

细胞因子靶向药物的迅猛发展，也使得可规避昂贵、无效治疗的伴随诊断愈发重要。伴随诊断作为一种体外诊断，在肿瘤应用(如筛选靶向治疗获益人群、监测治疗反应等)领域已基本完备阐述，但与肿瘤不同，RA仍缺乏完备的伴随诊断来准确预测哪些常见抗风湿药、生物制剂或其他药物对于哪类特定患者最有效，致使RA患者可能会接受十几种不同的抗风湿药治疗，来尝试实现低疾病活动度。因此，在确定最佳药物之前，这些频繁且昂贵的药物更换(平均每种药物试药周期3个月)将使RA患者面临药物毒性和(或)不可逆关节损伤的风险增加，并且疾病表型也可能会随着时间而改变。研究表明，RA患者疾病活动控制不佳的时间越长，对治疗药物的抵抗力越强，达到缓解的可能性就会越小。细胞因子相关检测技术，如质谱流式细胞技术的发展，或许可以一定程度上填补RA伴随诊断上的部分空白，从而相对减轻RA治疗压力。

5 结 语

RA是一种可以导致进行性关节炎性损伤、功能失调等并发症的慢性炎症性自身免疫性疾病，基于现有治疗，全球仍有约25%患者饱受全身炎症、持续性滑膜炎、滑膜细胞扩张(血管翳)等的困扰，在晚期出现关节畸形乃至残疾，所以更好地了解导致RA发生、发展的分子机制及完善细胞因子监测，无论是对RA的早期诊断、活动性判断、用药指导、确定新的治疗靶点，还是制订个性化治疗都具有重要的临床意义。目前针对RA发病机制的探索仍在不断进行中，其他相关细胞因子也将陆续揭开面纱，新生物靶点的出现将为RA乃至整个自身免疫性疾病相关系统的诊疗增加新的检测手段，为其诊疗开辟出一片崭新的前景。