细胞因子在类风湿关节炎发病机制中作用的研究进展

[摘要] 类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种病因尚未明确的以滑膜慢性炎症为主的自身免疫性疾病，近年研究发现，细胞因子网络失衡在RA的发病和进展中发挥着重要作用，该病的加重或好转依赖于炎性细胞因子和调节性细胞因子之间的动态变化。其中TNF-α、IL-1、IL-17、IL-33等在RA滑膜病变中起核心作用，而IL-4、IL-10、TGF-β等细胞因子却可以起到减轻关节损伤的作用。本文将从致炎细胞因子、抑炎细胞因子与RA之间的关系来阐述RA的发病机制。

[关键词] 细胞因子；类风湿关节炎；发病机制；致炎因子；抑炎因子

[中图分类号] R593.22 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2012）03（a）-0012-03

The progress of study about cytokines on the rheumatoid arthritis nosogenesis

DING Limin SUN Wanbang

Zhuhai Campus of Zunyi Medical College (Immunology Graduate Students Education Innovation Base in Guizhou Province), Zhuhai 519041, China

[Abstract] Rheumatoid Arthritis (RA) is a kind of self-immune disease with an unknown pathogen, which mainly manifested the chronic inflammation of synovium. Recent studies have found that the cytokine network plays an important role in the onset and progression of RA, the increase or improve of RA depends on the dynamics between inflammatory cytokines and anti-inflammatory cytokines. TNF-α, IL-1, IL-17, IL-33 play a bad role, however, IL-4, IL-10, TGF-β can reduce the joint damage. The progress of study about cytokines on the Rheumatoid Arthritis nosogenesis was described in this review.

[Key words] Cytokines; Rheumatoid arthritis; Nosogenesis; Inflammatory cytokines; Anti-inflammatory cytokines

类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种病因尚未明确的以关节滑膜慢性炎症为主的自身免疫性疾病，以往认为类风湿关节炎是以Ⅲ型超敏反应为主，血清中的自身抗体即类风湿因子（RF）是一种针对RA自身抗原IgG的IgM，RF与自身抗原结合形成的免疫复合物（IC）沉积于关节囊滑膜，引起滑膜增厚、充血、水肿、淋巴细胞和巨噬细胞浸润。随着RA动物模型的建立以及分子生物学和免疫学技术的进展，发现滑膜细胞、单核/巨噬细胞和淋巴细胞产生的大量细胞因子在RA的发病机制中起着重要作用。这些细胞因子通过作用于多种细胞并相互调节，形成一个复杂的网络，细胞因子网络失衡促进了RA的发生和发展[1]。

1 炎性细胞因子在RA发病机制中的作用

1.1 IL-1和TNF-α

RA患者血清、关节滑液中白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的水平高低与RA临床活动性明显相关。人IL-1分为IL-1α和IL-1β两个亚型，分别含有159和153个氨基酸残基。IL-1主要由单核/巨噬细胞所分泌，是RA起病过程中重要的炎性因子。IL-1β分子结构较为独特，是由12个β片层折叠袢组成的四面体样结构。IL-1β是RA软骨破坏的重要原因之一，能分泌到细胞膜的外面，通过作用于其他细胞发挥效应，而IL-1α只能发挥自分泌信使的功能，致炎性较弱。肿瘤坏死因子分为TNF-α和TNF-β两种类型，活化的T细胞、NK细胞和肥大细胞均能产生TNF-α。TNF-α由157个氨基酸残基组成，在溶液中以三聚体形式存在。TNF-α的产生细胞及效应靶细胞与IL-1有很大相关性，又常同时合成分泌，因此被称为姊妹细胞因子。IL-1和TNF-α在活动性RA中主要参与以下病理过程：（1）激活血管内皮细胞，诱导细胞黏附分子表达，关节炎时血液中的白细胞通过与黏附分子相互作用被汇集到关节腔。（2）刺激滑膜细胞和软骨细胞合成并释放前列腺素E2（PGE2）和胶原酶等小分子炎症介质。（3）通过刺激滑膜细胞和软骨细胞合成过量的胶原酶和基质溶素（蛋白多糖酶），增加蛋白多糖降解，促进软骨吸收，从而导致骨和软骨的破坏[2-3]。（4）抑制各种生长因子对软骨细胞的促有丝分裂作用。在某些病理状况下，IL-1可以与TNF-α发挥协同性生物学效应[4]。

Boyle DL等[5]用实时定量PCR的方法证实，RA患者滑膜中IL-1β的表达水平高于骨关节炎患者。Abramson SB等[6]认为阻断IL-1可有效地保护骨和软骨。研究表明IL-1受体拮抗剂可用于成人中重度活动性RA的治疗，是一种安全、有效的新型免疫治疗药物。目前IL-1Rα的转基因治疗正在探索中。岳涛等[7]研究表明，用 TNF-α单克隆抗体治疗RA，患者临床症状明显改善，骨破坏受到抑制，表明TNF-α同样是 RA有效的治疗靶点。然而值得注意的是，人们对抗TNF-α治疗自身免疫病的具体机制了解并不深入，因此对于其副作用也不能积极预防。最近一项研究表明，患者在使用抗TNF-α治疗之后，机体受真菌和细菌感染的概率增加，这可能和使用抗TNF-α药物后，机体的一类清除细菌感染的CD8+记忆性T细胞被清除有关[8]。

1.2 IL-17

白细胞介素17（interleukin-17，IL-17）家族是近几年来陆续发现的一类炎性细胞因子，在人类中至少存在6个家族成员，包括IL-17A～F，均为IL-17的同源分子。这些细胞因子为由163～202个氨基酸组成的大小为23～36 kD的二聚体分子，细胞因子间含有20%～30%相同的氨基酸序列。Th17细胞可以产生大量的IL-17A，除Th17细胞外，其他细胞也能产生IL-17A和IL-17F，包括γδ T细胞、NKT细胞、NK细胞、中性粒细胞和嗜酸粒细胞。IL-17家族细胞因子参与炎症反应、自身免疫病、器官移植排斥反应等疾病的发展过程[9]。其中IL-17（IL-17A）是最重要的细胞因子，IL-17可诱导炎症细胞因子（如IL-1β、IL-6、TNF、GM-CSF）、趋化因子（如CXCL1、CXCL8、CXCL10、MCP-1和MIP-2）和基质金属蛋白酶MMP-1的表达，引起组织细胞浸润和破坏[10]；IL-17诱导产生的TNF、IL-1、IL-6可通过反馈作用使关节微环境中的Th17细胞进一步扩增，而且Th17细胞NF-κB受体活化因子配体（RANKL）的表达，破坏RANKL/骨保护素（OPG）的平衡，可以诱导破骨细胞祖细胞向成熟破骨细胞分化，使破骨细胞增加而成骨细胞减少，促进软骨和骨头破坏/再吸收；同时也参与中性粒细胞的增殖、成熟和趋化，对T细胞的活化起协同刺激作用，并能促进树突状细胞的成熟。研究发现IL-17与许多炎症反应和自身免疫性疾病的发生和发展有关[11]，IL-17在RA患者关节滑膜液中的含量明显高于骨性关节炎患者滑膜液中的含量[12]。Bush G等[13]通过特异性阻断IL-17，发现可减轻佐剂性关节炎大鼠足爪的肿胀度。Lubberts E等[14]研究报道，在胶原诱导型关节炎模型中使用含兔抗鼠IL-17抗体的血清治疗后，组织学检查表明关节炎症状和软骨、骨的侵蚀程度得到缓解，与炎症相关的细胞因子如 IL-1、TNF-α的表达水平也明显下降。

1.3 IL-33

白细胞介素-33（interleukin-33，IL-33）是新发现的IL-1家族的细胞因子，和IL-1家族的其他成员有着共同的结构域，该结构域位于IL-33的C端，由12股β链组成，亦叫做IL-1样结构域。类风湿关节炎时，滑膜成纤维细胞和内皮细胞可能是IL-33的主要来源[15]。研究发现，IL-33很少在静止的滑膜成纤维细胞表达，而在胶原诱导的关节炎（CIA）和RA中IL-33 的表达显著增加。可能是此类关节炎中IL-1β和TNF-α含量的增加促进了IL-33的产生[16]。在动物模型研究中，IL-33可增强胶原始动的炎性应答，敲除其受体后症状减轻[17]。IL-33能够通过以下途径促进炎性应答：（1）IL-33能够直接激活肥大细胞分泌依次引起关节炎症的细胞因子。（2）IL-33促使肥大细胞所产生的IL-1等细胞因子可以促使Th细胞平衡状态向Th17和Th1转变，从而增加IL-1，IL-17等炎症因子的分泌。（3）IL-33也能刺激CD4+T细胞产生IL-5和IL-13等增强B 细胞活化的细胞因子，从而导致IgG产量的增加。这些抗体进一步通过引发肥大细胞脱颗粒或与胶原形成免疫复合物而加重关节炎症。

2 抑炎因子在RA发病机制中的作用

2.1 IL-4

白细胞介素-4（interleukin-4，IL-4）是一种具有多种生物学作用的细胞因子，主要由活化的T细胞、单核细胞、肥大细胞所分泌。IL-4是一种分子量约为20 kD的糖蛋白，成熟的IL-4分子由129个氨基酸组成，编码其分子的基因位于5号染色体上，由4个外显子和3个内含子组成，基因长度约为10 kb，是已知的人的淋巴因子中最长的碱基序列。

IL-4发挥抑炎作用主要体现在以下几个方面：首先， IL-4能调节RA多种不同类型细胞的活性，从而抑制TNF-α、IL-6、IL-8等的活性，抑制NO的合成、PGE2的产生，从而控制炎症发生，保护关节软骨和关节下骨及其他关节组织的完整性。其次，IL-4还可抑制关节滑膜细胞产生白血病抑制因子（LIF），而LIF可增加TNF-α和IL-1β在软骨细胞和滑膜成纤维细胞中的表达。另外，IL-4还能上调IL-1Ra的产生，刺激单核/巨噬细胞和中性粒细胞产生可溶性 Ⅱ型IL-1R；上调抑制性受体FcγRⅡb2的表达，下调RA巨噬细胞上FcγRⅠ和FcγR Ⅲ的表达[18]，从而降低炎症因子对骨与软骨的损坏。因此认为IL-4具有抗炎作用，同时IL-4还可以协同IL-10抑制Th1细胞反应来抑制炎症反应[19]。

2.2 IL-10

白细胞介素-10（interleukin 10，IL-10）是一种含有178个氨基酸残基的单链糖蛋白，其活性形式通常是由二硫键连接两个同源亚基而形成的寡二聚体。分泌人IL-10的细胞除了单核/巨噬细胞外，CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞、角化细胞以及一些肿瘤细胞也可合成。IL-10是一种具有多项调节功能的细胞因子，是机体免疫系统的中枢免疫分子之一，对免疫细胞和免疫分子具有双向调节作用：不但具有较强的免疫抑制作用，而且具有免疫刺激活性。IL-10在免疫抑制方面：第一，IL-10可抑制Th1细胞及其亚群合成的细胞因子的活性。调节Th1/Th2细胞因子网络，可诱导Th1向Th2偏移。第二，IL-10还可以抑制巨噬细胞产生的致炎因子，它可以抑制LPS导致的多种炎症因子的释放。第三，IL-10还可抑制PBMC产生TNF、IFN、GM-CSF，降低DC细胞表达MHC-Ⅱ类分子、ICAM-1及共刺激分子，阻碍DC细胞的抗原递呈能力，诱发T细胞针对异种抗原的无能反应[20]。IL-10虽然主要介导抑制，但它对某些细胞也具有刺激性作用，能提高内源性抗炎物质，如可溶性TNF受体和IL-1受体拮抗剂，从而抑制IL-1和TNF-α的作用。因此IL-10是具有多重活性的调节性细胞因子[21]。实验证实，IL-10可以治疗各种RA的动物模型。胶原性关节炎（CIA）中，用IL-10治疗鼠CIA，能抑制CIA的进展，减轻关节肿胀和软骨破坏。佐剂性关节炎（AA）大鼠实验表明，IL-10可明显降低炎症细胞因子IL-1，TNF-α的表达，骨与软骨的破坏明显减轻。RA患者用IL-10治疗28 d后观察到病情缓解，可溶性TNF受体水平升高以及TNF-a和IL-1β受到抑制，且耐受性好，不良反应少。用甲氨蝶呤（MTX）治疗类风湿关节炎的实验中，IL-10的水平与RA活动性成呈相关。随着患者关节炎的改善，患者外周血单核细胞产生的IL-10也明显增多[22]，但最近一次临床试验结果却不理想，治疗后仅具有一定的疗效[23]。

2.3 TGF-β

转化生长因子β（transforming growth factor beta，TGF-β）是一种多功能的多肽类细胞因子，在调节细胞的生长和分化中起重要作用。TGF-β是由两个结构相同或相近的、分子量为12.5 kDa的亚单位借助于二硫键连接的双体，机体多种细胞均可分泌非活性状态的TGF-β。

TGF-β是TGF-β超家族中的一员，通常被认为是一种炎症反应的负调节因子，在血浆中以潜在形式出现且侵入所有器官，主要入侵关节滑膜组织，与基质成分结合在一起，形成这一因子的组织储存库，进一步发挥免疫抑制作用。TGF-β是Treg细胞分化的关键分子。当机体免疫系统未被激活时，TGF-β有利于Treg细胞形成，成为抗炎调节性T细胞，抑制炎症形成并阻止自身免疫性疾病的发生。TGF-β1还可与细胞毒性T细胞相关抗原-4（CTL-4）共同作用而终止免疫反应[24]。实验表明，RA患者血液中TGF-β的水平明显低于正常人，关节滑膜中TGF-β的增加可抑制局部炎症细胞和淋巴细胞的功能[25]。但也有人发现[26]，TGF-β也可促进滑膜增生、增强炎症细胞趋化、促进细胞外基质合成、促进新生血管及血管翳生成。但趋于认为其保护作用强于其致病作用。

3 小结

在RA发病中，各种细胞因子之间通过合成与分泌的相互调节、受体表达的相互调节、生物学效应的相互影响等，组成了一个复杂的细胞因子网络。其中，IL-1、TNF-α和IL-6、IL-17之间有显著的协同作用，共同促进免疫病理过程[27]。细胞因子间出了协同作用外，还存在着拮抗作用。IL-4、IL-10和TGF-β等抗炎因子可下调IL-1和TNF-α的产生。因此，RA可被看做是由促炎和抑炎因子两者不平衡而造成的一种疾病。近几年来，以致炎细胞因子为靶分子的免疫治疗已成为研究RA治疗切入点，为类风湿关节炎的治疗提供了新的前景。

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（收稿日期：2011-12-29）