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T淋巴细胞参与调节甲状旁腺激素对骨代谢的作用

来源:CSOBMR 发布日期:2020-01-06 17:00:52浏览:1805次

作者:陈思行 邢小平

单位:中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院内分泌科 国家卫生健康委员会内分泌重点实验室


摘要:骨免疫学是研究骨代谢和免疫学之间相互作用的交叉学科,骨髓中T淋巴细胞参与了调节骨代谢的一系列反应。近年来,动物实验及临床试验结果提示:T淋巴细胞不仅可以直接分泌促进骨吸收和骨形成的细胞因子,还可以通过参与调节核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)/骨保护素(osteoprotegerin,OPG)、Wnt等信号通路,调节骨髓基质细胞对甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)的反应,从而影响PTH的作用。本文回顾近年来的研究结果,就T淋巴细胞参与调节PTH相关作用做一综述。
关键词:甲状旁腺激素;成骨细胞;破骨细胞;免疫系统;T淋巴细胞


甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)是调节细胞外钙磷水平的重要内分泌激素,PTH与其受体结合,调节成骨细胞和破骨细胞活性。甲状旁腺功能亢进症(hyperparathyroidism,HPT)或者试验研究中持续性注射PTH(continuous PTH treatment,cPTH)可导致慢性高PTH血症,促进骨吸收更为明显,增加骨折风险。然而,当间歇性注射PTH(intermittent PTH treat-ment,iPTH),例如为每天皮下注射1次,净效应则为骨形成显著增加,尤其是小梁骨。综上,PTH具有促进骨形成的作用和促进骨吸收的双重作用,相关机制尚不清楚

近年来,“骨免疫学”渐渐成为热门话题。骨髓腔不仅有成骨细胞、破骨细胞、骨细胞等骨组织相关细胞,同时还有很多免疫细胞,如T淋巴细胞、B淋巴细胞等。它们共享很多调节因子及其受体,所以很多信号分子和转录因子能够共同调节骨骼系统与免疫系统的代谢及功能。因此有学者将骨与免疫融合在一起称之为“骨免疫学”有研究报道了免疫系统与PTH之间的相互作用,其中T淋巴细胞对PTH的调节作用尤为受到关注。例如,T淋巴细胞产生的多种炎症因子,参与激活cPTH作用下核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)/骨保护素(osteoprotegerin,OPG)通路的激活,从而增加破骨细胞活性以及骨吸收的作用也有证据表明骨髓内T淋巴细胞分泌的细胞因子也参与调节iPTH的骨形成作用本文拟对骨髓内T淋巴细胞参与调节PTH作用的机制进行综述。


PTH在骨代谢方面的调节作用

PTH是由甲状旁腺主细胞合成分泌的肽类激素,由84个氨基酸组成,即PTH1-84。PTH同时具有促进骨吸收与骨形成的双重效应

持续高水平的PTH可以增加破骨细胞活性,促进骨吸收,增加骨折风险。目前认为PTH主要通过激活RANKL/OPG通路促进骨吸收。RANKL可以同核因子κB受体活化因子(receptor activator of NF-κB,RANK)结合,激活下游信号通路,促进破骨细胞分化、激活,并且抑制破骨细胞凋亡。OPG属于肿瘤坏死因子超家族,可以抑制RANKL与RANK的结合,从而抑制RANKL通路。动物试验表明,cPTH可以增加RANKL的mRNA表达,同时抑制OPG生成,从而促进骨吸收

PTH可以通过多种机制调节骨形成,其中PTH通过调节Wnt通路的机制已受到广泛关注。Wnt通路是在骨形成中一个重要的调节通路,Wnt蛋白包括Wnt10b、Wnt7a和Wnt3b。Wnt蛋白与细胞表面特异性受体卷曲蛋白(Frizzled,Fz)、低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP5/6)结合形成受体复合体,激活Wnt通路,使胞浆中糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)活性受到抑制,β-catenin蛋白降解减少,β-catenin蛋白在胞浆中聚集后进入核内,同一种具有调节功能的T淋巴细胞因子结合,从而调节下游信号通路传导。PTH可以通过影响Wnt通路的抑制剂从而促进β-catenin蛋白多聚体的稳定。研究发现,给予小鼠PTH后,硬化蛋白mRNA水平迅速地、短暂地降低上述结果证实PTH可以通过激活Wnt通路进而促进骨形成。

关于PTH对骨代谢为何具有双重调节机制,目前尚不完全清楚。一种假说是骨组织对PTH反应的不同,反映了骨骼中细胞PTH受体在cPTH和iPTH刺激下激活程度不同另一项研究发现iPTH治疗可以减少成骨细胞凋亡,而cPTH则成骨细胞凋亡并未减少,故提出假设iPTH和cPTH对成骨细胞的凋亡有不同的调节机制


骨髓腔的T淋巴细胞

虽然T淋巴细胞只占整个骨髓腔内细胞总数的5%,但对PTH调节骨代谢的作用却有重要影响。T淋巴细胞根据受体的构成中有不同的蛋白链分为αβT淋巴细胞和γδT淋巴细胞。其中αβT淋巴细胞可以分为CD4+ T淋巴细胞和CD8+ T淋巴细胞。初始CD4+细胞可以分化为多种辅助性T淋巴细胞(helper T cell,TH)包括TH1、TH2、TH17,以及调节性T淋巴细胞(regulatory T cells,Treg)。生理情况下血液中CD4+细胞多于CD8+细胞,CD4+/CD8+比值约为1.4/1~2.5/1。骨髓腔有着产生、储存和活化CD8+细胞的良好环境,所以CD8+细胞在骨髓腔内数量较淋巴器官内明显增多,而CD4+细胞的数量则明显降低。骨髓腔内CD4+/CD8+比值小于1而且CD8+细胞在骨髓腔内的激活程度高于外周血内的CD8+细胞,能够分泌释放更多的细胞因子。CD4+和CD8+细胞分泌的细胞因子可以通过多种机制影响骨代谢


T淋巴细胞调节cPTH促进骨吸收的作用

早在2000年Hory等将原发性甲状旁腺功能亢进症(primary hyperparathyroidism,PHPT)患者的甲状旁腺腺瘤组织细胞经过培养后注射到到裸鼠体内,结果发现注射组裸鼠血PTH水平均大于100 pg/ml,但血钙水平并未升高,观察9个月后并未发现试验组裸鼠骨量丢失。故该作者推测T淋巴细胞可能参与了cPTH促进骨吸收的作用。Gao等给予缺乏T淋巴细胞的小鼠连续2周使用cPTH(人重组PTH类似物每天80 μg/kg),使小鼠血PTH水平达到590±14 ng/L,模拟PHPT状态,2周后使用微计算机断层扫描(micro-computed tomography,μCT)观察股骨的变化情况,结果发现T淋巴细胞缺乏组小鼠股骨皮质厚度减少0.3%,皮质骨量减少1.9%,而对照组小鼠皮质骨厚度减少7.8%,皮质骨量减少6.0%,两组结果具有显著差异,提示缺乏T淋巴细胞的小鼠的体内PTH的促骨吸收作用显著降低。另一项研究中,学者分别给予正常小鼠和阻断T淋巴细胞表面PTH受体的小鼠cPTH(人重组PTH类似物每天80 μg/kg,连续2周),2周后应用μCT观察股骨组织,结果发现T淋巴细胞缺乏组小鼠股骨皮质厚度平均减少6.0%,皮质骨量减少7.4%,而阻断T淋巴细胞PTH受体的小鼠皮质骨厚度仅减少0.5%,皮质骨量仅减少0.2%。上述结果提示T淋巴细胞参与了cPTH促进骨吸收的作用

T淋巴细胞介导cPTH促进破骨细胞形成的一个重要的机制是cPTH能够刺激T淋巴细胞产生肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α),TNF-α最终激活OPG/RANKL/RANK通路PTH通过直接作用于T淋巴细胞表面的PTH受体,激活下游的信号通路,使得CD4+、CD8+细胞产生TNF-α,由于骨髓腔内CD8+细胞的数量远多于CD4+细胞,所以骨髓内主要是CD8+细胞分泌TNF-α。Tawfeek等分别给予两组小鼠使用cPTH,试验组小鼠体内T淋巴细胞不能产生TNF-α,而对照组小鼠可以正常产生TNF-α,2周后对照组小鼠股骨皮质厚度减少7.4%,皮质骨量减少8.8%,而试验组小鼠皮质骨厚度反而增加了0.1%,皮质骨量减少1.8%。

TNF-α促进破骨的主要机制是TNF-α使得成骨细胞以及骨细胞生成更多RANKL,进一步促进破骨细胞形成以及激活破骨细胞。TNF-α可上调基质细胞和成骨细胞表面表达的CD40,使得基质细胞和成骨细胞对T淋巴细胞表达的CD40配体(CD40L)更加敏感。CD40信号通路的激活使得基质细胞和成骨细胞对PTH更加敏感,导致PTH作用后OPG产生减少以及RANKL/OPG比值增加,RANK/RANKL激活促进破骨细胞生成。动物实验提示,在T淋巴细胞CD40L表达缺失的小鼠中,cPTH刺激,导致的RANKL生成较正常小鼠减少,OPG分泌增加

反之,PTH可以刺激骨细胞和免疫细胞释放其他生长因子和细胞因子,包括白细胞介素(Interleukin 6,IL-6)、TNF-β,进而对T淋巴细胞的分化和功能也发挥作用TNF-β和IL-6调节CD4+T淋巴细胞分化成为TH17细胞最近有研究表明PTH引起TH17细胞分化,TH17细胞在骨丢失中发挥了重要作用,在类风湿关节炎、绝经后骨质疏松症、卵巢切除术后的患者中可以观察到TH17数量的增加TH17细胞可以分泌IL-17A、RANKL、TNF-α、IL-1、IL-6和低水平的干扰素γ(Interferon-γ,IFN-γ)。而且IL-17A在过量PTH作用下,不仅可以增加成骨细胞和骨细胞分泌释放RANKL,还可以上调RANK,故IL-17A在骨丢失中起到了重要作用所以T淋巴细胞与PTH之间的调节作用是相互的,但是IL-17在PHPT引起的骨丢失的作用机制,仍需进一步研究。


T淋巴细胞调节iPTH促进骨形成的作用

T淋巴细胞在PTH促进骨形成的过程中也发挥着重要调节作用。Terauchi等分别给予三组小鼠(正常小鼠组、缺乏T淋巴细胞小鼠组、重新将T淋巴细胞植入缺乏T淋巴细胞小鼠组)iPTH治疗,结果正常小鼠全身骨密度和股骨骨密度较基线分别增加55%和70%,而缺乏T淋巴细胞试验组小鼠全身骨密度和股骨骨密度分别增加30%和25%,而重新植入了T淋巴细胞的小鼠组全身骨密度和股骨骨密度较基线分别增加85%和80%,提示缺乏T淋巴细胞的小鼠使用iPTH后椎体骨量的增加较正常小鼠少。后有研究也得到了类似结果另一项研究中,作者将T淋巴细胞移植入缺乏T淋巴细胞的小鼠体内后,发现该小鼠对iPTH的反应同正常小鼠则无差异

目前已有学者初步研究了T淋巴细胞增加iPTH促进骨形成的机制,结果显示缺乏T淋巴细胞的情况下,iPTH无法促进成骨细胞增殖、分化。所有上述PTH促进骨形成的作用都与T淋巴细胞激活成骨细胞Wnt信号通路的能力有关有研究通过基因工程,阻断了小鼠T淋巴细胞上的PTH受体,并同时给予了为期4周的iPTH治疗,结果显示试验组小鼠体内Wnt10b的mRNA水平显著低于正常小鼠

有研究将缺乏T淋巴细胞的小鼠分为两组,分别移植CD4+细胞和CD8+细胞,并对两组小鼠给予iPTH注射,结果发现PTH可以促进移植了CD8+细胞的小鼠的骨结构形成,而移植了CD4+细胞的小鼠骨微结构并未见改变,提示CD8+细胞在PTH促进骨形成中发挥主要作用。该研究作者认为这与骨髓中CD8+细胞能够产生大量Wnt10b有关Wnt10b可以通过与受体结合,激活成骨细胞Wnt信号通路。目前已有大量研究表明,T淋巴细胞产生的Wnt10b在骨形成中起的重要作用,PTH正是通过促进CD8+细胞分泌Wnt10b进而促进骨形成。特立帕肽是一种重组人甲状旁腺激素类似物,是PTH的N端片段(PTH 1-34),具有PTH的活性,间歇使用特立帕肽可以刺激骨形成,尤其是松质骨形成近来有临床研究发现使用特立帕肽治疗的患者,骨髓腔内Wnt10b的水平是显著增高的;而且同时发现在使用特立帕肽治疗的患者体内,产生Wnt10b的主要来源是T淋巴细胞

综上研究显示,T淋巴细胞可以通过参与激活Wnt通路,调节iPTH的成骨作用。


T淋巴细胞直接分泌PTH影响骨代谢

T淋巴细胞除了介导PTH对骨组织的作用外,还可以通过直接分泌PTH进而影响骨代谢。Young等试验显示Th2细胞可以分泌PTH,而这种PTH通过旁分泌的机制直接作用于周围细胞,而不进入血液;降低培养皿中钙离子的浓度(0.9~1.8 mmol/L),并未导致PTH表达水平变化,提示这种局部组织PTH的旁分泌作用不受细胞外液钙离子浓度调节。该研究作者还发现阻断了成骨细胞表面的PTH受体后,碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性降低,而使用了PTH激动剂后ALP活性增加,提示Th2分泌的PTH对保持局部ALP的浓度有重要作用,故Th2在骨髓腔内局部维持成骨活性有着重要作用但T淋巴细胞通过旁分泌PTH在局部影响骨代谢的报道仅有此一篇,仍需进一步研究。


结论

目前研究表明T淋巴细胞与PTH作用之间有密切关系,并指出T淋巴细胞通过多种机制,在骨形成以及骨吸收方面都有着重要调节作用。目前学者已提出一些假说试图解释PTH对骨代谢的双重作用机制。T淋巴细胞在cPTH和iPTH刺激分别对破骨及成骨为主的调控作用中发挥重要作用,为我们对PTH作用的进一步研究提供了新的机遇和挑战。

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