作者：宁夏医科大学总医院创伤骨科    谢磊

骨关节结核占所有结核病例的2.2％～4.7%，占肺外结核的10％～15%，其中约50％～75%为脊柱结核。骨关节结核病灶组织破坏的最大特点是骨质的吸收及破坏。骨吸收和骨破坏不仅影响了脊柱的支撑和保护功能，还常常压迫或侵及神经导致神经功能障碍。严重的骨质破坏可致脊柱后凸畸形，极大地影响患者的外观及生活质量。骨组织的完整性是通过在成骨细胞和破骨细胞的活性之间保持良好的平衡得以维持。破骨细胞的活化、迁移、粘附和骨吸收功能对于维持骨稳态至关重要。因此，研究骨结核病灶骨吸收及破坏的相关分子机制对骨结核病变的治疗意义重大。

脊柱结核所造成的骨质破坏具体免疫机制较为复杂，目前国内外鲜见报道。在这里笔者以查阅到的相关文献对脊柱结核骨破坏的免疫机制做以简单的归纳总结。脊柱结核感染后人体的免疫应答主要是由致敏的特异性CD4+辅助性T细胞1（Th1）介导的细胞免疫，CD4+Th1细胞感染后会释放大量的干扰素-γ（IFN-γ），从而促进巨噬细胞活化，增强抗原递呈。活化的巨噬细胞释放巨噬细胞集落刺激因子（C-MCSF），C-MCSF可以直接促进破骨细胞活化，还可以通过上调骨髓巨噬细胞中NF-κB受体激活剂配体（RANKL）水平来间接促进破骨细胞活化。通过对骨关节结核患者样本进行组织病理学分析后显示，破骨细胞的局部异常激活导致骨破坏。2015年，Liu等通过使用骨关节结核兔动物模型进一步证实，受损脊柱中的破骨细胞数量增加，而成骨细胞数量减少。Hoshino等指出，细胞内感染结核杆菌后可导致相关细胞因子和趋化因子的失调，进而促进非典型破骨细胞活化，最终导致骨组织出现病理性骨破坏。Wang等通过研究后指出，作为肺外结核最常见的类型，骨关节结核的主要特征是骨质破坏，而此种特征性的骨破坏为结核分枝杆菌感染引起的破骨细胞异常激活所致。由此可知，结核分枝杆菌感染后破骨细胞数量的增加和活化是导致骨关节结核骨破坏的关键因素。

尽管诸多研究结果均指向破骨细胞及成骨细胞功能异常是导致骨关节结核骨破坏的关键因素，但关于其在结核病灶骨破坏过程中的确切作用机制目前尚无统一定论。目前国内外学者针对结核病灶内骨破坏的机制研究主要聚焦于破骨细胞。因此笔者将对脊柱结核导致骨破坏的破骨细胞相关分子机制进行综述。

脊柱结核骨破坏的破骨细胞相关分子机制

经RANK/RANKL/OPG信号轴介导骨破坏       NF-κB受体激活剂（RANK）/RANK配体（RANKL）/骨保护素（OPG）信号轴的发现使骨免疫学领域的相关研究取得巨大进步。RANKL，也称为肿瘤坏死因子（TNF）相关激活诱导细胞因子、OPG配体、破骨细胞分化因子和TNF配体超家族成员，由成骨细胞、基质细胞和活化的T细胞表达。RANK-RANKL信号轴主要调节破骨细胞的分化和骨吸收。OPG，也称为破骨细胞生成抑制因子和TNF受体超家族成员11b，由成骨细胞和基质细胞分泌。OPG通过与RANKL结合阻碍RANKL-RANK相互作用而负向调控破骨细胞的生成。破骨细胞的分化、存活和活性主要受两种关键的细胞因子，即巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）和RANKL的调节。RANK，也称为TNF受体超家族成员11a，在破骨细胞生成中起着至关重要的作用。RANKL-RANK结合后可募集TNF受体相关因子以启动下游适配器/激酶的信号级联的激活，如NF-κB必需调节剂、IκB激酶抑制剂、c-Src、Vav3和丝裂原活化蛋白激酶。RANKL-RANK信号通路的最终结果是激活破骨细胞生成的转录因子，如NF-κB、激活蛋白1（AP-1）、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白和活化T细胞的核因子，从而进一步诱导破骨细胞标志物的表达。Asagiri等指出，在多种溶骨性疾病中，RANKL信号通路有望成为抑制过度破骨细胞形成的治疗靶点。结核杆菌激活CD4+Th1后可使其增加分泌γ干扰素（IFN-γ），当向结核激活的Th1细胞与人骨髓单核细胞衍生的巨噬细胞共培养体系内加入抗IFN-γ抗体后可诱导破骨细胞形成，其可能机制为通过介导RANKL-RANK信号通路激活NF-κB所致。而当用青藤碱（SIN）干预RANKL信号通路后可减弱破骨细胞形成和H37Ra诱导的骨丢失。研究结果指出，SIN可以抑制RANKL诱导的破骨细胞形成和骨吸收，可使破骨细胞特异性标记基因包括c-Src、基质金属肽酶-9等以剂量依赖性方式被抑制，最终可下调RANKL诱导的NF-κB活化，降低了RANKL诱导的p38、JNK磷酸化。此外，SIN还可以减少RANKL介导的钙内流。最后，SIN抑制了RANKL诱导的AP-1和NFAT转录，以及NFATc1和AP-1成分的基因表达。综上可知，通过干预RANK/RANKL/OPG信号轴调控破骨细胞的分化或激活可能是治疗脊柱结核骨破坏的有效途径之一。

经P13K/Akt信号轴介导骨破坏      影响破骨细胞分化的另一重要骨免疫途径是磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/Akt信号通路。P13K位于胞内，是一种胞内激酶，具备磷脂酰肌醇激酶及丝/苏氨酸激酶的活性。其下游主要是丝/苏氨酸激酶，与细胞的分裂、分化和凋亡等相关。激活的P13K可使Akt活化，进而激活NF-κB，使其从胞质中释放出来，可促进前体破骨细胞向破骨细胞分化。在破骨细胞的生成过程中PI3K/Akt信号通路主要由M-CSF激活。由于破骨细胞的形成和骨吸收的缺乏，M-CSF缺陷小鼠表现出严重的骨硬化表型。M-CSF与集落刺激因子受体（c-Fms）结合后激活PI3K和生长因子受体结合蛋白2（Grb2），从而进一步诱导破骨细胞前体或成熟破骨细胞中的Akt和ERK信号传导。何俊洲等通过研究后发现，结核分枝杆菌的超声裂解物可诱导RAW264.7小鼠巨噬细胞经P13K/Akt信号通路向破骨细胞分化，但其具体的调控机制及下游的关键调控分子仍需进一步探索。

经TNF-α激活巨噬细胞自噬介导骨破坏      免疫环境在脊柱结核的骨破坏进程中扮演重要角色。脊柱结核骨破坏的免疫病理机制研究认为，脊柱结核骨质破坏与局部免疫环境，包括免疫细胞和免疫因子具有一定的相关性。当结核杆菌感染巨噬细胞后会启动自噬，进而控制巨噬细胞内的结核杆菌。此外，自噬可诱导破骨细胞分化并在体外和体内刺激破骨细胞介导的骨吸收。经Ca2+-钙依赖磷酸酶-NFATc1信号通路抑制自噬途径后可进一步抑制破骨细胞的分化。

结核杆菌感染巨噬细胞后会产生大量细胞因子，其中主要以TNF-α为主。使用不同浓度的结核杆菌超声物对细胞进行处理发现，结核杆菌可显著上调炎症因子TNF-α的水平。与对照组相比，高浓度（100μg/ml）组的TNF-α增加了17.8倍以上。此外，结核杆菌超声物治疗也提高了TGF-β和IL-10两种抗炎因子的含量，二者分别增加了约5.6倍和4.3倍。上述结果表明结核杆菌超声物启动了免疫反应并提高了炎症因子的释放。TNF-α为促炎因子，在体内可进一步激活自噬途径而发挥功能。Liu等通过研究后指出，结核杆菌感染机体后通过调节TNF-α介导的破骨细胞自噬诱导破骨细胞生成并抑制破骨细胞凋亡。Al-Attiyah等认为，结核杆菌可显著上调外周血单核细胞中TNF-α的合成和释放。用结核杆菌感染巨噬细胞后发现，结核杆菌或其胞内蛋白可致TNF-α、IL-1、IL-6明显高于正常水平，TNF-α、IL-1、IL-6可通过细胞间信号传导直接或间接诱导破骨细胞形成与活化，从而导致骨质破坏。因此作者认为TNF-α、IL-1可能是结核杆菌感染人体引起骨关节坏死的原因之一。此课题组经过进一步研究后发现，TNF-能通过与破骨细胞前体细胞上的相应受体结合，直接或间接调节破骨细胞的分化、激活和凋亡。Hoshino等认为，结核感染引起的炎性破骨细胞生成受到促炎因子TNF-α的调控，主要是通过促进RANK-RANKL通路的激活而实现骨破坏。Hofbauer等认为TNF-α可通过上调成骨细胞中的M-CSF和RANKL表达间接促进破骨细胞分化和成熟。Kobayashi等研究结果表明，TNF-α在M-CSF存在下通过RANKL-RANK非依赖性机制刺激破骨细胞分化，TNF-α和IL-1L可能在炎症性骨病的骨吸收中发挥重要作用。

综上可知，当结核杆菌感染机体后可激活机体的免疫调控，并产生大量的促炎因子，如TNF-α及白介素等，进而促进破骨细胞的生成和活化，抑制成骨细胞的生成（图1）。尽管有学者已提出经自噬途径激活RANKL-RANK依赖性或非依赖性信号通路以介导结核病灶内的骨破坏，但目前仍缺乏更为具体的分子机制研究及可以用来干预治疗的有效靶点。

经VDR信号轴介导骨破坏       临床观察发现维生素D（VD）缺乏更易于被结核杆菌感染，结核介导的骨破坏在VD缺乏患者中也更为严重。Jaimni等指出，VD在宿主抵抗结核分枝杆菌的免疫防御中具有重要作用。肺结核病例中VD缺乏症的患病率非常高。在肺结核患者中，VD缺乏症与更严重的临床症状、更高的痰涂片阳性和胸片广泛病变相关。

Aibana等则认为，VD可以以剂量依赖性方式预测结核病风险，在VD严重缺乏的HIV阳性个体中患结核病的风险最高。Hammami等通过对肺外结核患者开展病例对照研究后指出，VD缺乏是患肺外结核病的独立预测因素，肺外结核的VD预测因子的临界值为18.5ng/ml，其敏感性为80%，特异性为62%。Deng等通过研究后指出，结核杆菌的感染不仅增加了破骨细胞的数量，还可增加VD受体（VDR）及NF-κB的表达。而当VD缺乏时，VDR的表达量会更低，而破骨细胞的数量会增加。激活的VDR主要是通过抑制κB抑制剂（IκB）磷酸化而抑制结核分枝杆菌诱导的破骨细胞生成。当给予1，25（OH）2D3后则可以抑制结核杆菌激活的异常破骨细胞形成。因此作者认为当结核杆菌感染机体后虽使VDR表达量增加，但是其未被激活，从而未对NF-κB形成抑制作用，最终导致破骨细胞生成增加。当VD缺乏时因VDR的表达量降低而失去了有效的抑制IκB的磷酸化作用致破骨细胞生成更为严重。由此可知，VDR信号通路通过介导骨免疫机制参与了脊柱结核骨破坏的发生与发展。

其他       除结核杆菌本身介导破骨细胞引起骨破坏外，与结核共感染的疾病会协同加重骨破坏。细胞介导的免疫反应是机体控制结核分枝杆菌的关键，CD4+Th1细胞被认为是最为关键的免疫细胞。当患者感染人类免疫缺陷病毒（HIV）后则CD4+Th1细胞会显著减少，从而更易并发脊柱结核的感染，因此HIV与结核共感染的病例日趋增多。Raynaud-Messina等认为HIV-1感染机体后通过病毒蛋白Nef改变破骨细胞密封区（破骨细胞特异性骨降解机制）的结构和功能，进而可显著增强破骨细胞的粘附和溶骨活性。VIP，即血管活性肽，主要由肠神经元释放，通过扩张骨膜中的血管而增加血流量从而参与骨代谢。FU等研究发现，破骨细胞和成骨细胞存在不同的受体，成骨细胞表面主要是VIP-2，而破骨细胞表面主要是VIP-1和VIP/PACAP受体,VIP通过与VIP-1和VIP/PACAP结合直接促进破骨细胞的生成和活化，而与VIP-2结合时会释放IL-6从而间接促进破骨细胞的活化与生成。Delgado等研究发现，VIP不仅可以调节成骨细胞破骨细胞的活性，还可通过抑制破骨细胞聚集来调节骨代谢平衡。

结核骨破坏机制研究对治疗的意义

迄今为止，脊柱结核所造成的骨质破坏具体分子机制仍不甚明了。目前明确的是骨结核病灶中的骨破坏与免疫系统激活紧密相关,慢性炎症导致破骨细胞活性增强,成骨细胞活性下降，从而促进了骨吸收,关于破骨细胞的具体破坏机制以及结核杆菌感染时炎症因子的产生和炎症细胞的积聚对这种骨重建平衡破坏中有何作用并不明确。因此，对于脊柱结核骨质破坏的分子机制的研究，将从另一个侧面针对性阻止炎症造成的骨破坏，延缓骨破坏、骨吸收的进程，防治病情进展恶化，这些措施有望为将来结核分枝杆菌耐药的治疗提供新的思路、新的方法。

来源：中国脊柱脊髓杂志2022年第32卷第2期

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