文摘
虽然早已认识到,炎症,由于immune-driven过程,显著影响骨代谢,骨骼和免疫功能的集中化程度最近开始被切割。现在认识到,破骨细胞的形成,骨再吸收人体细胞,以关键osteoclastogenic细胞因子、受体激活剂NF -κB配体(RANKL)。尽管大量的炎性细胞因子目前公认的促进破骨细胞形成和骨骼退化,只有少数例外,RANKL现在被认为是最终驱动osteoclastogenesis下游效应器细胞因子和调节监测骨吸收。RANKL的生物活性是由其生理诱饵受体,osteoprotegerin(功能)。新发现的来源和监管RANKL和生理骨代谢功能以及病理(骨质疏松性)条件下继续,打开一个窗口的复杂的监管流程控制骨骼的完整性和集成的深度骨架内的免疫反应。本文将研究骨代谢和免疫系统之间的互连和骨代谢生化生理和病理的影响。
1。介绍
矿化骨主要由蛋白质组成的矩阵,但不仅限于,胶原蛋白I型纤维在面向分层线性包。这种蛋白质基质支架涂上一层矿物,主要是磷酸钙的羟磷灰石晶体的形式(1]。
骨架形式在生命的初期,主要通过软骨内成骨矿化的骨最初的软骨随后更换矿化骨软骨模板。一些骨骼组件包括某些颅骨如头顶形成没有软骨中间通过直接矩阵和矿化沉积,这一过程称为膜内的骨化(2]。
骨骼达到其最终形状和终极形式通过骨建模、过程涉及的协调活动骨突起合成成骨细胞和骨破骨细胞。这个过程的选择性骨沉积和删除造型骨架来达到最终的形状和最优负荷能力(3,4]。骨建模一直持续到成年早期人类那时峰值骨密度(BMD)和骨大小。此后,骨骼发生骨重建的过程称为重构。突起在重建骨破骨细胞和骨形成成骨细胞一致没有损坏或磨损后骨骼和新骨,以及允许增长和扩张的骨髓腔,增加小梁厚度。最初,骨重塑的过程稳态,监测骨吸收的速度由成骨细胞的骨形成的速率匹配。最终的结果是骨修复没有骨量的净收益或损失,原则上和骨重建有能力取代大约25%的骨小梁和皮质骨的3%(每年3,4]。
在现实中,这种能力的骨骼再生自我平衡的方式是短暂的,和男性和女性开始失去骨人生的第四个十年的生活。绝经后骨质疏松女性大大增强了一段时间,骨质疏松随之而来的快速阶段由于雌激素下降5 - 10年。男人经验较慢的线性骨质损失由于累进性类固醇下降(3]。
这持续的骨密度的损失和质量随着年龄的增长会导致骨量减少(低骨量),最终的高潮在骨质疏松症,是一种极大地增加骨折的风险。虽然年轻男性(年龄在15到49岁的)3倍比女性更容易维持骨折(5),老年人群的骨折发生率比男性明显高于女性,脆弱性骨折影响近一两个老年妇女相比,一个在三到四个老男人6]。增加骨折发病率在女性的原因是复杂但除了失去骨头快更年期后,女性比男性也积累更少的骨骼质量在增长,尤其是在青春期。这导致较小的骨头薄皮层和小直径有一个相对减少负荷能力(3]。
断裂的后果可能是毁灭性的,发病率和死亡率的一个重要原因7,8]。椎骨折可引起严重的背部疼痛和残疾(9),而髋部骨折通常是极其严重的,几乎总是导致住院和大手术。髋部骨折是致命的大约20%的时间和产生永久性残疾大约一半的时间(8,10]。在一些研究中髋部骨折后为期一年的死亡率已经达到高达30% (11]。幸存者经常遭受极大的侮辱和生活质量下降由于需要大量的康复和长时间的养老院保持经常剥夺老人的流动性和独立,有时永久(12]。骨折的病人和社会经济后果是相当大的(12]。总2005年骨折> 200万年花费近170亿美元,而这些成本预计到2025年上升了近50% (13]。
有了巨大的进步在过去2年中在理解过程中调节骨代谢生化生理和描述多个病理条件的机制与骨架碰撞。有数量惊人的这些疾病中心在炎症和免疫调节异常与自然衰老,导致骨骼附带损害。此外,感染和免疫疾病如人类免疫缺陷virus-1 (hiv - 1)和感染/获得性免疫缺陷综合征(AIDS)现在公认的严重影响骨骼,甚至诱发相对年轻的男性和女性骨折的后果。
immunoskeletal接口包括免疫和骨骼功能的集中常见的细胞和细胞因子控制生理骨量效应器,但导致骨架恶化的状态下长期免疫激活。实现这个免疫和骨骼系统的互连十多年前已经产生了一个专门的研究领域的出现,有时被称为“近年来,”的不同方面的许多优秀的评论文章的主题包括(14- - - - - -23]。
2。破骨细胞的受体激活剂NF -κB(排名)/等级配体(RANKL) / Osteoprotegerin(功能)系统
破骨细胞是独特的身体的细胞突起肩负着骨头。这些巨大的多核细胞在骨表面结合形成一个密封区和ruffled-membrane边境进入顶端质子泵积累氢离子与氯离子结合形成盐酸,这会降低骨矿物质。暴露的胶原蛋白矩阵是耐酸endosomal和溶酶体酶的攻击裂开胶原纤维有效地去除少量的骨(24]。
破骨细胞生物学的核心世界谜已经破骨细胞形成和调节其分化和活动。它一直被认识到,破骨细胞前体流传在单核细胞/巨噬细胞人口和分化成preosteoclasts融合形成巨大的骨再吸收成熟破骨细胞(25]。这是进一步认识到炎症过程,如风湿性关节炎和牙周感染使监测骨质流失,引起猜测,炎性细胞因子,如白介素(IL)−1,肿瘤坏死因子-α(TNFα),il - 6可能破骨细胞的形成中扮演关键的角色26,27]。
有趣的是,这些细胞因子当放置在净化单核细胞无法引起显著的破骨细胞形成间接的作用机制。因为骨形成和吸收一致(耦合)在骨建模和重塑,这是进一步推测造骨细胞可能调节破骨细胞的活性。须集团在日本的研究确实能够证明纯化的成骨细胞接受维生素D和cocultured接触破骨细胞前体(单核细胞)小鼠脾脏提升的重要形成多核细胞突起的坑牙质,骨替代,因此满足功能性需求指定为破骨细胞(28]。
然而,osteoclastogenic细胞因子的身份负责破骨细胞形成和通常被称为破骨细胞分化因子(ODF)仍将掩盖另一个十年。
到1980年代末分子生物学和蛋白质生物化学的技术已经进化为一系列关键领域的发现骨生物学。第一,在1997年,被识别,由两个独立的团体,一个强有力的负面抑制剂osteoclastogenesis名叫osteoprotegerin(功能)29日安进公司调查人员)的在美国和osteoclastogenesis抑制因子(OCIF) [30.在日本调查人员)。第二年,安进集团利用先进的分子生物学方法能够净化功能和定义一个配体(功能配体(OPGL)),强有力地刺激破骨细胞的生产从纯化前体31日]。几乎同时,使用一个广泛的生化净化策略,集团在日本的须确定一个等价的配体在表面的成骨细胞的强大osteoclastogenic OCIF活动他们归因于难以捉摸的ODF (32]。OPGL和ODF是结构上和功能上相同,强有力地促进破骨细胞的形成没有任何其他外生因素,除单核细胞的生存因素巨噬细胞集落刺激因子(csf)。有趣的是,一个因素OPGL结构相同和ODF先前报告由两个独立的团体的免疫学家和被命名为受体激活剂NF -κB配体(RANKL) (33)和肿瘤坏死factor-related activation-induced细胞因子(状态)34]。这些团体表明这个因素,通过受体表达的T细胞,免疫调节功能(等级/ TRANCE-receptor)出现在树突状细胞(33- - - - - -35]。尽管所有这些不同的术语交替使用多年,在骨生物学首选术语现在RANKL osteoclastogenic细胞因子来描述,功能描述其抑制剂,等级描述RANKL的受体。
现在清楚的是,RANKL的关键是最终效应osteoclastogenic细胞因子和存在的宽容的浓度- csf能够诱导破骨细胞的形成、促进破骨细胞的吸收活动没有任何其他的细胞因子。作为诱饵受体功能功能,防止协会RANKL与受体(排名35),从而缓和osteoclastogenesis和骨吸收(综述[25,36,37])。
现在明白,破骨细胞前体是单核细胞谱系的细胞表达一个或多个标记(通常CD14, cfm (csf受体),或CD11b)和排名。绑定的RANKL排名发起一系列信号转导途径介导虽然TNF receptor-associated因子6 (TRAF6)和包括NF -κB (38- - - - - -40),c-Jun n端激酶(物)/ cJun /安全系数38,41- - - - - -43,核转录因子的激活T细胞(NFAT) [44- - - - - -46)启动分化早期的破骨细胞前体成preosteoclast(公认的在体外或体外表达的酶抗酒石酸酸性磷酸酶(陷阱))。Preosteoclasts最终相互融合成成熟骨突起多核破骨细胞被表达的关键破骨细胞标记包括陷阱(47),降钙素受体(28),组织蛋白酶K (48],pp60c-src [49),基质金属蛋白酶9 (MMP9) [50V),αβ3整合素链(51,52]。破骨细胞来自多个物种可以进一步确定通过反应性独特osteoclast-specific单克隆抗体(121 f) [53]。
RANKL在基底破骨细胞形成的核心作用和骨内稳态在动物模型已经建立,RANKL的基因缺失导致了osteopetrotic表型特征是一个完整的没有破骨细胞和牙喷发的失败(一个破骨细胞驱动的过程)54]。同样,建立了关键功能的生理作用在淘汰赛(KO)和转基因功能缺失的基因超表达研究小鼠会导致大量的破骨细胞和骨侵蚀严重54,55]。相比之下转基因过度造成osteopetrotic音标铅字在老鼠56]。
符合动物研究激活受体的突变与家族排名膨胀性的骨质溶解,一种罕见的常染色体显性骨疾病的特点是增加骨重塑的病灶部位(57]。多种形式的佩吉特氏和少年佩吉特氏病可能导致删除/功能基因的突变(TNFRSF11B)[58- - - - - -60]。
人类疾病相关的RANKL基因的突变是罕见,尽管小说突变的基因转化生长因子β1 (TGFβ1)和一个错义变化TNFSF11编码RANKL都可能导致骨表型与Camurati-Engelmann相关疾病(61年]。
从治疗角度来看几项研究已经证明功能抑制的能力改善骨质疏松性状态和/或改善骨质切除卵巢的动物(绝经后骨质疏松症的一个模型)通过功能adenoviral交付在老鼠62年),功能单一静脉注射在切除卵巢的老鼠63年),每周治疗性腺的完整的猴子(64年),和一个注射在绝经后妇女65年]。虽然功能从来没有成功地转化为一个批准治疗人类,一个人性化的中和抗体(Denosumab)针对RANKL现在是美国食品和药物管理局(FDA)批准用于骨折预防和改善绝经后骨质疏松症和其他形式的(66年,67年]。
现在的证据是极强的支持最终效应作用等级/ RANKL /功能系统的破骨细胞形成和骨吸收的规定。现在清楚的是,炎性细胞因子il - 1、TNFα和csf,长期以来一直与监测骨质疏松,函数通过促进成骨细胞RANKL生产的前体(骨髓基质细胞(BMSC))和/或成熟的成骨细胞(68年,69年];功能和/或通过减少生产(70年),和/或通过移植受体排名在破骨细胞前体71年从而增加他们对主流RANKL浓度的敏感性。il - 1、TNFα一直参与破骨细胞形成在绝经后骨质疏松症26,72年)及其在动物模型(卵巢切除术)[73年- - - - - -76年]。在最近的一项研究进一步表明,il - 1介导osteoclastogenic肿瘤坏死因子的影响α通过增强基质细胞RANKL的表达,直接刺激破骨细胞前体分化[69年]。肿瘤坏死因子α结果中有另一个属性是相对独特的炎性细胞因子;肿瘤坏死因子αosteoclastogenesis特别强有力的影响,因为它不仅促进RANKL生产(68年),但加强与RANKL放大osteoclastogenesis [77年,78年和加强监测吸收79年通过整合RANKL-induced)信号转导途径(79年,80年]。这些影响可能的后果,RANKL事实上TNF-superfamily成员和函数通过许多相同的通路诱导肿瘤坏死因子α本身。尽管一些早期研究表明TNFα可能是能够直接RANKL-independent osteoclastogenesis [81年),重量的证据现在违背这一理论,很可能,鉴于RANKL的能力放大RANKL-induced osteoclastogenesis,在这些研究mouse-derived破骨细胞前体是内生RANKL暴露在活的有机体内因此准备应对TNFα体外。
肿瘤坏死因子的炎症作用的结果α,它的超表达在活的有机体内在转基因小鼠的情况,导致炎症像人类风湿性关节炎重要的焦点和系统性骨侵蚀(82年,83年]。事实上肿瘤坏死因子α现在诱饵受体接受治疗人类风湿性关节炎(84年]。
3所示。肿瘤坏死因子α和NF -κB信号转导通路在骨吸收
肿瘤坏死因子的分子的行动α在很大程度上是由于它能强有力地刺激激活的NF -κ转录因子。这个途径也RANKL-induced信号转导的主要中介,而不是惊人的TNFα有效力地增强RANKL-induced破骨细胞的形成。NF - - -的重要性κ破骨细胞的发展,功能,和生存长期以来被公认41,85年- - - - - -88年),是由骨硬化病的证据强烈支持p50和p52 NF -κB双KO小鼠,由于有缺陷的破骨细胞分化[89年]。NF -κB亚基RelB进一步被证实在破骨细胞分化发挥关键作用[87年]虽然p65 NF -κB亚基可以防止JNK-mediated细胞凋亡在RANKL-induced承诺破骨细胞表型(41]。药理拮抗剂的NF -κB信号已被证明抑制破骨细胞激活(86年)和钝监测骨吸收,改善骨质疏松引起的小鼠卵巢切除术(90年),多发性骨髓瘤诱导破骨细胞形成和活动在体外(91年),植入粒子诱导osteoclastogenesis [92年),和风湿性关节炎动物模型在活的有机体内(93年]。
4所示。NF -κB和骨形成
令人惊讶的是,当谈到造骨细胞和骨形成NF -κB信号转导是相当不同的破骨细胞骨吸收和形成实际上是强有力地抑制。它一直认为p65 NF -κB亚基是维生素D-stimulated抑制成骨细胞的骨钙素转录(成骨细胞分化的测量)94年]。作为一种潜在的刺激剂NF -κB,这并不奇怪,一些研究已经证实,抑制肿瘤坏死因子的影响α在成骨细胞的形成95年,96年)在小鼠骨折愈合模型的药物抑制肿瘤坏死因子α改变与年龄相关的缺陷在骨形成97年]。
从力学上看,肿瘤坏死因子的一种机制α抑制成骨细胞分化是通过抑制Smad信号在分化成骨细胞,通过一个NF -κB-mediated过程(98年]。Smad信号介导的转化生长因子β(TGF的成员β包括TGF)总科β本身和骨形成蛋白(bmp)。TGFβ和bmp关键因素需要引导成骨细胞前体的承诺,一起为他们的分化为成骨细胞的轨迹和矿化成骨细胞(99年,One hundred.]。我国强大的生理诱导成骨细胞的分化和血管生成101年),BMP-2现在作为药理工具促进骨修复在骨科植入物(102年]。
TGFβ被认为扮演重要角色在早期成骨细胞谱系的承诺(103年招聘的),骨髓基质细胞骨吸收的网站,通过Smad-dependent信号通路(104年]。TGFβTGF两相的方式调节成骨细胞分化β刺激发展和早期成骨细胞的增殖,但抑制他们的成熟。TGF如何β每个位置坐标和成骨细胞分化尚不清楚。TGFβ强烈刺激的合成细胞外基质蛋白(105年),但在体外研究显示最终的矿化过程的抑制作用,这仍然发生在活的有机体内尽管在高浓度的TGF的骨微环境β(106年,107年]。一个原因是TGF这个明显的矛盾β受体表达下调在成骨细胞分化后的细胞成骨细胞的胶原蛋白合成,使成骨细胞逃离TGF的抑制β(108年]。
NF -之间的接口κB和Smad信号了解甚少,但研究表明,NF -κB信号移植抑制Smad, Smad-7对抗成骨细胞分化[109年]。这些数据是一致的研究表明,肿瘤坏死因子α促进全身骨质流失在一定程度上,通过刺激BMP蛋白的蛋白酶体降解机制涉及Smad泛素化调节因子1 (Smurf1) [110年]。此外,肿瘤坏死因子α据报道,抑制BMP-induced通过激活成骨细胞分化跟压力蛋白激酶(SAPK) /物信号(111年]。
事实上,它一直是认识到,肿瘤坏死因子α有助于ovariectomy-induced骨质流失不仅通过促进骨吸收,而且还通过抑制骨形成代偿反应,启动骨吸收,稳态耦合过程的结果。事实上,药物抑制肿瘤坏死因子α增加骨形成在卵巢切除术(75年]。符合这些数据我们已经证明,雌激素促进骨合成代谢在体外得罪NF -κB激活成骨细胞的细胞株MC3T3 [112年]。
与炎症状态表现为高浓度的TNFα最近,我们调查了生理内源性肿瘤坏死因子水平的影响α在基底骨形成在活的有机体内使用TNFαKO小鼠肿瘤坏死因子α受体I型(过去)和II型(我)KO小鼠。我们的研究表明,老鼠零TNFα和过去受体表现出显著提高骨密度(BMD)和骨体积显著升高的骨形成的结果。我们的数据表明TNFα强有力地收购峰值骨量减少展示了强大的内生TNF甚至低浓度的影响α在骨形成机械(98年]。与这些影响广泛的一致在活的有机体内调查NF -κB信号基骨形成表明NF -的条件失活κB信号在成骨细胞通过转基因的超表达抑制剂κB激酶(IKK)增加小梁骨量和骨密度和逆转ovariectomy-induced骨质流失增强骨形成(113年]。
类似雌激素的作用,许多自然和营养剂与骨保护作用相关的展示刺激活动骨形成和骨吸收抑制行动似乎利用NF -发散作用κB在骨细胞信号。我们已经表明,维生素K2 (114年),和厚朴酚(115年)、锌(116年),和类胡萝卜素p-hydroxycinnamic [117年,118年)都能够调节NF -κ在成骨细胞和破骨细胞前体B激活在体外由得罪RANKL和肿瘤坏死因子α全身的NF -κB激活成骨细胞和破骨细胞,分别。
5。RANKL和功能在生理和病理条件下生产
5.1。生理RANKL生产
虽然认识到许多细胞类型有能力生产RANKL和功能,这两个因素的主要来源,尤其是在基础条件下,通常被归因于造骨细胞,骨细胞构建,及其前驱细胞来源于间充质干细胞(msc),有时被称为骨髓基质细胞(bmsc)。然而,这些结论是基于在体外研究和现在新出现的挑战在活的有机体内数据(119年]。在最近的一次在活的有机体内研究小鼠成骨细胞删除目标被发现导致骨量减少,如预期;然而骨吸收持续通常缺乏骨形成的情况下,破骨细胞数量并没有显著影响。这一结果表明,造骨细胞和骨形成不控制骨吸收的程度通过巴尔沙RANKL的生产在活的有机体内正如前面相信(120年]。
osteoblast-independent RANKL的来源的概念进一步说明在最近的两个背靠背的研究在《自然医学》杂志上,挑战了我们的观念,让基底RANKL从何而来。使用最先进的Cre-directed条件RANKL KO系统,生成与特定的RANKL老鼠基因缺失在msc和显示mesenchyme-derived细胞RANKL的表达是必不可少的破骨细胞形成长骨骼增长,但不是在椎骨,或者头顶。此外,这些老鼠牙喷发是正常所需表明RANKL的来源这一过程不是MSC派生(119年]。msc多能细胞,产生多个细胞系包括成骨细胞、骨细胞、软骨细胞、成纤维细胞,细胞,脂肪细胞121年]。由于MSC删除多个血统的潜在影响,进一步进行了删除特定的RANKL late-proliferating软骨细胞,成熟的成骨细胞和骨细胞终末分化成骨细胞埋在骨基质。RANKL源自肥厚性软骨细胞被发现的矿化软骨吸收(软骨内骨形成过程的中央)在骨细胞骨重建所需以及骨吸收与卸载,在尾部模型(119年]。
有趣的是,尽管激活T细胞和B细胞RANKL的公认来源,有条件在T细胞和B细胞RANKL KO未能影响骨量表明RANKL来源于淋巴细胞没有参与基底骨重塑的规定(122年]。在另一项研究中,纯化骨细胞培养在体外透露,RANKL表达由骨细胞和破骨细胞形成明显高于成骨细胞和基质细胞。骨细胞RANKL的来源的重要性进一步证实了使用一个骨细胞条件RANKL KO模型显示,一个重要的发展骨硬化病发生在缺乏由骨细胞RANKL的生产(123年]表明骨细胞的关键角色RANKL在基底骨建模/重构。综合这些研究揭示了一个重要角色由骨细胞和软骨细胞在基底osteoclastogenesis RANKL表达。
5.1.1。RANKL-Independent Osteoclastogenesis
虽然毫无疑问的重要性等级/ RANKL /骨代谢生化生理和病理功能轴,许多细胞因子已经被确认,直接促进osteoclastogenesis RANKL-independent的方式和可能导致骨质流失与某些病理条件有关,包括炎症。
5.1.2中。Osteoclastogenic因子激活T细胞(SOFAT)
2001年我们报道的一系列研究结果的机制激活T细胞在炎症条件下促进osteoclastogenesis和自发破骨细胞形成的文化原因外周血单核细胞,系统缺乏基质细胞/成骨细胞或外源性细胞因子。这些研究发现CD4细胞+和CD8+T细胞,激活植物血凝素phytohemagglutinin-P (PHA),强有力地刺激人类的破骨细胞的形成在体外。后发现RANKL的关键osteoclastogenic因素我们实际上是能够证明RANKL生产显然是负责大部分的osteoclastogenic激活T细胞的活动。有趣的是,我们还记录了一个有趣的残余osteoclastogenic活动坚持饱和浓度的功能和RANKL抑制剂,占大约30%的T-cell-dependent效应(124年]。类似的数据被发现IL-7-induced T-cell-mediated破骨细胞形成文化(125年]。我们进一步证明T-cell-conditioned激活介质有能力添加osteoclastogenesis净化单核细胞的文化最大限度刺激RANKL的饱和浓度和csf (124年]。这些数据让我们得出这样的结论:激活T细胞能够促进osteoclastogenesis通过RANKL-dependent和RANKL-independent机制(124年,125年]。
近十年后,这一具有争议性的确切性质RANKL-independent osteoclastogenic细胞因子是划定。使用一个密集的生化净化策略我们可以分离条件培养基从人类激活T细胞通过高效液相色谱法(HPLC)和生物活性恢复分数为进一步决议由十二烷基硫酸钠(SDS)和聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)显示一个主要候选人蛋白质进一步质谱的特征。蛋白质序列的确定了假定的因素是使用DNA重组技术克隆和表达。产生的蛋白质,我们称为分泌osteoclastogenic因子激活T细胞(SOFAT)被发现源自一个不寻常的信使rna剪接变体编码的苏氨酸synthase-like 2基因(THNSL-2)相同器官。尤其令人惊讶的是,是什么THNSL-2是一个残余苏氨酸合酶的编码基因在植物和微生物,但非功能在高等生物。尽管缺乏功能THNSL-2哺乳动物物种仍然非常保守,显示一个正在进行的功能。尽管SOFAT的生理/病理功能仍然未知,重组SOFAT能刺激破骨细胞功能的形成缺乏成骨细胞或外生RANKL和的方式是完全不敏感RANKL抑制剂osteoprotegerin的饱和浓度。然而,像RANKL sofat osteoclastogenic活动是由炎症细胞因子TNF强有力地放大α(126年]。
SOFAT有进一步的功能、能力促进成骨细胞il - 6生产,另一个活动以前未知的源,先前记录在激活T-cell-conditioned介质(127年]。
而SOFAT的功能和它的作用机理仍有待特点,我们推测,SOFAT可能加剧炎症和/或骨代谢炎症条件下当T细胞被激活,如风湿性关节炎,牙周炎,在雌激素缺乏条件,炎性疾病状态,将在下面详细讨论。
5.1.3。同源淋巴毒素表现出诱导表达和疱疹病毒和单纯疱疹病毒糖蛋白D竞争条目中保(HVEM)、T淋巴细胞表达的受体(光)
同源淋巴毒素表现出诱导表达和疱疹病毒和单纯疱疹病毒糖蛋白D竞争条目中保(HVEM)、T淋巴细胞表达的受体(光)、肿瘤坏死因子超家族的一个成员(TNFSF14),显著调节人类风湿性关节炎患者血清的,是另一个表达的细胞因子激活T细胞以及单核细胞、粒细胞和未成熟的树突状细胞。光有能力诱导破骨细胞的形成来自人类和小鼠单核细胞在缺乏RANKL和功能的方式对RANK-Fc(一种合成可溶性诱饵受体的RANKL基于RANKL受体)。Osteoclastogenesis然而阻碍了阻止我肿瘤坏死因子受体抗体。像SOFAT,光可能发挥重要作用在支持类风湿性关节炎患者的骨质流失加剧RANKL-induced局部或全身性骨质疏松128年]。
5.1.4。TGFβ在监测骨吸收
尽管TGFβ已被证明早期刺激骨形成(见上述),几项研究表明细胞因子的能力也促进维生素D-dependent生产破骨细胞的成骨细胞cocultures [129年)和增加在体外RANKL-mediated破骨细胞形成(130年,131年]。相比之下,TGFβ也被报道抑制osteoclastogenesis [132年- - - - - -134年]。这些令人困惑的活动可能的后果,TGF两相的影响β在低剂量刺激osteoclastogenesis,但在高浓度抑制(129年]。破骨细胞的潜在机制抑制功能是通过生产(135年)以及抑制成骨细胞RANKL的(136年]。它进一步据报道,雌激素促进小鼠破骨细胞的凋亡TGF的生产β(133年]。符合这个我们已经报道,B细胞凋亡能力在体外是抑制osteoclastogenesis TGF他们分泌显著的浓度β,导致破骨细胞凋亡及其前体(134年]。这可能进一步加剧了功能B细胞分泌,可能放大,在某种程度上,由一个细胞自动TGF的效果β在B细胞。
条件下雌激素缺乏的老鼠在活的有机体内我们已经进一步表明TGF下降β生产是宽容T-cell-driven炎症骨质流失,TGFβ是一种t细胞活化的有效抑制剂。因此,雌激素使TGFβ可能采取行动,保护骨骼从炎症的蹂躏137年(稍后详细讨论)。
有趣的是,一项研究报告了直接TGFβRANKL-independent全身的破骨细胞形成的机制(138年]。在这项研究中添加TGFβ264.7文化人类单核细胞和原始细胞(单核细胞的细胞系作为早期破骨细胞前体)的csf但没有RANKL或其他炎性细胞因子诱导功能的骨再吸收破骨细胞的形成。吸收并不是抑制TNF通过功能或中和抗体α,其受体,或il - 6的gp130链,这表明TGFβ是独立于RANKL、TNFα,或产生il - 6。此外,虽然RANKL刺激破骨细胞大,TGFβ诱导大量的单核的preosteoclasts和小成熟破骨细胞产生许多小吸收缺损(138年]。
TGF的意义β在基底osteoclastogenesis的规定在活的有机体内尚不清楚RANKL-dependent潜力和独立的影响和直接抑制效应以及间接抑制效应通过调制RANKL和功能,通过抑制t细胞的活化,创建一个复杂的相互作用。
5.2。生理功能的生产
像RANKL,基于在体外功能研究生产历来是归因于成骨细胞和综合。然而,早在1998年就认识到,人类B细胞功能的一个重要来源,而调制的CD40 costimulatory受体在活的有机体内能明显刺激B细胞功能生产(139年]。这些研究被认为是重要的行动的RANKL的免疫功能,但考虑到历史观点,造骨细胞是骨骼功能活跃的来源,这些发现的意义被忽视了在骨生物学的作用差不多有十年了。2007年我们报道,老鼠缺乏B细胞明显升高基底骨吸收和BMD和体积减少。中央缺陷导致骨吸收相对于这种不平衡形成骨髓功能不足,导致失衡的RANKL /功能比宽容的骨吸收。B细胞的移植回KO小鼠B细胞功能得以恢复野生型(WT)水平和救援的发展骨质疏松症(140年]。
使用WT老鼠我们能够量化B-lineage功能生产来源,惊奇地发现,成熟B细胞占骨髓功能总产量的45%。此外,B细胞前体,不成熟的B细胞,浆细胞进一步功能造成骨微环境与整个生产B细胞功能行数占总数的64% (140年]。
一个有趣的发现是,先前报道人类B细胞(139年),CD40 costimulatory受体的激活导致B细胞功能增强生产。因为同源的CD40配体(CD40配体(CD40L))被激活T细胞表达,我们进一步研究了潜在的T细胞功能调节基底B细胞生产使用T细胞缺陷裸小鼠,CD40L KO小鼠和CD40 KO小鼠。生产这些模型证实骨髓功能显著受损t细胞缺陷和/或基因消融CD40、CD40L costimulatory分子,导致骨吸收增加,骨量减少(140年]。数据也符合先前的研究表明CD4的损耗+和CD8+小鼠的T淋巴细胞在活的有机体内增强破骨细胞形成体外涉及的机制,在某种程度上,明显抑制功能的生产(141年]。
有趣的是,骨量减少是一个杰出的x连锁hyper-IgM综合症患者的临床特征,一种遗传性免疫缺陷疾病引起的突变基因编码CD40L。虽然骨质流失的机制不清楚,降低γ干扰素(干扰素γ)生产报告的T细胞(142年]。功能生产没有调查在这个模型。
综合这些研究表明,基底条件下淋巴细胞(T细胞和B细胞)发挥重要的稳定作用,保护骨骼质量。结果B细胞或T细胞功能的破坏可能对骨代谢生化生理不幸的影响。
6。病理改变功能生产的后果
6.1。hiv - 1感染和骨质疏松症
典型的免疫缺陷疾病感染后病是免疫的崩溃,随之而来的hiv - 1病毒,导致病理事件的星座通常被称为获得性免疫缺陷综合症(艾滋病)。
十多年前改变骨骼代谢被报道在艾滋病患者的抗逆转录病毒治疗(ART) (143年]。然而负责的机制不清楚,但似乎涉及多种潜在因素包括艺术、药物用于抑制病毒复制的集合,传统的骨质疏松症的危险因素如吸烟、吸毒、饮酒,艾滋病性腺机能减退等疾病和肾脏疾病,广义低体重指数(BMI),通常与低骨量(144年- - - - - -146年]。事实上,基于此BMI和骨密度之间紧密联系,许多现在认为,低BMI与骨骼浪费可能是最重要的根本原因的低BMD在艾滋病患者147年]。然而,尽管有这些临床相关性之间没有明确的因果关系已经建立BMI和BMD在艾滋病毒感染,而且,事实上,患者没有消耗性疾病和正常体重也显示了包括腰椎和髋部BMD在关键网站(148年]。
艾滋病毒感染本身现在被认为是一个风险因素定义用于骨质疏松症虽然骨骼艺术被认为是一个附加的因素下降(149年,150年]。证明感染艾滋病毒的影响,最近的研究表明,一个惊人的三分之二的HIV感染的患者,天真的艺术,是osteopenic 10%直接显示骨质疏松症(151年]。
启蒙的艺术后,骨质流失加剧在治疗的前2年导致额外的BMD下降2% - -6%,减少类似级持续在绝经期前2年(150年]。
直到最近,这种骨质流失的后果都不清楚,对病人健康的潜在影响的争议。在某种程度上,这是一个事实,大多数的结果艾滋病患者相对年轻和弹道导弹防御是一个贫穷的年轻人群的骨折风险指标(< 55岁)152年]。的确,骨量减少及骨质疏松的临床定义标准,按照世界卫生组织(世卫组织)的定义,基于统计T分数来自BMD(量化通过双能x线吸收仪(用或测定仪骨密度技术)。骨量减少是定义为一个T−−1.0和2.5之间的得分和骨质疏松症≥−2.5。的T分数代表标准差(SDs)的数量低于平均峰值骨量的平均健康的年轻成年人通常来自参考数据库和进一步调整的种族和性别(153年]。而用是一种方便和非侵入性技术,BMD的敏感性的预测骨折风险是有限的,这个指标没有考虑骨的几何和材料特性(154年]。此外,松质骨(小梁)只代表总骨量的20%,尽管骨小梁和皮质明显有助于骨骼的结构强度,用测量提供了一个集成的骨头隔间大大低估了骨小梁的贡献。
尽管担心了一样的流行未来脆弱性骨折平均年龄的艾滋病人口持续向上的趋势155年]鉴于如何解释BMD的变化不确定性在年轻病人,医生一直小心翼翼,介入治疗在缺乏硬数据关于真正的骨折发生率。在过去的十年里增加了骨折的证据已经慢慢积累到一个临界质量。最早研究报告脆弱性骨折在艾滋病病毒感染者艺术是从Guaraldi等人记录49岁男性艾滋病患者骨量减少和一位51岁男性艾滋病患者骨质疏松,骨折后两人遭受微不足道的创伤(156年]。
调查断裂在小群的一个核心问题是缺乏统计力量由于普通人群的骨折率相对较低,尤其是在男性骨折发生率保持低而稳定的(通常低于2%),直到老年(> 70岁)(157年]。
研究涉及到不断增长的人口规模逐步巩固了这一概念,骨折发生率趋势更高的感染艾滋病毒的人群。这些研究包括Arnsten et al ., 328年研究弹道导弹防御和事件骨折49岁以上的男性(平均年龄55岁)与艾滋病病毒感染和231个人没有艾滋病毒感染风险。BMD被报道在艾滋病毒感染与免疫相比显著降低男性股骨颈,腰椎在调整了年龄、体重、种族、睾酮水平,强的松和使用毒品。事件骨折率每100人每年在感染艾滋病毒的人已经增长38%,但低于统计学意义,尽管BMD下降与骨折风险增加有关158年]。
在另一个断裂的研究涉及加拿大群,138年~ 2倍观察骨折率相对于402年艾滋病毒感染艾滋病毒的妇女−控制。有趣的是艾滋病的研究报告+女性更可能有脆弱性骨折尽管比女性BMD值没有不同的从一个国家人口基数159年]。这项研究可能再次强调的主要弱点在区别骨密度和骨质量,用后者更重要的负荷能力指数和骨折的风险。
2008年,结果从一个大人群为基础分析8525艾滋病毒感染和2208792 non-HIV-infected病人证实先前的担心关于骨折流行通过展示一个重大升级骨折发病率在男性开始在相对年轻的年龄(40至49岁)和实现戏剧性~ 4倍增加艾滋病毒+60 - 69岁的人。在健康女性与男性相比,骨折发生率是不稳定的,随着年龄的增长就会成指数级增长从0.5%左右30—39岁的年龄70 - 79 ~ 3.5%。重要的是,感染艾滋病毒的妇女显示增加骨折患病率相对于血清反应阴性的妇女在几乎所有年龄和实现一个2倍增加60到69岁之间157年]。
这个关键的研究已经验证了其他大型人群为基础的研究包括美国退伍军人事务部(VA)队列由39375名艾滋病病毒感染者和显示骨折的24% -32%高于未受感染的人群160年]在艾滋病门诊研究(跳)研究中,一群5826艾滋病患者的发病率要高2 - 4倍观察骨折艾滋病毒血清反应阳性的人群(161年]。
不是所有研究发现骨折发生率增加;例如,在女性的跨部门艾滋病毒研究涉及1728艾滋病毒感染和663未感染女性作者报道骨折发病率的差异微乎其微的艾滋病毒状况主要是绝经前妇女。多元模型然而揭示了种族(白人和非洲裔美国人)、丙型肝炎病毒感染,和更高的血清肌酐显著预测骨折事件(162年]。
虽然最近的大部分数据支持BMD显著下降和制作发病率增加艾滋病毒+人口的机制仍不清楚负责。艾滋病毒感染的特点之一是CD4的损失+T细胞由于连续刺激免疫系统导致activation-induced细胞死亡(上市)加剧了未能有效地恢复由于降低胸腺T细胞功能的艾滋病毒感染(163年]。有趣的是,尽管戏剧性CD4的损耗+T细胞是一种最公认的艾滋病毒感染特性,事实上整个免疫系统与b细胞室的重要障碍严重影响了导致妥协体液免疫(164年,165年]。因为T细胞b细胞活动的中央监管机构,改变在T细胞功能进一步推动b细胞活动的障碍。改变在B细胞室包括一个B细胞数量大幅下降以及不成熟的频率显著增加/过渡B细胞(165年]。虽然b细胞数量减少的确切原因和b细胞亚群变化知之甚少,细胞因子失衡,降低t细胞功能,直接接触病毒,病毒抗原都可能扮演一个角色(166年]。
6.2。b细胞中断驱动骨质疏松动物模型的hiv - 1感染hiv - 1转基因老鼠
人类系统的复杂性和局限性进行侵入性临床研究已经在很大程度上导致了混乱关于骨质流失的根本原因在hiv - 1感染,让我们利用动物模型,hiv - 1转基因老鼠(Tg),一个模型,不抱愧蒙羞的生活方式因素和艺术的影响,调查hiv - 1对骨代谢的影响。
组成型表达的hiv - 1病毒蛋白由一个复制缺陷hiv - 1病毒基因组,集成到老鼠的DNA,导致综合症在这些明显类似于免疫的动物和临床异常在人类艾滋病(167年]。首次使用这个模型我们记录的严重缺陷在骨骼内稳态导致骨密度和骨体积大幅下降。这些改变骨骼质量符合显著提高破骨细胞的数量和骨吸收,导致b细胞功能生产大幅下降,加剧了在b细胞RANKL的产量显著增加。生产RANKL确实是一个建立属性激活B细胞(168年,169年和b细胞的前体170年]。这种不平衡在RANKL /功能比有利于监测骨吸收,很可能进一步加剧了破骨细胞前体的数量大幅增加171年]。
这些数据链路感染艾滋病毒的破坏性影响b细胞内稳态直接骨代谢的变化。在人类的背景下,这些改变在immunoskeletal接口可能会加剧了患者特定的生活方式和AIDS-associated病态从而导致骨骼疾病表现出非常高的人口。在人类临床研究批准这些变化正在进行中。
6.3。艾滋病毒、艺术和炎症骨质流失
虽然淋巴细胞似乎发挥重要作用的骨量的保存在生理条件下,激活T细胞和B细胞,炎症过程的特点,是强有力的驱逐舰的骨头和可能导致骨骼退化在多种病理情况下。
矛盾的是,尽管hiv - 1感染导致的免疫缺陷,炎症暗流是公认的共存在艾滋病患者22,172年和是疾病进展的重要因素173年]。虽然病因缺乏定义的,慢性免疫激活结果被认为,在某种程度上,从持久残余hiv - 1复制、慢性合并感染,和艾滋病病毒导致的胃肠粘膜损伤导致的内化高浓度的细菌代谢物和组件包括脂多糖(LPS),细菌细胞壁蛋白质有说服力地免疫原性并导致先天和适应性免疫系统的激活(173年,174年]。LPS-induced炎症反应一直是公认的RANKL刺激生产,il - 1、TNFα(175年]。这种炎症状态在感染艾滋病毒的患者甚至无限期持续的背景下,艺术,可能有助于提高骨吸收在艾滋病患者即使在设置有效的病毒抑制。
而艺术极大地延长寿命,麻烦代谢并发症包括骨质疏松和骨折患病率升高正在削弱患者的生活质量在长期的艺术19]。尽管hiv - 1感染和艾滋病都造成严重的骨骼恶化,艺术本身长期以来被公认独立导致骨质疏松(143年]虽然负责的机制仍有待建立。解决感染艾滋病毒和艾滋病的贡献,传统的骨质疏松症的危险因素,生活方式的因素,艺术骨骼下降已经挑战[145年,147年,176年]。此外,因为艺术是临床上用作组合coformulation多个药物类包括蛋白酶抑制剂(pi),核苷逆转录酶抑制剂(种转录)nonnucleoside逆转录酶抑制剂(NNRTIs),整合酶抑制剂(IIs),和入口(融合)抑制剂,在发展,然而其他人赋予特定影响特定药物类困难。这是进一步复杂化的事实不同的药物存在多个变种为每个类的化学结构使一个非常广泛的不同的配方在不同病人和不同研究之间。
试图规避这些混杂因素在体外或在活的有机体内动物研究的艺术;然而数据经常被与临床观察很难协调。π等无所不在地使用例如一直与骨质疏松的患者(176年- - - - - -181年];然而当老鼠处理例如没有病毒感染的骨质被发现明显改善,而不是恶化[182年]。从力学上看,据报道,例如抑制破骨细胞分化和废除由扰乱破骨细胞骨吸收细胞骨架。此外,例如钝化甲状旁腺激素(甲状旁腺素-)诱导小鼠和osteoclastogenesis在体外发现抑制RANKL-induced NF -κB和Akt激活,信号通路对破骨细胞形成和功能至关重要。indinavir相比之下在同一个研究π不同的化学结构,是惰性和表现出的效果观察例如[182年]。
相比之下,在另一项研究中例如和saquinavir(但不是indinavir和奈非那韦)据报道促进t细胞RANKL的生产后可溶性hiv - 1病毒包膜糖蛋白gp120的风险敞口在体外(183年]。
种转录也被人类骨质疏松相关(176年,177年,184年]。齐多夫定(AZT)的第一个药物批准用于治疗HIV-1-infection NRTI类的,虽然现在很少规定实际上可以促进小鼠骨质疏松和刺激破骨细胞的形成在体外与其他两种转录必要(DDI)和拉米夫定(3 tc) (185年,186年]。
虽然目前没有协议如今骨质疏松的机制在活的有机体内在某种程度上,越来越多的证据表明,所有类艺术对骨代谢有负面影响的187年,188年)和骨质流失的大小是最大的前两年内治疗150年,189年,190年]。
因为所有艺术方案采取行动恢复免疫功能通过一个重新的T细胞和B细胞,这一过程开始后立即使用抗逆转录病毒疗法,但通常持续两年191年),目前的研究在我们实验室正在研究是否如今骨质流失,部分免疫重燃的结果导致暂时的炎症骨质流失。T细胞和B细胞的恢复设置的艺术很复杂,可能与患者之间,在一些涉及外围扩张现有的T细胞池,和/或IL-7介导胸腺复活在别人191年,192年]。t细胞和b细胞稳态扩张是一个涉及淋巴细胞的激活和增殖过程,有利于炎症的生产条件和osteoclastogenic细胞因子包括TNFα和RANKL。这些机制可能大大像相关的骨质疏松动物模型的绝经后骨质疏松症(稍后将详细描述)也包括IL-7-driven thymic-dependent从骨髓祖细胞的分化成熟的T细胞和thymic-independent外围扩张(193年]。
而骨质疏松的艾滋病毒感染和艺术是最终可能解释为多种因素的组合,可能不同的患者个体之间也有明显的差异,最近对免疫功能如何控制基底骨代谢和炎症的作用在推动骨质流失可能会提供一个新的视角对艾滋病患者骨骼退化,最终导致新疗法防治骨质疏松,通过调制immunoskeletal接口。
6.4。淋巴细胞和牙槽骨丢失在牙周感染
牙周感染成人牙齿脱落的主要原因和特点是牙齿支持组织的炎症,导致牙槽骨的吸收以及损失的软组织对牙齿194年]。
B细胞限制在牙周炎骨吸收已报告就是明证在活的有机体内动物研究涉及t细胞缺陷与anti-B裸大鼠或小鼠细胞抗体。牙周骨丧失评估后接种放线菌viscosus或拟杆菌gingivalis和显示anti-B-cell-antibody-treated老鼠大大减少牙周骨支持,而没有发现差异之间的正常,裸体,thymus-grafted老鼠。研究得出的结论,而永久T淋巴细胞缺陷不会影响到牙周疾病的发展,减少急性中度B细胞的动物倾向加重牙槽骨丢失的195年]。解释的结果之一是,B细胞是必要的控制牙周细菌的生长和实际上在这项研究中95%的接种大鼠血清免疫球蛋白或IgM抗体的一个或多个他们的微生物暴露(195年]。然而,另一个可能性是b细胞功能生产改善肺泡骨质流失。有趣的是,据报道,B细胞活化的辅助T细胞(Th) 1细胞因子被发现抑制osteoclastogenesis而B细胞活化的Th2细胞因子增加osteoclastogenesis [196年]。
尽管T细胞似乎没有发挥重要作用在支持牙周骨丧失的克劳森等人研究[195年),其他调查确实与T细胞在牙周骨丧失197年]。事实上,牙周组织从人类患者牙周感染已报告表达的水平明显高于RANKL蛋白质和功能显著降低。在这项研究中RANKL与淋巴细胞和巨噬细胞,后者不是一个典型的RANKL的来源,而功能蛋白质与内皮细胞(198年]。
在另一项研究中未分离外周血单核细胞从牙周病人显示高度的自发T-cell-dependent破骨细胞的形成与控制,符合超表达的RANKL和肿瘤坏死因子α通过T细胞。此外,anti-RANKL anti-TNFα抗体显著抑制osteoclastogenesis表明T细胞通过RANKL支持自发osteoclastogenesis牙周疾病和肿瘤坏死因子α超表达(199年]。
此外,高水平的血清IL-7与外周血B细胞来自患者牙周建议负责T-cell-dependent osteoclastogenesis [200年]。事实上我们已经报道,IL-7 RANKL的有力诱导物生产由人类外周血中T细胞(125年(稍后详细讨论)。此外,骨质疏松可能加剧了TNF-related凋亡诱导配体(TRAIL)生产抑制成骨细胞的形成(201年]。
在另一项研究中,双色共焦显微镜显示,只有不到20%的B细胞和T细胞RANKL表达被发现在健康的牙龈组织,在患病的牙龈组织,超过50%和90%的T细胞和B细胞,分别RANKL表达。由nonlymphoid细胞RANKL生产没有观察到,这项研究得出结论,B和T淋巴细胞RANKL的主要来源是牙周病的骨吸收病变(169年]。
综合两种T细胞和B细胞与牙槽骨丢失在牙周炎,可能是因为增强RANKL生产,由于免疫功能激活和潜在的减少加剧了生产由B细胞和炎性细胞因子的分泌il - 6等IL-7和肿瘤坏死因子α。
6.5。淋巴细胞和监测在风湿性关节炎骨质流失
类风湿性关节炎是另一种炎性疾病;然而与牙周炎炎症是由细菌感染,风湿性关节炎源于一种自身免疫性条件恶化导致免疫介导关节软骨和骨骼的影响(202年]。这是慢性炎症状态的结果发展影响的滑膜关节和折磨大约2%的成年人口导致慢性疼痛和疲劳,严重,损失的日常功能,可导致永久性残疾和死亡率上升203年]。类风湿性关节炎不仅会导致破坏软骨破坏系统性控制骨重塑引起全身性骨质疏松(204年]。类风湿性关节炎的主要特征是一个密集的淋巴浸润到滑膜,高浓度的激活T细胞和B细胞驱动不仅引发的炎症状态,但也在很大程度上负责与类风湿性关节炎(相关的骨质流失203年,205年- - - - - -208年]。在类风湿性关节炎激活T细胞和B细胞的诱导物监测骨吸收通过直接RANKL分泌以及肿瘤坏死因子的生产α细胞因子的关键重要性风湿性关节炎的病因。事实上,转基因肿瘤坏死因子的过度α在老鼠身上导致一个健壮的炎症状态表现为骨和关节破坏密切模仿人类风湿性关节炎(209年,210年]。肿瘤坏死因子α消融,相比之下,防止炎症和肿瘤坏死因子的骨质流失α转基因小鼠(82年),和药理TNFα抑制剂,如肿瘤坏死因子α诱饵受体,受体的改进是有效的代理类风湿性关节炎在人类患者(84年,211年- - - - - -214年]。
虽然骨侵蚀受到肿瘤坏死因子的改善α抑制剂,目前尚不清楚是否这是一个直接后果的这些药物在肿瘤坏死因子的有益作用α介导炎症(上游的骨骼营业额)或是否有直接的有益影响骨形成和/或吸收或两者的结合机制。给别人,我们在动物模型的研究,减少肿瘤坏死因子α将促进骨形成,同时减少骨吸收(90年,98年,113年]。
有趣的是,高水平的IL-7也被报道在风湿性关节炎和可能导致炎症和/或骨质流失的恶性循环(215年- - - - - -220年]。事实上,关节炎小鼠注射IL-7引起T细胞和B细胞的扩张和提高水平的促炎介质和加剧关节炎严重程度和关节破坏。这些行为是伴随着Th1和Th17活动增加,表明IL-7可能是关节炎的重要中介条件和目标IL-7或其受体可能代表一个新颖的治疗策略221年]。IL-7政府相比,抗体中和IL-7受体的临床关节炎严重程度显著降低与减少射线关节损伤(221年]。
Th17细胞是另一个主要的子集辅助细胞和命名为他们表达的细胞因子IL-17和一直建议扮演一个角色在类风湿性关节炎(222年]。滑膜液的IL-17水平据报道在风湿性关节炎患者显著高于骨关节炎患者,和anti-IL-17抗体显示出显著抑制破骨细胞形成诱导培养基源自风湿性关节炎滑膜组织。此外,治疗cocultures小鼠造血细胞主要与IL 17诱导破骨细胞分化成骨细胞刺激,完全抑制的功能。成骨细胞RANKL的表达的应对IL-17进一步证实在体外这表明IL-17-induced监测骨质疏松是由成骨细胞RANKL表达的结果(223年]。
在另一项研究IL-17 adenoviral膝关节的过度II型collagen-immunized老鼠(类风湿性关节炎小鼠模型)提升监测在皮质骨侵蚀,软骨下,骨小梁RANKL的表达和其受体位于滑液渗透和网站的焦骨侵蚀。IL-17不仅增强RANKL表达也强烈调节滑膜的RANKL /功能比,而系统功能治疗预防关节损伤引起当地IL-17超表达。这些发现表明T细胞IL-17 RANKL表达的是一个重要的诱导物刺激osteoclastogenesis在关节炎和骨质侵蚀(224年]。
符合这些断言抗体中和IL-17的小鼠模型,类风湿性关节炎,TNFα转基因小鼠,用IL-17中和抗体而只有TNF产生轻微的影响α全身炎症,有效减少局部和全身性骨质疏松通过阻止破骨细胞分化在活的有机体内。这些保护作用与转向预防骨质疏松骨侵蚀是一致的t细胞反应,如增强Th2分化、il - 4和il - 12表情,增加监管t细胞(Treg)数字。数据凸显IL-17作为改善骨破坏的公认的治疗目标与t细胞活化在类风湿性关节炎(225年]。
7所示。Immunoskeletal接口在雌激素Deficiency-Induced骨质流失
雌激素缺乏和绝经后骨质疏松症之间的因果关系已经存在了超过70年了。失去雌激素的绝经期骨质疏松导致加速阶段影响主要是松质骨(小梁)4-8-year一段迅速下降。之后,取而代之的是第二个阶段的骨质流失的速度缓慢的松质骨损失降低,但是皮质骨质流失的速度是不变或增加。这个骨质流失持续下去,介导的发展在很大程度上继发性甲状旁腺功能亢进状态(226年]。
最令人惊讶的一个方面在过去15年的深远的贡献是免疫系统对骨质流失在雌激素缺乏症15,17,227年]。十几年来我们已经调查了级联的炎性细胞因子调节骨代谢生化免疫系统和雌激素缺乏的小鼠模型,切除卵巢的老鼠(15,17,43,70年,77年,137年,193年,228年- - - - - -235年]。的一些重要发现这些研究提出了以下。
7.1。B细胞在Ovariectomy-Induced骨质流失
B细胞的作用与雌激素相关的骨质疏松缺陷仍存在争议。几乎2年前它是观察到小鼠卵巢切除术导致B淋巴细胞增殖[激增236年),雌激素政府可以抑制B淋巴细胞增殖(237年]。这些研究导致B细胞谱系的建议可能有助于ovariectomy-induced骨质流失,并在1997年具有里程碑意义的论文证明了lymphopoietic细胞因子IL-7引起了强大的B淋巴细胞增殖增加注入老鼠时,一个事件不是重大损失的BMD (238年]。
有趣的是,不成熟的B细胞群表达标记B220一直建议transdifferentiate破骨细胞通路在体外(239年)提供了一个潜在的增强破骨细胞前体的来源和作用的解释B-lineage细胞ovariectomy-induced骨质流失。尽管潜在B220细胞功能和破骨细胞前体在体外已经被我们和其他人(独立消息来源的证实240年,241年),这些细胞的作用在活的有机体内仍不清楚。
后发现osteoclastogenic RANKL的关键细胞因子的表达由B-lineage细胞(B220这个因素+细胞,这种细胞在骨髓中代表多个早期B细胞前体细胞的数量,不成熟的B细胞和成熟B细胞)据报道更丰富的切除卵巢的老鼠比sham-operated老鼠(170年]。RANKL B细胞从骨髓分离的绝经后妇女雌激素不足已经证明分泌RANKL [242年),提供一个合理的机制作用的B细胞雌激素缺乏骨质流失。
为了演示B-lymphopoiesis之间的因果关系和骨质流失在b细胞雌激素缺乏我们进行卵巢切除术KO小鼠和骨质流失的余生和检查microcomputed断层扫描(μCT)。令人惊讶的是,补偿后基底骨密度差异WT和B细胞KO控制,切除卵巢的B细胞KO小鼠失去了相同比例的骨量的WT控制,不成熟的B细胞在骨质疏松中的作用与该模型有关,尽管这KO保留早期B细胞前体,可能导致这个过程(243年]。
然而最近,克服“B细胞KO小鼠的骨代谢改变传统等人利用最先进的条件B细胞RANKL KO鼠标,重新评估成熟B细胞的作用ovariectomy-induced骨质流失。这种高灵敏度模型确实显示一个小的贡献成熟B细胞ovariectomy-induced骨质流失老鼠缺乏RANKL在B淋巴细胞部分免受破骨细胞数量的增加和骨质疏松引起的卵巢切除术在松质骨,在皮质骨,虽然不是条件KO小鼠(122年]。
7.2。T细胞的作用和IL-7 Ovariectomy-Induced骨质流失
一个令人惊讶的发现过去十年半已经识别的核心作用的T细胞监测骨质疏松与卵巢切除术在最近的老鼠和转化数据从临床研究提供诱人的支持作用的T细胞在人类绝经后骨质疏松。
为了进一步剖析IL-7-induced骨质流失报道Miyaura et al .,并归结为B细胞(238年),我们检查IL-7在分离外周血细胞的作用在体外并得出了一个惊人的发现,IL-7强有力地提升在体外破骨细胞的形成,但只有在T细胞的存在。我们进一步证明IL-7刺激T细胞RANKL的生产功能,值得注意的是,虽然不完全,压制IL-7-induced osteoclastogenesis [125年]。事实上,IL-7主监管机构建立了t细胞内稳态(244年];然而这是第一个研究证明IL-7是t细胞RANKL的诱导物的生产。重要的是,我们能够进一步证明卵巢切除术增强IL-7的生产在活的有机体内和抗体直接中和ovariectomy-induced IL-7预防骨质流失的老鼠。此外,IL-7中和增强骨形成表明IL-7是成骨细胞抑制剂事实上IL-7注入老鼠抑制骨形成在活的有机体内表明IL-7可能解开骨形成与骨吸收,加剧ovariectomy-induced骨质流失(70年]。
附加在白鼠身上进行的相关研究显示,IL-7-administration诱发骨质疏松的机制涉及RANKL的生产,还包括TNFα体外(240年]。事实上,在活的有机体内IL-7有多个复杂的行为,影响t细胞成熟,几乎每一步发展,功能(244年,符合这个概念我们进一步证明在卵巢切除术,IL-7刺激两thymic-dependent从骨髓祖细胞的分化和thymic-independent,外围扩张成熟的T细胞。几乎50%的骨质流失是通过观察thymic-dependent IL-7作为胸腺切除术的影响减少了一半,骨质流失和T淋巴细胞增殖的刺激引起的雌激素缺乏症(193年,245年]。胸腺在绝经后骨质疏松症的作用在人类目前不清楚,鉴于在高龄重要的胸腺萎缩几乎总是发生。然而,在老年小鼠和大鼠的研究表明,胸腺再生可能的确会发生,在一定程度上,对雌激素缺乏症(246年,老年妇女最近循环胸腺移民人数增加,胸腺指数输出,相对于年龄男性(247年]。
IL-7如何监管尚不清楚;然而一项研究报道,liver-derived胰岛素样生长因子1 (igf - 1)是宽容ovariectomy-induced小梁骨丢失调制的T细胞的数量和IL-7的表达。在这些研究中igf - 1 KO小鼠显示免受ovariectomy-induced骨质流失和t细胞扩张表明行动的上游IL-7 [248年]。
并不是所有的研究报告称,角色IL-7 ovariectomy-induced骨质流失。事实上,在对比osteoclastogenic IL-7介导的免疫系统的影响,据报道,IL-7直接抑制破骨细胞的形成在体外(241年]。在这些研究IL-7抑制小鼠骨髓中RANKL和M-CSF-induced破骨细胞形成文化源自WT老鼠但不是IL-7零老鼠受体。然而,从IL-7受体零小鼠骨髓生成数量显著降低的破骨细胞RANKL处理时,维生素D, IL-7[或甲状旁腺素显示复杂的影响241年]。不同反应的原因在体外和在活的有机体内尚不清楚,但可能与部分IL-7-induced osteoclastogenesis吗在活的有机体内主要由发生的机制涉及刺激t细胞激活和扩张和RANKL和肿瘤坏死因子的生产α,而在体外在高剂量的RANKL的背景下,这些影响是蒙面和直接antiosteoclastogenic效应似乎是占主导地位的活动。事实上,类似的效果观察干扰素γ(稍后详细讨论)。
我们还报道,IL-7抑制成骨细胞分化[70年),可以通过这些细胞抑制osteoclastogenic细胞因子的生产coculture系统涉及到甲状旁腺素和维生素D-induced RANKL生产。
然而在另一个模型系统,据报道,IL-7 KO小鼠增加破骨细胞和骨小梁数量减少而WT老鼠和减少了差不多的骨小梁卵巢切除术后的WT动物。有趣的是,IL-7 KO小鼠免受皮质但不是小梁骨丢失后卵巢切除术(249年]。额外的同一组的研究涉及模型IL-7 transgenically过表达使用2.3 kb鼠胶原蛋白1 a1启动子驱动的表达人类IL-7专门在成骨细胞骨小梁体积增加在活的有机体内通过μCT和减少破骨细胞体外形成。令人惊讶的是这在雌性老鼠骨表型只有明显。作者推测,过度的IL-7骨髓微环境可能改变分布和/或破骨细胞祖细胞分化的令人不安的血统的平衡发展原位(250年]。
与这些研究全球IL-7 overexpressing转基因小鼠的IL-7转基因是雌激素α启动子的控制据报道骨髓腔与皮质骨大大扩大,显示局部骨质溶解(251年]。最近这种动物的深入分析进一步揭示了特定表型特征与年龄相关的损失的骨小梁在轴向和长骨头。骨量减少的结果是一个数量的增加活跃的破骨细胞骨小梁表面。的超表达IL-7还创建了一个osteoclastogenic骨髓微环境,促进了向破骨细胞前体血统的承诺(252年]。
IL-7操作的矛盾的报告由多个独立的调查揭示了一个复杂的细胞因子在骨内稳态行为,还有待充分理解。
有趣的是,骨病发生在-80%的b细胞癌症患者70%以上多发性骨髓瘤和代表发病率和死亡率的一个重要来源253年]。人类骨髓瘤细胞已报告刺激T细胞RANKL的生产,通过一种机制涉及IL-7和/或il - 6 (254年]。这组进一步显示角色的IL-7抑制成骨细胞形成和分化诱导多发性骨髓瘤细胞从人类患者(255年]。其他的研究也进一步调查的机制抑制骨形成在多发性骨髓瘤和报告,增加了独立转录抑制因子生长因子1的水平(Gfi1),小说重要的成骨细胞转录因子的转录阻遏Runx2,可能发挥重要作用。有趣的是,Gfi1感应被anti-TNFα和anti-IL-7抗体(256年]。
综合数据显示,在卵巢切除术和风湿性关节炎IL-7可能发挥关键作用的增强骨吸收和抑制骨形成与多发性骨髓瘤相关。
7.3。t细胞肿瘤坏死因子的作用生产Ovariectomy-Induced骨质流失
肿瘤坏死因子α长期以来一直被认为是一个重要的细胞因子在绝经后骨质疏松症(26,42,74年,75年,257年];然而最近的一个令人惊讶的发现是,T细胞是这个细胞因子的可能来源。支持作用的t细胞肿瘤坏死因子的生产α在ovariectomy-induced骨质流失来自我们组的研究证明ovariectomy-induced TNF的大幅扩张α第T细胞在WT老鼠但未能在T细胞缺陷裸体小鼠。数据表明,卵巢切除术导致TNF的扩张αt细胞分泌,虽然不改变肿瘤坏死因子的生产α每一个细胞。肿瘤坏死因子的关键作用α生产ovariectomy-induced骨质流失的研究进一步证明卵巢切除术失败在TNF诱导骨质疏松αKO老鼠和老鼠缺乏过去TNF (I型)α受体。相比之下,我(II型)肿瘤坏死因子α受体消融未能阻止ovariectomy-induced骨质流失。最后,过继转移肿瘤坏死因子的T细胞αKO小鼠成t细胞缺陷小鼠显示T-cell-specific TNF的关键作用α生产ovariectomy-induced骨质流失的机理(228年]。
有趣的是,最近的一项研究表明,衰老CD4的扩张⁺CD28−T细胞可能是肿瘤坏死因子负责α分泌t细胞人口参与ovariectomy-induced骨质流失TNF的雌激素缺乏导致发病率增加α分泌CD4+CD28−T细胞,甚至可以使用isoflavonoid大豆苷(258年]。
肿瘤坏死因子的机制α从T细胞促进破骨细胞的形成并不完全清楚,但证实肿瘤坏死因子α放大内生RANKL的活动以及刺激通过成骨细胞RANKL生产及其前体(68年,259年]。有趣的是,B细胞、T细胞来源于雌激素缺乏女性已经证明RANKL的表达水平增加242年]然而直接特定角色T-cell-derived RANKL在小鼠卵巢切除术模型还没有被证明。事实上,最近的一项研究使用条件RANKL KO小鼠证明消融在T细胞RANKL未能阻止或减弱ovariectomy-induced骨质流失122年]。这些数据表明,尽管T细胞分泌RANKL的能力,它主要是肿瘤坏死因子α占ovariectomy-induced骨质流失。
从我们组最近的研究表明,t细胞costimulatory CD40L分子不仅功能b细胞功能调节的生产,但进一步调节成骨细胞前体的扩张,促进成骨细胞增殖,分化和调节成骨细胞前体- csf的生产,RANKL和功能。卵巢切除术因此未能促进骨质流失,增加T细胞的小鼠的骨吸收减少或缺乏CD40L,表明相声T细胞和成骨细胞前体之间由CD40L扮演关键的角色失调osteoblastogenesis和osteoclastogenesis引起卵巢切除术(235年]。数据进一步显示,通过成骨细胞RANKL生产可能T-cell-derived TNF的目标α。
有趣的是,最近的一项研究进一步表明TNFα从T细胞促进sclerostin增加生产,有力wnt通路拮抗剂和antiosteoblastic因素,可能导致相对减少骨形成与雌激素缺乏有关。sclerostin表达式在WT老鼠被雌性激素刺激卵巢切除术和逆转治疗以及药理TNFα中和,t细胞缺陷裸体小鼠卵巢切除术(没有反应260年]。
8。干扰素γ,一个关键的中介Ovariectomy-Induced骨质流失和t细胞肿瘤坏死因子α生产
总的来说积累的证据表明,雌激素缺乏导致过度的高潮的IL-7 t细胞激活和osteoclastogenic细胞因子的生产,主要是肿瘤坏死因子α。T细胞是如何激活的雌激素缺乏,然而,是复杂的。CD4+T细胞激活需要两个不同的信号,生成的第一个信号是订婚的CD4 T细胞受体(TCR)+辅助T细胞与主要组织相容性复合体(MHC)二类(MHCII)轴承表面抗原的专职性抗原提呈细胞(apc)包括B细胞、树突状细胞和巨噬细胞。这个信号使T细胞不活跃或无能除非第二个“costimulatory”信号是通过协会在T细胞CD28受体,与B7分子(B7-1 (CD80)和B7-2 (CD86)),表达了对专业的装甲运兵车。一旦收到了两个信号,T细胞激活,经历了克隆扩张,并产生细胞因子特征取决于其最终分化程序(261年]。
IL-7众所周知,否则增加T细胞的敏感性弱抗原刺激,放大T细胞活化抗原的反应和驾驶。IL-7生产因此行为增加t细胞反应的大小,否则通常耐受性弱抗原,通常不促进重要的免疫激活。IL-7进一步增加免疫激活通过促进干扰素的生产γ,一个典型的Th1 t细胞细胞因子。干扰素γ是一个强大的巨噬细胞诱导物二级反式激活因子(CIITA)蛋白质262年)关键转录因子上调MHCII表情巨噬细胞促进抗原反应。
干扰素的重要性不可忽视γ在ovariectomy-induced骨质流失,我们进一步表明,卵巢切除术上调干扰素γ诱发CIITA,增加巨噬细胞抗原表达,增强T细胞活化,延长活动T细胞的寿命。结果卵巢切除术失败在干扰素诱导骨质疏松γ零老鼠受体。证明抗原表达的重要性在这个系统拥有转基因老鼠t细胞受体只响应卵白蛋白,蛋白质不从内部存在于老鼠,免受ovariectomy-induced骨质流失,但接受骨质流失,以应对后雌激素缺乏管理卵白蛋白(229年]。
卵巢切除术是低调的面对一个不活动的t细胞受体强烈表明,抗原ovariectomy-induced骨质流失的表示是一个必要的组成部分;然而一个有趣的问题,涉及抗原或抗原的性质和独特的抗原是否生成雌激素缺乏导致t细胞激活。事实上,因为卵白蛋白被发现在雌激素缺乏数据支持骨质流失的建议不需要特定类型的抗原,任何抗原能够激活T细胞能够支持骨吸收(229年]。此外,IL-7减少t细胞敏感性的能力弱的抗原加上干扰素γ全身MHCII表达式可能都收敛于移植基底抗原表示对内源性外交和自体抗原的反应。
一个有趣的概念在免疫学T细胞外围国家的生存依赖于自身多肽,为保持成熟的T细胞的寿命。这弱抗原“挠痒痒”不诱导t细胞激活或扩散,只是有助于保持外围池。在条件总T细胞数量减少,这些self-ligands成为公开的刺激,导致幼稚T细胞增殖并接受自我平衡的扩张(263年]。缺一个有趣的可能性是,雌激素可以促进t细胞扩张的一个类似的机制依赖于这些生理弱势自身多肽,通常函数t细胞内稳态的维护。另一种解释是,卵巢切除术简单地增加对外国抗原T细胞的敏感性包括细菌代谢物和细胞膜(有限合伙人),肽产品经常沉浸在肠道的消化和抗原吸入肺部。这些外国和自体抗原等因素交织在一起,维持疲软基底为维护t细胞抗原的活动是必要的外围池(263年- - - - - -265年]。
未来的研究仍有待明确确定类型的抗原进行负责ovariectomy-induced骨质流失。
有趣的是,干扰素γ进一步报道拥有强有力的直接抑制破骨细胞形成的行动阻碍RANKL-RANK信号通路和诱导退化等级适配器的蛋白质,TRAF6防止RANKL-induced激活NF -κB和物(266年]。与这些研究干扰素一致γ抑制RANKL-induced组织蛋白酶K表达微分破骨细胞前体(267年]。
鉴于干扰素的必要性γ活动在促进ovariectomy-induced骨质流失在活的有机体内,数据表明,直接抑制干扰素的行动γ可能与proosteoclastogenic间接竞争的行为。这是进一步研究在零小鼠t细胞干扰素的系统性管理γ被发现在t细胞导致骨质流失了但不是小鼠t细胞缺陷。因此雌激素缺乏的条件下的净平衡干扰素γ行动是偏向骨吸收在这项研究[232年]。在另一项研究干扰素γ在活的有机体内也导致骨质流失和未能改善环孢菌素A-induced骨量减少(268年]。有趣的是,在一项研究主要关注干扰素的效果γ在骨形成,干扰素γ受体KO小鼠据报道,反映出骨质疏松性音标铅字,由于减少了骨形成和骨吸收(升高269年]。
干扰素的数据表明antiosteoporotic行动γ冲突,然而,随着大量使用干扰素的临床研究γ政府过度治疗骨形成的移植骨吸收的条件骨硬化病(270年- - - - - -272年]。
这些不同的结果反映了微妙的变化在实验条件下可能导致截然不同的结果。虽然干扰素的行动γ似乎之间矛盾的研究,据报道,早期接触RANKL可以'破骨细胞前体形成的高水平的干扰素γ使用机制独立信号分子信号传感器和催化剂的转录(STAT) 1和TRAF6 [273年),从而提供一个解释如何慢性干扰素γ刺激在活的有机体内可以克服抑制炎症状态下对破骨细胞形成的影响。
9。TGFβ免疫激活的有效抑制剂,Ovariectomy-Induced骨质流失
正如前面讨论的TGF的角色β在骨生物学极其复杂的刺激和抑制效果osteoclastogenesis和osteoblastogenesis报道。有趣的是,在雌激素缺乏和免疫激活的上下文中,TGFβ似乎发挥上游保护作用和代表一个中央机制雌激素保护身体免受炎症骨质流失。
我们已经表明,卵巢切除术减少TGF的表情β在骨微环境,而转基因老鼠overexpressing显性负转化生长因子βII型受体,特别是在T细胞,完全不敏感的bone-sparing效应雌激素和在控制WT小鼠卵巢切除术导致干扰素的生产γ,激活t细胞,t细胞肿瘤坏死因子α生产。此外,过度的TGFβ在活的有机体内发现使用体细胞基因治疗技术以防止ovariectomy-induced骨质流失。这些发现表明,TGF的刺激β生产在骨髓中是一个关键的“上游”机制雌激素预防骨质流失(137年]。减少TGFβ信号,与雌激素缺乏,可能会进一步刺激IL-7生产服务,从而加剧炎症反应和抬高骨吸收(17]。
免疫系统的关键作用ovariectomy-induced骨质流失进一步验证在一个独立研究雌激素不足未能诱发骨质疏松症在免疫力低下bg-nu / nu-xid老鼠,一株缺乏T, B, NK细胞(274年]。
在另一项研究中,然而,卵巢切除术不存在改变的百分比在骨髓和脾脏T淋巴细胞,实际上小减少观察。比较的3株免疫力低下小鼠骨量(t细胞缺陷裸体和识别αKO小鼠和双t细胞和b细胞缺陷重组激活基因(布)2 KO小鼠)骨质流失在WT小鼠卵巢切除术一直观察,但不定地出现在免疫力低下小鼠以用。相比之下,μCT和histomorphometry显示类似的骨小梁损失在所有菌株,但发现保护卵巢切除术后皮质骨丢失的裸体和识别αKO小鼠,但不是在RAG2 KO小鼠275年]。本研究结果之间的差异的原因,别人还不清楚。
10。TGFβ和调节性T细胞亚群)在骨内稳态
亚也称为抑制T细胞的免疫调节T细胞子集是自发的自身免疫性疾病的预防的关键调节炎症T细胞反应。亚群进一步功能恢复免疫内稳态后炎症反应,以限制炎症和防止慢性炎性疾病(276年]。
金等人发现,亚群抑制破骨细胞分化cytokine-dependent外周血单核细胞和细胞间,并提议TGF contact-independent方式β和il - 4 Th2细胞分泌的细胞因子可能是负责亚群的抑制功能的关键细胞因子(277年]。另一个最近的研究涉及亚群在雌激素抑制破骨细胞分化的机制和通过Treg il - 10和TGF骨吸收β1 (278年]。
另一个机制treg保持控制的免疫功能是分泌细胞毒性T淋巴球抗原4 (CTLA4)抑制剂结合CD80和CD86 coreceptors APC和阻止他们与T细胞CD28,从而削弱炎症反应(279年]。我们曾报道,一个机制,雌激素缺乏导致骨质流失是通过上调CD80树突细胞。作为拮抗剂CD80 / CD28聚集有关我们发现药理CTLA4的导数,CTLA4-Ig,能够防止ovariectomy-induced downmodulating骨质流失的炎性反应导致t细胞激活和肿瘤坏死因子α生产和downmodulating osteoclastogenesis和小鼠的骨吸收在活的有机体内(233年]。
有趣的是,亚也被证明能够直接抑制破骨细胞的形成通过与csf和RANKL CD11b单核细胞治疗,以及抑制吸收的坑在体外通过成熟的破骨细胞。一个重要的发现是,Treg细胞因子TGF的关键β,il - 4和il - 10没有必要osteoclastogenesis这种抑制效应;然而,直接antiosteoclastogenic CTLA4介导对纯化的影响破骨细胞前体被记录。数据显示,除了CTLA4的抗炎作用,这种受体可能直接抑制osteoclastogenesis绑定CD80 / CD86在单核破骨细胞前体280年,281年]。
11。Th17 t细胞子集和骨质流失雌激素缺乏症
Th17细胞是另一个的子集辅助细胞表达细胞因子IL-17和命名。研究在ovariectomy-induced IL-17骨质流失的作用他等人:切除卵巢的IL-17受体KO小鼠和量化骨营业额。令人惊讶的是,IL-17受体KO小鼠发现明显更容易ovariectomy-induced骨质流失比虚假的控制。虽然没有改变Th1、Th2或Th17细胞因子检测血清中,既定的瘦素升高,一个因素调节代谢和饱腹感,而且骨代谢,进一步增加卵巢切除术后,建议作为一个公认的机制来解释夸张的骨质流失(282年]。
与IL-17受体KO, Tyagi等人诱导功能块IL-17使用中和单克隆抗体,发现完整的ovariectomy-induced预防骨质流失。卵巢切除术进一步观察导致Th17 CD4的显著扩张+T细胞和血清浓度的一个戏剧性的海拔IL-17,事件被政府镇压外源性雌激素的老鼠。在体外IL-17治疗被发现在破骨细胞前体移植受体的表达等级和肿瘤坏死因子的上调表达α、il - 6和RANKL造骨细胞。这些影响被有效地downmodulated增加雌激素的文化。这些发现表明,雌激素缺乏导致增加Th17细胞的分化和诱发骨质流失增加proosteoclastogenic细胞因子包括TNFα和RANKL成骨细胞(283年]。
12。活性氧(ROS)和免疫激活Ovariectomy-Induced骨质流失
最近,增加活性氧(ROS)与上游的雌激素缺乏,衰老和与糖尿病相关的骨质流失233年,284年,285年]。ROS的生成和生存有显著的直接影响破骨细胞,成骨细胞和骨细胞(284年]。ROS在成骨细胞祖细胞的一个重要中介ROS-activated FoxO转录因子融合骨合成代谢Wnt信号通路,诱偏β连环蛋白从绑定到目标基因所必需的成骨细胞分化和减少osteoblastogenesis [284年]。卵巢切除术不仅改变了ROS的生成,但细胞的抗氧化防御能力是改变增加灵敏度直接刺激ROS对破骨细胞的形成和活性的影响([286年,287年),精益,2004 # 3124)。
然而,ROS也协调有效的行动对免疫系统和有能力间接促进osteoclastogenesis通过改变immunoskeletal接口。超氧化物据报道,促进人类树突状细胞的成熟和移植costimulatory分子CD80和CD86 [288年]。的确,我们进一步发现活性氧引起的雌激素缺乏小鼠移植CD80小鼠树突状细胞(233年]。因为CD80 T细胞激活的关键批准信号通过其同行在T细胞CD28 [289年),upregulation CD80促进antigen-dependent t细胞活化,从而促进肿瘤坏死因子的生产α通过T细胞。因此,骨质疏松预防治疗切除卵巢的老鼠与抗氧化剂或CTLA4-Ig抑制剂CD80 / CD28聚集有关的233年]。
13。人类绝经后骨质疏松症和Immunoskeletal相间
绝大多数的研究迄今为止使用绝经后骨质疏松症的动物模型,进行这些结果仍有待批准的人类。在许多情况下动物研究已经产生了矛盾的数据,因此鉴于缺乏一致性和复杂性在人类中有多个复杂的结果,可能是预测。
人类的一个最有趣的研究解决了生产骨髓细胞RANKL的早期绝经后妇女。在这项研究表面RANKL表达量化了双色流式细胞仪分离骨髓单核细胞来源于绝经前妇女,绝经后妇女早期,和年龄,estrogen-treated绝经后妇女。每细胞RANKL的表面浓度增加绝经后妇女绝经前妇女和绝经后妇女estrogen-treated相比两到三倍的msc、T细胞、B细胞、和总RANKL-expressing细胞(242年]。这项研究表明,通过T细胞和B细胞RANKL生产可能导致骨质流失在人体缺乏雌激素。研究人类和动物的淋巴细胞确实表明T细胞和B细胞的先天能力分泌RANKL然而定义角色产生T细胞RANKL在ovariectomy-induced骨质流失并没有被证实。事实上,此前报告的动物研究表明,肿瘤坏死因子α生产的T细胞更重要的是在老鼠ovariectomy-induced骨质疏松的机制。
很少有人类研究进行了评估的作用的T细胞在绝经后骨质疏松症,但最近的一个临床研究报道,女性绝经后骨质疏松症表现出增加T细胞活动和高架TNF的生产α和RANKL生产相比健康的绝经后的控制(290年]。这些数据提供诱人的支持作用的T细胞在绝经后骨质疏松的病因人类动物模型所显示。
干扰素γ是一个细胞因子与复杂的行动在体外和在动物模型与刺激229年,232年,273年)和抑制效果(266年,267年,269年被报告。
在人类的重量的证据支持一个净pro-osteoclastogenic活动作为临床研究使用干扰素γ治疗过度刺激骨吸收骨形成的骨硬化病(270年- - - - - -272年]。
现在详细的临床研究需要建立immunoskeletal接口的作用在人类疾病和炎症状态在绝经后骨质疏松症的作用。
14。T细胞的作用在骨质疏松与甲状旁腺功能亢进有关
甲状旁腺功能亢进是一个条件,增强甲状旁腺素水平导致加速骨吸收和骨质流失。说骨骼疾病引起的继发性甲状旁腺功能亢进在终末期肾病(很常见291年),可能导致骨质流失在绝经后妇女骨质疏松的缓慢阶段和在岁男性老年性骨质疏松症226年]。
原发性甲状旁腺功能亢进与加速骨质流失,骨量减少,骨代谢增加和骨折是一个独立的危险因素292年]。在动物模型中连续注入甲状旁腺素(cPTH)模仿中小学甲状旁腺功能亢进导致监测骨吸收和骨质流失。矛盾的是,当甲状旁腺素管理以间歇方式(iPTH),通过一个单一的每日注射,模仿动物的这种悸动的交付的甲状旁腺素导致的骨吸收相对较弱的感应能够补偿由一个健壮的刺激骨形成导致骨量的净收益(293年]。在人类这个合成代谢的影响甲状旁腺素被利用作为治疗策略以改善绝经后骨质疏松症的骨密度和其他骨质疏松性条件(294年]。
甲状旁腺功能亢进和cPTH治疗增加营业额骨小梁和皮质骨,就是明证海拔histomorphometric和生化标记物的吸收和形成虽然温和甲状旁腺功能亢进和cPTH注入年轻老鼠可能会导致松质骨(适度增加292年]。这个骨质流失是介导的,在某种程度上,通过加强生产- csf (295年]和RANKL BMSC,成骨细胞,加上功能下降的生产(296年]。
十多年前出现了一个有趣的报告描述缺乏降解反应甲状旁腺素在无胸腺的t细胞缺乏的老鼠接受了异种移植的甲状旁腺碎片从患者原发性或继发性甲状旁腺功能亢进,获得和甲状旁腺细胞保持文化的继发性甲状旁腺功能亢进患者。尽管等离子iPTH极高水平,血钙过多或低磷酸盐血没有观察到,没有活跃的破骨细胞骨吸收表面或数量的差异被骨histomorphometry。作者假设的特征赤字t细胞功能和细胞因子和生长因子的生产可以保护裸小鼠慢性分泌过多的人类从高钙血症和骨损伤甲状旁腺素297年]。
这些数据似乎冲突与一个较年长的研究,然而t细胞缺陷裸体小鼠注入了人类甲状旁腺与荷尔蒙相关的蛋白质(PTHrP),一个生理配体结合到相同的甲状旁腺素受体和净生物活性与甲状旁腺素。在这项研究中血清钙在裸小鼠注射了PTHrP显著增加与控制裸体小鼠相比,和静态骨histomorphometry显示增加破骨细胞,破骨细胞的数量,和破骨细胞周长在腰椎的骨小梁,以及增加骨形成在裸小鼠298年]。
响应差异的原因尚不清楚,然而裸体小鼠是一个“漏”表型已知恢复由于extrathymic成熟T细胞随着年龄的。此外,这些动物有复杂的代谢与青春期延迟性和快速失去生育能力可能产生的雌激素响应的变化组织(275年,299年,300年]。我们有进一步报道,裸体小鼠迅速增加BMD出生后4周但失去BMD相对于WT老鼠随着年龄的增长,由于RANKL /功能的失衡比例,生产(b细胞功能减弱的结果140年]。
最近,我们重新审视T-cell-dependent甲状旁腺素的问题活动和证实,T细胞发挥必要的宽容的作用在甲状旁腺功能亢进cPTH未能诱导破骨细胞的形成,骨吸收和骨密质损失裸体小鼠缺乏T细胞。我们进一步证明了T细胞增殖和生存提供线索基质细胞和提高基质细胞对甲状旁腺素通过CD40L激活T细胞。因此,删除T细胞或CD40L钝化的骨骼分解活动甲状旁腺素通过减少骨髓基质细胞数,RANKL /功能生产,osteoclastogenic活动。克服的一些限制基因T细胞抗体介入删除KO模型T细胞进一步采用替代模型,进一步支持T细胞需要调解PTH-induced骨质流失(301年]。
调查直接甲状旁腺素的作用在T细胞信号PTH-induced骨质流失我们使用鼠标的甲状旁腺素受体被有条件地沉默使用Cre /液态氧技术特别是在T细胞。使用这个压力直接影响甲状旁腺素的T细胞被证明是必要的支持PTH-induced骨质流失。从力学上看,类似于卵巢切除术条件,甲状旁腺素的激活t细胞甲状旁腺素受体刺激t细胞肿瘤坏死因子的生产α,表明该细胞因子之间的因果关系和cPTH-induced骨质流失。为了证明这种T细胞产生肿瘤坏死因子的能力α是有条件地切除重建的T细胞缺陷小鼠T细胞从肿瘤坏死因子αKO小鼠,通过过继转移。所有来源的嵌合小鼠肿瘤坏死因子α完好无损,除了来自T细胞,明显防止骨质流失后,甲状旁腺素管理相对于T细胞缺陷小鼠重组与WT T细胞(292年]。
因为CD40L表达激活T细胞的功能,在后续研究中我们进一步证明抗原的作用表示cPTH-induced骨质流失和报道,抑制抗原,通过沉默的一级或二级MHC-TCR交互,使皮质cPTH治疗引起的骨质疏松在活的有机体内。最后,聚集有关抑制剂CTLA4-Ig发现防止iPTH-induced WT老鼠的骨质流失展示需要正常APC活动支持iPTH-induced骨吸收(302年]。
综合数据表明,T细胞是必不可少的参与者与甲状旁腺素相关的骨丢失和功能在一定程度上通过促进T细胞肿瘤坏死因子的生产α由敏化基质细胞和部分甲状旁腺素通过CD40 / CD40L相互作用。
15。T细胞的作用在骨合成代谢的影响甲状旁腺素
有趣的是,T细胞不仅是相关的骨质疏松与甲状旁腺功能亢进,但似乎也骨合成代谢的关键调解人与iPTH政府相关的活动。
尽管T细胞长期以来一直与骨质疏松与甲状旁腺功能亢进,也没有特定的iPTH和T细胞的合成代谢活动之间的联系。合成代谢甲状旁腺素是目前唯一FDA批准合成治疗绝经后妇女骨折预防(303年]。合成代谢甲状旁腺素提高骨密度和强度通过促进骨形成增加数量(304年),通过激活成骨细胞的活动,和长寿既存静止骨衬里细胞(305年),增加成骨细胞增殖(293年,306年),和分化293年,304年,306年)和激活的生存信号通过衰减preosteoblast和成骨细胞凋亡(307年- - - - - -309年]。
甲状旁腺素骨形成行动涉及的一个重要模式调节破骨细胞的合成代谢Wnt通路及其前体最终的核易位β连环蛋白。引起Wnt信号是在Wnt受体配体结合的水平低密度脂蛋白受体相关蛋白(含)5和6,sclerostin蛋白质合成的骨微环境,在很大程度上由骨细胞(310年]。事实上甲状旁腺素的一个关键机制活动sclerostin导致增加成骨细胞敏感性的差别是对这些主流Wnt配体(311年]。
有趣的是,一个关键问题,尚不清楚Wnt配体的性质和来源,支持osteoblastogenesis回应甲状旁腺素。
T细胞一直被认为是一种Wnt10b [312年,313年),因此研究T细胞来源的Wnt配体合成的条件下甲状旁腺素治疗小鼠。事实上,iPTH被发现显著增加由骨髓Wnt10b CD8的生产+T细胞导致激活规范preosteoblasts Wnt信号。演示了关键作用的T细胞合成代谢甲状旁腺素行动零小鼠T细胞显示preosteoblasts Wnt信号下降,削弱了成骨细胞的承诺,增殖,分化和寿命。这些行动在小梁骨合成代谢反应降低达到顶峰,未能增加骨强度。此外,老鼠有条件地缺乏Wnt10b生产专门的T细胞未能诱导合成代谢反应iPTH [314年]。
进一步的研究涉及条件特别是在沉默的甲状旁腺素受体T细胞被发现钝Wnt10b iPTH诱导T细胞生产的能力,因此废除的Wnt信号激活成骨细胞,成骨细胞的池扩张,增加骨密度和骨小梁体积响应iPTH。这些数据从而显示甲状旁腺素的直接行动的T细胞导致Wnto10b生产(315年]。
综合这些数据表明一个关键宽松的T细胞的作用机制iPTH增加骨强度,表明T细胞成骨细胞相声骨合成代谢途径可能提供药理目标(314年]。
16。结论
过去2年已经取得了惊人的进展了解免疫系统的影响和调节骨骼在生理和病理条件下通过immunoskeletal接口。虽然大部分的教训已经在动物模型中,尽管研究之间结果并不总是一致的,从人类研究的数据已经开始翻译和批准这些发现在人类的某些方面。
immunoskeletal接口有广泛影响的存在一系列或疾病条件包括变形(牙周炎和艾滋病毒)和炎症(风湿性关节炎、?、inflammaging和雌激素缺乏,条件是明显类似于炎症状态)。
尽管骨质流失的特点是衰老,免疫系统也经历了重大的改变在衰老和免疫衰老被认为是一个主要的结果。收缩的T细胞受体多样性导致减少对致病性刺激T细胞反应的能力,并积累autoreactive T细胞,使发病率的增加自身免疫性疾病是常见的。最一致的特征之一的衰老免疫系统CD28的积累−T细胞不能有效应对抗原演示(316年,317年]。有待回答的一个重要的问题是这些衰老的免疫系统的变化如何影响immunoskeletal接口和改变基底骨代谢,骨营业额与雌激素缺乏有关,和骨合成代谢和分解代谢的营业额由甲状旁腺素。
更好的理解这些概念可能最终导致新方法在多个上下文中涉及骨骼疾病的治疗,部分下游调节器免疫功能来治疗骨质改变。事实上,风湿性关节炎的领域一直积极地采用免疫调节生物制剂包括TNFα抑制剂,抑制t细胞聚集有关,b细胞消耗抗体(213年,214年,318年改善炎症性疾病。未来的治疗方法可能会将这些代理和途径在某些情况下到新antiosteoporotic应用程序中。NF -的作用κB通路在骨形成和吸收以及炎症进一步有助于开发改良的骨骼疾病。
尽管我们所取得的进展可能只触及了“冰山一角”immunoskeletal接口的功能在基底和病理性骨代谢,和很多重要的发现可能等待未来的说明。
确认
m . n . Weitzmann欣然承认研究支持由弗吉尼亚州的生物医学实验室研究和开发服务办公室研发(5 i01bx000105)、关节炎和肌肉骨骼和皮肤疾病研究所(NIAMS)下的美国国立卫生研究院的奖号。R01AR059364 R01AR056090和国家老龄问题研究所(NIA) R01AG040013奖号。内容是完全的责任作者,不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。