骨免疫調控成骨在激素性股骨頭壞死的作用△

鄧立慶，羅月，康鵬德*

（1.西藏自治區(qū)人民政府駐成都辦事處醫(yī)院骨科，四川成都 610041；2.四川大學華西醫(yī)院骨科，四川成都 610041）

股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head,ONFH）是骨科一種常見難治性疾?。?］。糖皮質激素（glucocorticoids,GCs）的應用是誘發(fā)ONFH 的主要因素之一［2，3］。研究GCs 誘發(fā)ONFH 發(fā)病機制和早期精準有效防治是ONFH 研究的重點。隨著對骨免疫相關細胞，包括調節(jié)性T 細胞（regulatory T cells,Treg）和巨噬細胞（macrophage,M）介導的骨免疫調控成骨在骨損傷、骨壞死修復領域研究的不斷深入，以及其在GCs 誘發(fā)ONFH 發(fā)生發(fā)展中作用機制研究，骨免疫細胞介導的骨壞死修復成為當前此復領域研究的熱點和重點之一，Treg 細胞是介導骨免疫成骨的核心細胞且與激素誘發(fā)ONFH 密切相關［4，5］。本文就骨免疫調控成骨在激素性股骨頭壞死的作用機制及應用展望做了綜述。

1 GCs 與Treg 細胞

GCs 誘發(fā)ONFH 發(fā)生，以及壞死骨組織修復停滯和骨吸收病情進展與GCs 作用下Treg 細胞數量下降、活性阻抑和其介導的骨免疫調控成骨停滯密切相關［6～12］。既往研究表明，GCs 誘發(fā)ONFH 的發(fā)生、發(fā)展與超生理劑量GCs 誘導骨組織細胞，包括骨免疫相關細胞的代謝異常密切相關［13～16］。GCs 導致BMSCs 增殖及成骨分化抑制，成骨細胞（osteoblast,OB）數量及成骨活性下降，OB 和骨細胞（osteocyte,OS）凋亡；而破骨細胞（osteoclast,OC）分化與破骨活性增強并延長，OC 過度活動導致骨吸收增強，誘發(fā)ONFH 并病情進展股骨頭塌陷［6，17～19］。此外，在GCs 作用下，局部Treg 細胞數量下降，活性阻抑，其介導的骨免疫調控成骨及骨修復被阻抑停滯［8～10］。在哮喘小鼠模型中，GCs 作用下小鼠肺和淋巴器官中也出現(xiàn)Treg 數量下降、活性抑制［20］。體外經地塞米松處理后反映Treg 細胞數量與活性的標記物FoxP3mRNA 和促組織修復因子IL-10、TFG-β 等表達下降［11，21］。Treg 細胞通過分泌IL-10、TGF-β 誘導BMSCs 增殖、促進OB 分化，還通過分泌IL-10、IFN-γ 等細胞因子抑制RANKL 和M-CSF 的合成抑制OC 分化、破骨活性，由此介導骨免疫調控成骨和骨修復［22～25］。

ONFH 患者股骨頭標本流式細胞檢測顯示骨壞死區(qū)Treg 細胞數量顯著減少［8］。在二磷酸鹽相關下頜骨壞死病例中，骨壞死周圍區(qū)域局部Treg 細胞數量和功能異常改變；在小鼠下頜骨壞死模型通過注射體外擴增的Treg 細胞，可糾正Treg 細胞數量和功能，顯著降低二磷酸鹽相關的骨壞死發(fā)生率和嚴重程度［26］。雖然二磷酸鹽相關下頜骨壞死與ONFH 在發(fā)病機制上可能存在區(qū)別，但是骨細胞壞死、骨結構破壞等共同的病理改變可能提示局部免疫異常，尤其是Treg 細胞數量、功能異常與骨壞死發(fā)生發(fā)展密切相關，同時也進一步表明在相關因素作用下Treg 細胞數量下降或活性抑制與ONFH 的發(fā)生和發(fā)展密切相關，GCs 導致Treg 細胞數量下降和活性阻抑，Treg細胞對骨穩(wěn)態(tài)的維護，介導骨免疫成骨效能以及促進BMCs 成骨分化和成骨等生物活性被阻抑。

因此，ONFH 的發(fā)生發(fā)展與GCs 作用下Treg 細胞數量下降和活性阻抑，以及Treg 細胞介導的骨免疫調控成骨停滯密切相關。研究干預并阻斷GCs 對Treg 細胞數量與活性表達的抑制，向骨壞死區(qū)募集足夠數量的Treg 細胞并激活，構建局部免疫調控成骨微環(huán)境，促進Treg 細胞介導的骨免疫成骨效能修復重建骨損傷、骨壞死，將有望成為研究GCs 誘發(fā)ONFH 發(fā)病機制、從骨免疫角度研究其早期防治的重要方向。

2 Treg 細胞骨免疫調控成骨

骨免疫介導調控成骨和促進骨修復的核心是有效地動員Treg 細胞定向遷移、歸巢至骨損傷部位或植入修復材料處并激活。CCL22-CCR4 軸是調控Treg細胞向特定損傷組織定向遷移、歸巢的核心調節(jié)軸；而STAT5/FoxP3 信號通路是激活Treg 細胞并促進其介導的骨免疫成骨生物活性的核心通路。針對前述GCs 誘發(fā)ONFH 發(fā)生發(fā)展病理生理機制以及Treg 細胞數量下降、Treg 細胞活性阻抑導致其介導的骨免疫調控成骨過程停滯研究，向骨壞死區(qū)募集足夠數量的Treg 細胞并活化、促進其介導的骨免疫調控成骨活性，誘導BMSCs 向OB 分化及血管生成，抑制過度破骨，促進骨損傷、骨壞死修復重建，從骨免疫調控成骨角度研究骨免疫介導成骨促進ONFH 修復重建。

CCL22-CCR4 軸是調控Treg 細胞向特定損傷組織定向遷移、歸巢的核心調節(jié)軸，細胞趨化因子CCL22 是動員Treg 細胞自外周血循環(huán)并向損傷組織定向遷移、聚集、歸巢的關鍵性調節(jié)因子［27～29］。CCL22 因子在損傷處樹突狀細胞（dendritic cells,DC）中高表達，與Treg 細胞受體CCR4 結合誘導Treg 細胞定向遷移至受損組織、器官處，是動員、調控Treg 細胞向損傷組織部位定向遷移、歸巢并促進組織修復的重要調控因子［30］。在細胞水平，CCL22 與細胞表面受體CCR4 結合捕獲Treg 細胞，并激活CCR4 受體蛋白和下游信號途徑產生趨化作用誘導調控內源性Treg 細胞向損傷部位遷移、歸巢；同時，CCL22 與其受體CCR4 結合使細胞結構重新排列、細胞內部發(fā)生整合活化介導Treg 細胞向高濃度CCL22 處遷移、聚集［31］。當組織損傷時M2 巨噬細胞和DC 分泌大量CCL22 因子，CCL22/CCR4 軸被激活，Treg 細胞從胸腺、脾臟中被動員、釋放、遷移至外周血循環(huán)，并定向遷移、募集、歸巢至組織損傷處［29，31］。

組織損傷后Treg 細胞被DC 分泌的CCL22 因子募集歸巢至局部損傷處，經STAT5/FoxP3 信號通路調控激活，激活后的Treg 細胞釋放抗炎促組織修復細胞因子IL-10、TGF-β、VEGF 等調控啟動組織再生和修復［32］。組織、骨損傷后，在損傷組織刺激下DC 迅速驅化至損傷部位并合成分泌CCL22 因子，CCL22 募集Treg 細胞并調控其定向遷移歸巢至損傷部位、經STAT5/FoxP3 信號通路激活合成分泌TGFβ、IL-10、VEGF 等促組織修復因子調控促進組織修復；同時分化成熟的Treg 細胞與BMSCs 產生串話促進、誘導BMSCs 成骨分化與成骨活性表達，并抑制OC 分化與破骨活性，促進成骨、成血管，調控促進骨修復［33～35］。

在小鼠牙周炎模型中，PLLA/NF-SMS/MSN 支架介導幼稚T 細胞分化為Treg 細胞，抑制牙周病的宿主免疫反應，且Treg 細胞可增強OB 活性，抑制OC活性，阻滯牙槽骨丟失［36］；將T 細胞與D-甘露糖預處理的人牙周膜干細胞（hPDLSCs）共培養(yǎng)可抑制hPDLSCs 分泌IL-6，誘導更多T 細胞分化為Treg 細胞，促進hPDLSCs 介導的牙周組織再生修復［37］。

3 MiR-155/SOCS1 通路

MiR-155/SOCS1 是調控STAT5/FoxP3 信號通路，影響Treg 細胞分化成熟的關鍵調節(jié)回路，MiR-155 是激活STAT5/FoxP3 信號通路的重要因子，SOCS1 抑制STAT5/FoxP3 信號通路、進而阻抑Treg細胞的活化； MiR-155 抑制SOCS1 表達而激活STAT5/FoxP3 信號通路、促進Treg 細胞成熟及活性表達；GCs 抑制T 細胞合成分泌MiR-155［38～43］。MiR-155 是參與調控T 細胞介導免疫效應的重要調節(jié)因子，在Treg 細胞活化過程中發(fā)揮重要調控作用；SOCS1 是效應因子STAT5 的負調控因子，抑制FOXP3 表達進而抑制STAT5/FoxP3 信號通路、阻抑Treg 細胞的活化；MiR-155 拮抗SOCS1 調節(jié)Treg 細胞分化成熟［44，45］。MiR-155 通過經典的轉錄后調節(jié)機制抑制SOCS1 表達，進而阻斷SOCS1 對STAT5/FoxP3 信號通路的抑制，間接激活STAT5/FoxP3 信號通路。在MiR-155 基因過表達和敲除模型中，SCOS1 蛋白水平與MiR-155 呈顯著負相關；超生理劑量GCs 抑制T 細胞內MiR-155 的表達、促進SOCS1 的表達抑制STAT5/FoxP3 信號通路、抑制Treg 細胞的分化與活性表達［46，47］。因此，理論上上調MiR-155 表達可靶向抑制SOCS1，進而激活STAT5/FoxP3 通路激活Treg 細胞及其生物活性表達。

活化的Treg 細胞通過分泌組織修復因子TGF-β等介導TGF-β/SMADs 信號通路與BMSCs 之間產生串話（crosstalk），誘導調控BMSCs 成骨分化與成骨活性表達。激活的Treg 細胞分泌TGF-β 與BMSCs表面受體結合促進BMSCs 胞內Smad2/3 蛋白磷酸化，磷酸化的Smad2/3 與Smad4 組成復合體遷移進入細胞核內促進目標靶基因TGF-β、Runx2、ALP、OCN、VEGF 等成骨、成血管因子表達；同時，激活后的Treg 細胞還可調控M2 巨噬細胞極化并通過合成表達BMP-2、VEGF 及TGF-β 等促組織修復細胞因子。二者共同作用誘導調控BMSCs 向OB 分化、增殖與成骨活性表達，促進合成新骨與新生血管形成［48～51］。因此，活化的Treg 細胞與BMSCs 產生串話、進而促進BMSCs 向OB 分化、增殖，成骨、成血管，促進損傷骨組織修復，是Treg 細胞介導骨免疫促進骨組織再生、骨修復的根本所在。

活化的Treg 細胞與BMSCs 產生正向串話促進BMSCs 成骨分化與成骨活性表達的同時，還抑制OC分化、抑制破骨活性。Treg 細胞通過細胞接觸依賴機制抑制破骨細胞的分化，即活化的Treg 細胞合成表達細胞毒性T 淋巴細胞相關抗原-4（CTLA-4），CTLA-4 與破骨前體細胞表面CD80/CD86 結合，誘導激活破骨前體細胞中吲哚胺-2,3 雙加氧酶（indoleamine-2,3-dioxygenase,IDO），激活的IDO 降解色氨酸促進破骨前體細胞凋亡、抑制破骨細胞的分化與活性表達，抑制破骨、骨吸收［52，53］。此外，激活的Treg 細胞還通過分泌IL-10、IL-5、IFN-γ 等細胞因子上調骨保護素（osteoprotegerin,OPG）、下調RANKL 和M-CSF， 抑制RANKL 和M-CSF 的合成，從而抑制OC 的分化與活性，抑制破骨［49］。

MiR-155 抑制SOCS1 因子表達，間接激活STAT5/FoxP3 信號通路，激活Treg 細胞。GCs 作用下T 細胞內MiR-155 表達被阻抑，SOCS1 因子表達上調抑制STAT5/FoxP3 信號通路，阻抑Treg 細胞激活與合成表達IL-10、TGF-β、VEGF 等促組織修復因子，阻抑與BMSCs 間的串話，抑制Treg 細胞介導的骨免疫調控成骨，同時促進OC 分化與破骨活性。

4 應用與展望

促進T 細胞內MiR-155 表達、抑制SOCS1，調控改變GCs 作用下MiR-155/SOCS1 調節(jié)回路異常，激活STAT5/FoxP3 信號通路、促進Treg 細胞活化及其介導的骨免疫調控成骨，是構建局部免疫調控成骨的關鍵。GCs 作用下免疫細胞（M 細胞，CD4+T 細胞）的MiR-155 表達被阻抑、SOCS1 表達增強，SOCS1 表達增強抑制STAT5/FoxP3 信號通路活化及其介導的Treg 細胞激活、骨免疫骨修復［44，45］。因此，從基因水平，通過基因轉染技術調控MiR-155表達是常用的而且也是有效的方法。

從骨免疫視角研究闡述GCs 誘發(fā)ONFH 的病理生理機制，為激素性ONFH 預防與早期治療提供理論依據和治療提供新的靶點。未來借助現(xiàn)代分子生物學技術和納米材料技術以及骨免疫調控成骨研究進展，針對GCs 誘發(fā)ONFH 的病因及分子、基因、細胞水平發(fā)病機制研究，構建促進骨損傷骨修復的新型功能化骨免疫調控成骨生物材料研究GCs 誘發(fā)ONFH 的發(fā)生、發(fā)展的病理生理機制和預防、治療，以更精準的手段針對GCs 誘發(fā)的ONFH 進行相關發(fā)病機制、預防治療研究。