炎癥、骨重建和類風濕關節(jié)炎全身骨量丟失的相關性研究

孫怡寧 馮秀媛 曾令霞 羅靜 王亞文 李娜 何嵐*

1.西安交通大學第一附屬醫(yī)院風濕免疫科，陜西 西安 710061 2.西安交通大學公共衛(wèi)生學院流行病學和生物統(tǒng)計學教研室，陜西 西安 710061 3.西安交通大學第一附屬醫(yī)院檢驗科，陜西 西安 710061

類風濕關節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)是以慢性進行性多關節(jié)炎為特征的系統(tǒng)性自身免疫病，全身骨質疏松是RA病程發(fā)展過程中重要的關節(jié)外表現(xiàn)，最常見的發(fā)病部位是腰椎、股骨和前臂[1]。早期或初發(fā)RA患者即可發(fā)生骨質疏松和骨量減低[2]。長病程RA患者與對照組相比，其骨質疏松發(fā)生率將增加2倍，椎體骨質疏松的發(fā)生率為19%～32%，髖部骨質疏松的發(fā)生率為7%～26%[3]。全身骨量丟失造成RA患者脆性骨折的風險顯著增高，通過對絕經后女性RA患者的隨訪觀察研究[4]表明，5年內有19%的患者出現(xiàn)新發(fā)椎體骨折，16 %的患者出現(xiàn)新發(fā)非椎體骨折。RA患者髖部骨折的風險最高，腕關節(jié)、肱部、髖部和骨盆骨折的發(fā)生率比非RA人群高1.5倍[5]。

骨量的維持取決于破骨細胞的骨吸收和成骨細胞的骨形成處于動態(tài)平衡，破骨細胞的骨吸收增加是RA患者全身骨量丟失的主要原因[6]。破骨細胞起源于骨髓單核/巨噬細胞系(bone marrow derived monocyte/macrophage lineage cells，BMMs)，核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)與破骨細胞前體細胞表面核因子-κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)的結合在誘導破骨細胞前體細胞向成熟破骨細胞分化過程中起關鍵作用[7]。骨轉換指標(bone turnover markers，BTMs)是骨吸收和骨形成過程中產生、釋放的蛋白質和基質降解產物，血清I型膠原羧基端交聯(lián)肽(C-terminal telopeptide of type I collagen，I-CTX)和I型膠原氨基端前肽(aminoterminal propeptide of type I collagen，PINP)目前被認為是分別代表破骨細胞骨吸收和成骨細胞骨形成最好的BTMs[8]。Fardellone等[9]發(fā)現(xiàn)血清RANKL、I-CTX能較好地反映RA患者全身骨吸收水平，PINP則能更好地反映接受TNF-α抑制劑(TNF-α inhibitors，TNFi)治療的RA患者的治療反應。

免疫炎癥是引起RA患者全身骨量丟失的重要原因之一，腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和白介素-6(interleukin，IL-6)不僅是引起RA關節(jié)炎的主要炎性細胞因子，同時參與RA患者全身的骨重建。TNF-α促進破骨細胞前體細胞表達RANK，刺激成骨細胞、骨細胞、T、B淋巴細胞產生和表達RANKL，是破骨細胞分化的刺激因子[10]。TNF-α與RANKL可以協(xié)同作用誘導BMMs分化為成熟破骨細胞[11]。通過對IL-6轉基因小鼠的研究[12]發(fā)現(xiàn)，IL-6促進了破骨細胞分化、降低成骨細胞活性導致小鼠骨吸收增加、全身骨量丟失。臨床研究[13-14]證實，抗TNF-α和抗IL-6生物制劑可以阻止RA患者全身骨丟失，使骨形成指標升高、骨吸收指標下降，進一步證實炎性細胞因子在引起RA患者全身骨量丟失中發(fā)揮了作用。本研究擬納入符合2010年美國風濕病學會/歐洲抗風濕聯(lián)盟(American College of Rheumatology/European League Against Rheumatism，ACR/EULAR)RA分類標準的患者，通過檢測患者血清TNF-α、IL-6、RANKL、I-CTX、PINP水平以及腰椎和髖部骨密度，分析炎性細胞因子、BTMs與腰椎和髖部骨密度的相關性，探討免疫炎癥、骨重建在RA患者全身骨量丟失中的作用。

1 材料與方法

1.1 研究對象

納入2017年1月至2018年1月就診于我院風濕免疫科、符合2010年 ACR/EULAR RA分類標準、年齡 ≥ 18歲的RA患者117例，其中男性38例，女性79例，平均年齡(54.24±13.39)歲。將RA患者分為初治組即未使用任何藥物或僅間斷使用非甾體抗炎藥的初發(fā)未治療患者[41例，平均病程(25.15±46.29)個月]和復治組即曾使用糖皮質激素和(或)傳統(tǒng)緩解病情抗風濕藥和(或)生物制劑和(或)雙膦酸鹽的患者[76例，平均病程(130.06±124.06)個月]。對照組選擇同時期在我院體檢中心查體的健康人群51名，其中男性18名，女性33名，平均年齡(40.53±7.26)歲。

1.2 血清TNF-α、IL-6和RANKL檢測

收集RA患者和健康對照人群的清晨空腹靜脈血，分離血清，-80 ℃冰箱保存。按人TNF-α、IL-6和RANKL ELISA試劑盒(欣博盛生物公司)說明書操作，在抗體包被的酶標板(96孔)上依次每孔加入血清100 μL、生物素化的抗體100 μL、辣根過氧化物酶標記的親和素100 μL、顯色底物100 μL，經洗滌、孵育后在酶標儀(BioTek，ELX800)450 nm處進行測定。

1.3 血清I-CTX和PINP檢測

收集RA患者清晨空腹靜脈血，分離血清，按人I-CTX和抗PINP電化學發(fā)光檢測試劑盒(羅氏公司)說明書操作。首先將50 μL血清與生物素化抗I-CTX和抗PINP單克隆抗體混勻，然后加入鏈霉親和素包被的微粒和釕標記的抗I-CTX與抗PINP單克隆抗體，將反應混合液吸入到測量池，采用全自動電化學發(fā)光免疫分析儀(cobase e 602)進行檢測。

1.4 骨密度檢測

采用雙能X線骨密度儀(LEXXOS-LX381, 法國DMS)測量患者腰椎(L1～4)和髖部骨密度。操作由一名專業(yè)人員完成，腰椎骨密度重復測量準確性為0.16 %，髖部骨密度重復測量準確性為0.15 %。骨密度以數(shù)值(g/cm2)和標準差(T值)的形式表示，根據(jù)WHO骨密度測量診斷標準即T<-1.0為骨量減低，T≤-2.5為骨質疏松。

1.5 統(tǒng)計學分析

2 結果

2.1 RA患者骨密度比較

初治組RA患者中腰椎和(或)髖部骨量減低者占46.3%、骨質疏松者為24.4%，腰椎骨質疏松者為24.4%，髖部骨質疏松者為5.2%。復治組RA患者腰椎和(或)髖部骨量減低者占28.9%、骨質疏松者為44.7%，腰椎骨質疏松者為45.5%，髖部骨質疏松者為10.7%，見表1。

表1 RA患者腰椎和髖骨密度比較Table 1 Bone mineral density of the lumbar spine and total hip in the patients with rheumatoid arthritis

2.2 RA患者與正常對照人群血清TNF-α、IL-6和RANKL比較

初治組RA患者血清TNF-α和IL-6水平與對照組比較，差異無統(tǒng)計學意義[(26.07±46.76)pg/mL,(11.45±4.18)pg/mL,Z=-0.876,P=0.381;(7.50±5.17)pg/mL,(9.43±7.99)pg/mL,Z=-1.799,P=0.072];復治組RA患者血清TNF-α和IL-6水平較對照組顯著增高[(22.63±33.55)pg/mL,(11.45±4.18)pg/mL,Z=-2.038,P=0.042;(10.38±17.69)pg/mL,(9.43±7.99)pg/mL,Z=-3.086,P=0.002]。意料之外的是，初治組RA患者和復治組RA患者血清RANKL均明顯低于對照組[(16.11±8.06)pg/mL,(15.10±6.30)pg/mL,(20.81±22.22)pg/mL;Z=-2.058,P=0.040;Z=-3.028,P=0.002]。見圖1。

圖1 RA患者和健康對照血清TNF-α、IL-6和RANKL比較Fig.1 Serum levels of TNF-α, IL-6, and RANKL in RA patients and the controls

2.3 RA患者血清TNF-α、IL-6與骨轉換指標的相關性

初治組RA患者血清TNF-α和IL-6與骨轉換指標RANKL、I-CTX、PINP均無顯著相關性(P>0.05);復治組RA患者血清TNF-α與血清RANKL水平呈顯著正相關(r=0.451,P=0.000)，而與血清I-CTX和PINP無顯著相關(P>0.05);復治組RA患者血清IL-6與血清RANKL、I-CTX、PINP均無顯著相關性(P>0.05)。

2.4 RA患者血清TNF-α和IL-6與骨密度的相關性

初治組RA患者血清TNF-α和IL-6與患者腰椎和髖部骨密度無顯著相關性(P>0.05);復治組RA患者血清TNF-α與患者腰椎和髖部骨密度無顯著相關(P>0.05);復治組RA患者血清IL-6與患者腰椎骨密度呈顯著負相關(r=-0.236,P=0.040)，而與患者髖部骨密度無顯著相關性(P>0.05)。

2.5 RA患者血清BTMs與骨密度的相關性

初治組RA患者血清RANKL與患者腰椎和髖部骨密度無顯著相關性(P>0.05)，血清I-CTX、PINP與患者髖部骨密度呈顯著負相關(r=-0.332,P=0.042;r=-0.482,P=0.003)，與腰椎骨密度無顯著相關性(P>0.05);復治組RA患者血清RANKL、I-CTX、PINP與患者腰椎和髖部骨密度均無顯著相關性(P>0.05)。

3 討論

RA是以關節(jié)滑膜炎為主要病理特征的系統(tǒng)性自身免疫病，RA引起的骨損害表現(xiàn)在3個方面：受累關節(jié)骨侵蝕、受累關節(jié)骨質疏松和全身骨量丟失[15]?！肮敲庖邔W”研究[16]發(fā)現(xiàn)，RA發(fā)病與病程中的免疫炎癥和異常的自身免疫干擾了正常的骨轉換，導致RA患者全身骨量丟失。此次研究中發(fā)現(xiàn)，初治組RA患者中骨量減低的患者比例較復治組增多(46.3%; 28.9%)，而復治組RA患者中骨質疏松的患者比例較初治組增多(44.7%; 24.4%)，兩組患者腰椎骨質疏松的比例較髖部骨質疏松的比例更高，這些結果與筆者前期關于初發(fā)結締組織病患者低骨量的研究結果基本一致[17]。復治組RA患者并發(fā)骨質疏松比例較初治組患者增高可能與病程長、疾病控制不佳、既往使用糖皮質激素等藥物有關。

在此次研究中首先對比了初治組RA患者、復治組RA患者和正常對照人群血清TNF-α、IL-6與RANKL水平，結果發(fā)現(xiàn)雖然初治組RA患者血清TNF-α和IL-6水平與對照組無明顯差異，但復治組RA患者血清TNF-α和IL-6水平較對照組均顯著增高，說明RA患者具有以T細胞免疫異常為特征的慢性炎癥的持續(xù)存在。動物實驗和細胞實驗[18]均發(fā)現(xiàn)，TNF-α可以促進RANKL/RANK表達和相互作用，與RANKL協(xié)同作用誘導破骨細胞分化成熟。對RA小鼠模型的研究[19]表明，IL-6增加了小鼠脛骨骨髓中破骨細胞前體細胞的數(shù)量，抗IL-6受體抗體顯著抑制了小鼠全身骨丟失。在糖皮質激素誘導的骨質疏松小鼠模型IL-6抑制椎體骨髓間充質細胞向成骨細胞分化，抑制成骨細胞形成[20]。對RA患者十年的隨訪研究[21]證實了有效地抗炎治療可以減少患者股骨頸、髖和腰椎骨密度的下降。相關性分析顯示患者體質量指數(shù)、吸煙和女性患者的絕經狀態(tài)在初治和復治RA患者中與BTMs和骨密度均無顯著相關性。筆者進一步對血清TNF-α、IL-6與BTMs和骨密度進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)復治組RA患者血清TNF-α與骨吸收指標RANKL水平呈顯著正相關(r=0.451,P=0.000)，血清IL-6與患者腰椎骨密度呈顯著負相關(r=-0.236,P=0.040)。可見長病程復治RA患者的TNF-α和IL-6可能與破骨細胞骨吸收增加有關，并且在引起全身骨量丟失中發(fā)揮作用。

RANKL是誘導破骨細胞前體細胞向成熟破骨細胞分化最主要的成分，但此次研究中無論是初治組還是復治組，RA患者的血清RANKL均明顯低于對照組，這一結果與其他文獻報道不同。Johansson等[22]發(fā)現(xiàn)，在RA患者癥狀發(fā)生前數(shù)年即可有RANKL水平的增高。ACPA陽性的早期未治療RA患者血清RANKL水平明顯高于ACPA陰性患者，并且血清RANKL水平與關節(jié)骨侵蝕相關[23]。RANKL分為膜結合型和可溶性，可溶性RANKL調節(jié)破骨細胞前體細胞分化的作用相對弱[24]，成骨細胞、骨細胞和T淋巴細胞等表達的膜結合型RANKL激活破骨細胞前體細胞RANK信號是調節(jié)破骨細胞分化的主要途徑[7]。除此以外，骨髓間充質細胞表達的骨保護素(osteoprotegerin，OPG)可以做為RANKL的誘餌受體抑制破骨細胞前體細胞分化[25]。因此，在早期初發(fā)RA患者全身骨量丟失中血清可溶性RANKL發(fā)揮怎樣的作用仍有待進一步研究。BTMs與骨密度的相關分析表明，初治RA患者血清骨吸收指標I-CTX和骨形成指標PINP與患者髖部骨密度呈顯著負相關，由于骨重建過程中破骨細胞骨吸收和成骨細胞骨形成的時空偶聯(lián)[26]，進一步說明骨轉換增高在引起初發(fā)未治療RA患者髖部骨量丟失中發(fā)揮了作用。

此次研究結果表明，骨轉換增高可能是引起初治RA患者髖部骨量丟失的原因。復治RA患者持續(xù)存在的慢性炎癥可能通過增加破骨細胞骨吸收引起腰椎骨量丟失。此次研究的不足之處在于，初治組RA患者例數(shù)相對較少，難以對RA患者進行抗環(huán)瓜氨酸肽抗體陽性或陰性、類風濕因子陽性或陰性，性別、絕經前或絕經后等進一步的分層分析。另外，對照組僅納入了健康人群，如能納入年齡和性別分布與RA患者相匹配的骨關節(jié)炎患者做為對照會更佳。因此，進一步擴大入組RA患者樣本量，增加不同的人群作為對照，對患者進行更加詳細的分層分析將是下一步研究的方向。