分子信号通路在类风湿关节炎发病机制中的研究进展

来源:用户上传      作者:闫慧明 张雪 安燕 薛一萍

　　 【摘 要】 类风湿关节炎病情复杂，发病机制不明，现有的研究结果显示，分子信号通路异常在类风湿关节炎的发病过程中起着重要的作用。目前，分子信号通路及基因等方面仍然是类风湿关节炎的研究热点。这些分子信号通路是Toll樣受体信号通路、JAK-STAT信号通路、Wnt/β-catenin信号通路、3-磷酸肌醇激酶与蛋白激酶B信号通路、程序性死亡因子1及其配体1信号通路、丝裂原活化蛋白激酶信号传导通路和骨形态发生蛋白信号通路。将这些信号通路进行综述，梳理各个信号通路的作用机制以及各信号通路的抑制因子。
　　 【关键词】 关节炎，类风湿;Toll样受体;JAK-STAT;Wnt/β-catenin;3-磷酸肌醇激酶与蛋白激酶B;程序性死亡因子1及其配体1;丝裂原活化蛋白激酶;骨形态发生蛋白;综述
　　 类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是以慢性多关节炎为主要表现的全身性自身免疫性疾病，基本病理变化是滑膜炎和血管炎，最后导致关节滑膜慢性炎症，血管翳形成，软骨和软骨下骨破坏。我国RA发病率约为0.3%～0.6%。本病有较高的致残率，如不及时有效诊治，70%的患者2年后可发生不可逆的关节破坏、畸形和功能丧失[1]。其发病机制目前虽未完全阐明，但是分子信号通路及基因等方面仍然是RA发病机制研究、临床治疗的焦点。现将可能引起RA发病的分子信号通路进行综述。
　　1 Toll样受体（TLRs）在RA发病中的作用
　　 TLRs是一种主要表达于树突状细胞、巨噬细胞、T细胞、B细胞等表面的膜结合蛋白，具有识别病原体的病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs）。当PAMPS或DAMPS与TLR结合后上调炎性因子和趋化因子，进而激活细胞内的信号转导通路[2]。TLR2和TLR4在RA的发病中起重要作用。小鼠关节炎模型研究表明，早期阶段通过活化TLR2，促进血管发生炎症细胞黏附与侵袭，活化的TLR4在发病后期增加金属蛋白酶介导的破骨细胞形成[3]。髓样分化因子88（MyD88）是存在于所有TLRs信号转导通路中的一个关键的接头蛋白，如果其死亡结构域缺失可导致下游白细胞介素（IL）-1受体相关激酶的招募活动受限，产生炎性细胞因子IL-6、IL-12及肿瘤坏死因子-α（TNF-α）作用减弱，对TLR4和IL-1R信号起负性调控作用[4]。
　　2 JAK-STAT信号通路在RA发病中的作用
　　 JAK家族包括JAK1、JAK2、JAK3及TYK2，是一类非跨膜的酪氨酸激酶，其中JAK3在淋巴细胞中大量表达，可以与IL-2、IL-4、IL-7等受体复合物中的γ共链（γc）相结合发生二聚化，激活JAK激酶。激活后的JAK激酶连接一个或者多个信号转导与转录激活因子（STAT），催化STAT发生磷酸化，活化的STAT蛋白以二聚体的形式，完成细胞因子介导的信号由胞外传至胞内的过程，进入细胞核内与DNA靶序列特异性结合，调节相应基因表达[5-6]。当JAK3在病理状态下，如缺失或功能紊乱时，可造成淋巴细胞增殖功能缺陷，最终导致细胞免疫功能紊乱或丧失等[7]。目前，JAK已成为治疗免疫系统相关疾病的药物靶点，具有较高选择性的激酶抑制剂用于临床。
　　 细胞因子信号抑制因子（SOCS）是JAK-STAT信号通路中起负反馈调节作用的蛋白。SOCS对细胞增殖、凋亡和分泌具有刺激和抑制作用[8]。STAT是无活性的细胞因子，存在于细胞浆中，当受到细胞因子刺激后，STAT恢复活性，参与表达。其中最主要的是STAT1和STAT3，它们对细胞凋亡的作用是相反的，STAT1具有促进淋巴细胞和成纤维样滑膜细胞（FLS）凋亡的作用，STAT3可以抑制FLS的凋亡，促进基质金属蛋白酶-2（MMP-2）、MMP-9、MMP-3、IL-6的表达和血管的生成;STAT3也是RA炎症反应中重要的转录因子和关键性致病因子;同时STAT3也参与了慢性关节滑膜炎症与细胞凋亡，以及关节软骨和骨破坏等，也包括核转录因子-κB（NF-κB）p65亚单位的形成和激活[9]。正常情况下，活化的STAT3能很快被SOCS3终止;但是，在RA中由于异常表达细胞因子IL-6和STAT3，导致IL-6受体和表皮生长因子受体不能被SOCS3抑制[10]。WANG等[11]研究发现，在炎症性关节炎患者滑液的单核细胞中STAT3 DNA具有结合活性，STAT3也具有导致慢性关节炎的作用。
　　3 3-磷酸肌醇激酶（PI3K）与蛋白激酶B（AKT或PKB）信号通路在RA发病中的作用
　　 PI3K是一种参与细胞生长及细胞骨架重塑的磷脂酰肌醇激酶，属于抗凋亡调节因子，由调节亚基p85与催化亚基p110组成的异源二聚体。当调节亚基p85与催化亚基p110结合后，激活下游因子AKT，AKT具有3种功能：①磷酸化叉头转录因子配基1（FKHRL1），导致死亡因子受体1（Fas-1）、B淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）细胞死亡相互作用介质（Bim）转录受阻[12];②激活NF-κB抑制剂（I-κB）和NF-κB抑制剂激酶（IKK），I-κB磷酸化，与NF-κB分离，诱导目的基因表达;③可以磷酸化Bcl-2相关死亡启动因子（Bad），终止对Bcl-2的拮抗作用，使Bcl-2恢复抗细胞凋亡的功能[13]。其中Bcl-2家族分两大类，一类是抗凋亡蛋白，包括Bcl-2、Bcl-w等;另一类是促凋亡蛋白，包括Bcl-2相关X蛋白（Bax）、Bad等。Bax是与Bcl-2免疫共沉淀的蛋白，可激活Caspase-3蛋白酶。当Bax表达低于Bcl-2表达时，Bcl-2与Bax的异源二聚体增多，细胞趋于存活;当Bax表达高于Bcl-2表达时，与Bax本身形成同源二聚体占主导，细胞趋于凋亡[14]。
　　 另外，PI3K/AKT信号通路被炎症因子激活后，调控FLS细胞增殖，活化炎症因子相关信号通路，引起促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6等大量释放，持续诱发FLS异常增殖和炎症反应。也有研究发现，抑制PI3K/AKT通路激活的是miR-146，可以起到抑制炎症反应的作用[15-16]。 　　4 Wnt/β-catenin信号通路在RA发病中的作用
　　 Wnt/β-catenin信号通路包括β-catenin、细胞外因子（Wnt配体）、跨膜受体（Frz）、低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6（LRP5/6）及TCF/LEF，其中β-catenin是Wnt信号通路中的核心成分[17]。β-catenin一般情况下与E-钙连蛋白参与细胞黏着，形成稳定的复合物。β-catenin在细胞内与糖原合成酶激酶3β（GSK）、结肠腺瘤息肉蛋白（APC）和轴抑制蛋白（Axin）等形成复合物，保持稳定状态。当Wnt配体与细胞表面受体结合后，Wnt蛋白与LRP和Frz结合，进一步与Frat-1和Axin形成复合物，抑制了GSK-3β的活性，β-catenin在细胞内蓄积，引起去磷酸化，随后与LFF/TCF形成转录复合物，开始介导下游靶基因的表达[18]。Wnt/β-catenin信号通路活化后不仅引起炎性反应递质如TNF-α、IL-1等表达，也参与调节FLS中炎性反应，最终导致滑膜细胞增生，破坏关节功能[19]。当该通路被抑制后，β-catenin与Axin、GSK-3β和APC形成可降解复合物，β-catenin被磷酸化，最后降解，抑制了Wnt/β-catenin通路，影响下游靶基因的表达。近年来研究表明，Wnt/β-catenin信号通路除了对骨细胞成熟、分化、凋亡的调控作用外，激活后直接促进骨形成[20]。近年研究表明，Wnt/β-catenin通路中的抑制因子DKK-1在RA患者血清中DKK-1的表达较健康人显著升高，抑制DKK-1也可能成为RA治疗的靶点[21]。
　　5 程序性死亡因子1及其配体1（PD-1/PD-L1）信号通路在RA发病中的作用
　　 PD-1/PD-L1属于B细胞表面受体CD28超家族，有PD-L1（B7-H1）和PD-L2（B7-DC）两个配体，是负性共刺激分子受体。PD-L1主要表达在T细胞、B细胞、肥大细胞、树突状细胞、单核细胞和巨噬细胞表面。mPD-1和mPD-L1是PD-1/PD-L1信号通路中的主要分子。mPD-1表达在活化的CD4+T细胞表面，mPD-L1表达于活化的CD19+B淋巴细胞和单核细胞CD14+表面。在活化的CD4+T细胞表面，mPD-1与其配体结合后促使酪氨酸抑制基序招募SHP-1和SHP-2分子，传导抑制信号，抑制CD4+T和CD8+T细胞的增殖，降低IL-2、γ干扰素等细胞因子的合成;促进IL-10等细胞因子的分泌，下调炎症反应强度[22]。当T细胞被激活后，经p56 Lck及p59 fyn激酶作用，酪氨酸蛋白分子磷酸化产生级联反应，激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、JAK-STAT等信号通路，使ZAP-70分子去磷酸化，并阻止其与CD3结合，使Ras-MAPK、NF-κBW及钙调磷酸酶这3条信号通路的作用减弱，抑制T细胞增殖、分化[23]。PD-L1通过与T细胞表面PD-1受体结合后，抑制了PI3K/AKT通路的激活，导致细胞因子合成减少，抑制T细胞增殖[24]。
　　6 MAPK信号通路在RA发病中的作用
　　 MAPK信号通路由MAP3K-MAP2K-MAPK共3类蛋白激酶组成，广泛分布于生物体内，包括JNK/SAPK、细胞外调节蛋白激酶（ERKs）、p38/MARK、ERKs/MAPK共4个亚通路。Ras蛋白是MAPKs信号通路传导的关键酶，Ras-p38-MAPK是环氧合酶-2、诱导型一氧化氮合酶和MMPs等表达的关键调控点。ERK的主要功能是抑制某些凋亡分子诱导的细胞凋亡和参与细胞增殖、分化。p38主要调节细胞周期和凋亡[25]，p38蛋白激酶包括MKK3和MKK6。磷酸化的MKK3/6在RA内膜衬里高度表达，可加重骨破坏，并且可以加重关节炎动物模型滑膜的炎症。MAPK被激活后使ERK/JNK/p38发生级联反应，C-fos和C-Jun被激活后进入细胞核，IL-1、IL-6和TNF-ct等炎症因子释放增加，随后活化Ras蛋白，激活Raf，磷酸化MEK1/2，进一步ERK1和ERK2被磷酸化，进而降低蛋白激酶A活性和环磷酸腺苷水平，MMP-1生成减少[26]。需要强调的是，不同的MAPK通路可以由不同的细胞因子激活。反过来MAPK又可以调控多种细胞因子的释放，参与有丝分裂、减数分裂和有丝分裂后多种效应的调节。RAS-MARKs与TNF-α之间形成正反馈调控，引起持续性炎症反应，目前已经确定的有STATs、NF-κB和AP-1受MAPK通路的调控[27]。
　　另外，破骨细胞的形成和分化也受MAPKs的影响，NF-κB受体活化因子（RANK）及其配体（RANKL）介导破骨细胞激活，最终导致骨质破坏[28]。MAPK对关节软骨有一定保护作用。p38/MAPK抑制剂能够通过抑制Fas途径介导的软骨细胞凋亡减少Ⅱ型胶原的降解，也可以抑制IL-1、IL-6和TNF-α等炎性细胞因子。
　　7 骨形态发生蛋白（BMPs）信号通路在RA发病中的作用
　　 BMPs属于多功能分泌蛋白，结构高度相似。可以分泌BMPs的细胞有成骨细胞、软骨细胞和内皮细胞。BMPs信号由Ⅰ型和Ⅱ型丝氨酸/苏氨酸激酶跨膜受体（BMPRIA、BMPRIB和BMPRⅡ）介导。BMP-2介导成骨细胞分化软骨，再促进骨生成;或者作為破骨细胞分化因子参与骨重建。
　　 正常情况下，自分泌BMPs可产生下调促炎细胞因子和趋化因子以及MMPs的表达。已经证实BMP-2、BMP-6和BMP-7在RA患者的滑膜组织以及TNF-α转基因小鼠关节炎模型和胶原诱导的关节炎模型中均有上调，也已经在RA患者的滑液中得到证实，其升高水平与疾病的严重程度相关。RA患者体内大量炎性细胞因子抑制了BMP-4和BMP-5的表达，导致RA软骨修复障碍。同时，因为BMPs上调了BMPs信号转导抑制剂的表达，不能控制促炎细胞因子、趋化因子和MMPs的水平。另外，增加的BMPs水平可能参与免疫细胞的募集和活化，增加促炎细胞因子、趋化因子和MMPs水平[29]。 　　 Smads蛋白是BMPs的轉录因子，BMP-2受体磷酸化Smads1/3/5后与Smads形成复合体激活下游信号。相反，R-Smads与Co-Smads能够被Smads6/7抑制。细胞内的Smads和细胞核内DNA结合的分子Smads相关转录因子、Runx-2和Max2被磷酸化，作用于Osterix，参与调节骨和软骨的形成。BMPs的产生可以由TNF-α和IL-1刺激，进一步上调Smad1和Smad5的表达。BMP-2内源性拮抗剂Noggin可以与BMP-2竞争性结合发挥抑制作用。
　　8 小 结
　　 总之，多个细胞信号通路在RA的发病机制中相互交错，又彼此联系，形成复杂的网络，造成RA的发病机制错综复杂，临床表现复杂多样，治疗上也更需要制订个体化方案。
　　参考文献
　　[1] MCINNES IB，SCHETT G.The pathogenesis of rheumatoid arthritis[J].N Engl J Med，2011，365（23）：2205-2219.
　　[2] 杨永生，李荣亨，董秋梅.JAK/STAT信号通路与类风湿关节炎的相关性探讨[J].风湿病与关节炎，2018，7（7）：60-63，77.
　　[3] SABER T，VEALE DJ，BALOGH E，et al.Toll-like receptor 2 induced angiogenesis and invasion is mediated through the Tie2 signalling pathway in rheumatoid arthritis[J].PLoS One，2011，6（8）：e23540.
　　[4] XU J，LI J.Allergic rhinitis and TLR/MyD88 signaling pathway[J].Zhonghua Er Bi Yan Hou Tou Jing Wai Ke Za Zhi，2014，49（1）： 80-82.
　　[5] 何东初，张倩.从JAK-STAT信号通路探讨痹证宁对风寒湿痹型类风湿关节炎的作用机制[J].风湿病与关节炎，2020，9（4）：1-5.
　　[6] CHOY E.Understanding the dynamics：pathways involved in the pathogens is of rheumatoid arthritis[J].Rheumatology（oxford），2012，51（Suppl 5）：3-11.
　　[7] G HORESCHI K，LAURENCE A，O SHEA J.Janus kinases in irrenune cell signaing[J].Immunol Rev，2009，228（1）：273-287.
　　[8] 王芬，赵彬元，严兴科，等.热补针法对类风湿关节炎大鼠滑膜细胞JAK-STAT信号通路调节因子SOCS1、SOCS3表达的影响[J].中国中医药信息杂志，2020，27（6）：19-23.
　　[9] BOYLE DL，SOMA K，HODGE J，et al.The JAK inhibitor tofacitinib suppresses synovial JAK1-STAT signalling in rheumatoid arthritis[J].Ann Rheum Dis，2015，74（6）：1311-1316.
　　[10] WANG Y，VAN BOXEL-DEZAIRE AH，CHEON H，et al.STAT3 activation in response to IL-6 is prolonged by the binding of IL-6 receptor to EGF receptor[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2013，110（42）：16975-16980.
　　[11] WANG F，SENGUPTA TK，ZHONG Z，et a1.Regulation of the balanee of cytokine production and thesignal trangducer and activitot of transcription（STAT）transcription factor activity by cytokinesand inflam m atory synovial fluids[J].J Exp Med，1995，182（6）：1825-1831.
　　[12] WYLIE MA，MALEMUD CJ.Deregulation of apoptosis in arthritisby altered signal transduction[J].Int J Clin Rheumatol，2013，8（4）：483-490.
　　[13] BEIER F，LOESER RF.Biology and pathology of Rho GTPase，PI-3 kinase-Akt and MAP kinase signaling pathways inchondrocytes[J].J Cell Biochem，2010，110（3）：573-580.
　　[14] GARDAI SJ，HILDEMAN DA，FRANKEL SK，et al.Phosphorylation of Bax Ser184 by Akt regulates its activity and apoptosis in neutrophils[J].J Biol Chem，2004，279（20）：21085-21095. 　　[15] SUN T，LI X，SONG H，et al.Mir-146aaggravates LPS-induced inflammatory injury by targeting CXCR4 in the articular chondrocytes[J].Cell Physiol Biochem，2017，44（4）：1282-1294.
　　[16] 冯佳，夏燕，陈安平，等.类风湿关节炎患者外周血miR-146a及miR-155的表达及临床意义[J].风湿病与关节炎，2016，5（10）：8-11..
　　[17] HUANG H，HE X.Wnt/beta-catenin signa-ling：new（and old）Player and new insights[J].Curr Opin Cell Biol，2010，20（2）：119-125.
　　[18] KRAUSE U，GREGORY CA.Potential of modulating Wnt signaling pathway toward the development of bone ana-bolic agent[J].Curr Mol Pharmacol，2012，5（2）：164-173.
　　[19] BARTOK B，FIRESTEIN GS.Fibroblast-like synoviocytes：key effector cells in rheumatoid arthritis[J].Immunol Rev，2010，233（1）：233-255.
　　[20] LI J，YIN X，HUANG L，et al.Relationships among Bone Quality，Implant Osseointegration，and Wnt Signaling[J].J Dent Res，2017，96（7）：822-831.
　　[21] WANG SY，LIU YY，YE H，et al.Circulating Dickkopf-1 is correlated with bone erosion and inflammation in rheumatoid arthritis[J].J Rheumatol，2011，38（5）：821-827.
　　[22] JIN HT，AHEND R，OKZZAKI T.Role of PD-1 in regulating T-cell immunity[J].Curr Top Microbiol Immunol，2011，350（1）：17-37.
　　[23] SHEPPARD KA，FITZ LJ，LEE JM，et al.PD-1 inhibits T-cell kceptor inducedphosphorylation of the ZAP70/CD3 zeta signalosome and downstream signaling to PKC theta[J].FEBS Lett，2004，574（1-3）：37-41.
　　[24] 張美玉，王颖，张雁云.PD-1/PD-L信号通路在免疫调节及免疫相关性疾病中的研究进展[J].现代免疫学，2014，34（2）：160-164.
　　[25] 李寒，欧阳寻丽，汤亚微，等.对类风湿关节炎滑膜间充质干细胞色素上皮衍生因子表达的作用研究[J].现代免疫学，2018，38（2）：95-99.
　　[26] 杨振国.miR-143-3P对类风湿关节炎滑膜细胞生物学行为的调控及机制研究[D].济南：山东大学，2018.
　　[27] 曹云祥.基于miRNA-21/TLR4/MAPK/NF-κB信号通路探讨新风胶囊改善RA心功能的机制研究[D].南京：南京中医药大学，2015.
　　[28] CHEN WD，JIANG Q，CHEN DY，et al.Effect of intra-articular injection of P38 mitogen activated protein kinase inhibitor on Matrix Metalloproteinase in Articular Cartilage of a Rat Model of Osteoarthritis[J].Zhongguo Ke Xue Yuan Xue Bao，2007，29（6）：777-781.
　　[29] 徐鹏，邹任玲，张冬青.BMP和IL-6信号分子在类风湿关节炎中研究进展[J].中国免疫学杂志，2017，4（33）：611-614，620.
　　收稿日期：2020-02-17;修回日期：2020-04-15
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15346137.htm