黄烽：强直性脊柱炎临床及免疫发病机制的研究进展

强直性脊柱炎（AS）及其相关的脊柱关节病（SpA）是一组与免疫学密切相关的疾病，其免疫与遗传发病机制至今不明。AS特征性的关节炎往往在肠道或泌尿生殖道的细菌感染后出现，且常常是在具有HLA-B27遗传标记的个体中。然而，不仅不同形式的SpA与HLA-B27之间的关系存在明显差异，而且世界上不同的种族和人种中也各不相同，本文根据近年国内外相关文献简要介绍其研究进展[1-4]。

一、疾病的流行病学

AS的发病与HLA-B27在全球的地理分布一致，北方比南方多，大多是在青少年晚期和20岁以前发病，有时也表现为某种形式的幼年慢性关节炎（晚发型少关节炎）。尽管临床诊断的AS男性是女性的3倍（部分是由于AS的中轴疾病在男性中要比女性更严重），但疾病总的影响对男女似乎是相同的[1]。AS是我国常见多发的风湿性疾病，其患病率约0.3%[5]，相关的脊柱关节病SpA远比单纯AS常见。最近研究显示[6]，根据欧洲SpA研究小组（ESSG）标准，按照B27（+）和B27（-）的献血员检测结果，柏林普通成人有MRI证实的骶髂关节炎的AS患病率为0.9%（B27阳性者的患病率为6.4%），而SpA的患病率高达2%，并且有将近14%的B27（+）个体患有不同形式的SpA，说明广义的脊柱关节病远较AS常见。另一项前瞻性研究结果表明，41%的寡关节炎患者在发病3年后仍表现为寡关节炎，约28%的患者出现X线可见的骶髂关节糜烂；10年后59%被诊断为AS，19%仍仅能诊断为脊柱关节病，22%的患者发生其它风湿性疾病。总体上讲，SpA的流行情况与一般人群中的B27亚型、银屑病和慢性炎性肠病的流行情况直接相关。HIV感染的流行使得原本在内陆非洲很少出现的银屑病和反应性关节炎患者显著增加，并且这部分非洲人群几乎都是B27阴性，而欧洲和北美洲白种人与HIV相关的反应性关节炎病人却均保留了与B27的强相关性[7-8]。

二、遗传易感因素

AS是一种具高度遗传性的疾病，最近关于AS的家系和孪生研究显示了遗传易感性的多基因模型，并且有重要的数据证明HLA-B27是直接参与了AS的发病，一小部分B27阴性的AS患者可以用AS的遗传异质性来解释。AS的易感性大部分（>90%）是由遗传因素决定，其中大约36%的基因是HLA连锁基因，还有一些非HLA的基因参与。有研究发现，B27阳性者患AS的几率是B27阴性者的200~300倍。其它HLA I类分子（如B60）与II类分子可能亦参与发病。环境因素（非遗传）很有可能是普遍存在的。关于非HLA-B27遗传标记的初步筛选结果显示，有意义的位点在2号、10号和16号染色体上，其中部分还与慢性炎性肠病（IBD）和银屑病相关。已经证实IBD病人患AS的几率增加20倍。微卫星及微阵列技术的应用将为揭示遗传因素与AS发病的相关性提供新的线索[9]。

三、HLA-B27亚型

HLA-B27具有血清特异性，它包括22个不同的同种异型基因型（亚型），分别命名为B2701到B2722，这些亚型具有不同的种族和人种流行情况，是由B2705基因发生点突变、基因异位和其它的机制形成，各基因亚型之间的差别仅是一个或数个氨基酸的不同[10]。HLA-B2709主要分布在意大利，尤其是撒丁岛的人群中，而B2706主要分布在泰国、新加坡和印度尼西亚，它们似乎与AS和SpA均无相关性，尽管还需要更详细的流行病学研究。有趣的是B2706是与B2705抗原性差别最大的亚型之一。HLA-B27基因多态性对抗原提呈方式的影响远不只是简单的影响多肽结合的亲合性，免疫应答也不一定是针对与限定B27亚型结合最佳的免疫原性多肽。此外，还观察到多种B27亚型可以将某一特定的肽链提呈给相同的CTL克隆[1,11]。

四、临床概况

25年前发现的HLA-B27 与AS和SpA之间的关系拓宽了我们对这类疾病总的认识。这类疾病以肌腱端炎、指/趾炎或少关节炎起病，部分病例可发生骶髂关节炎和脊柱炎，伴有或不伴有急性前葡萄膜炎或皮肤粘膜损害等关节外表现。肌腱端炎发生在足（跖底筋膜炎和/或跟骨骨膜炎及跟腱炎可引起足后跟疼痛）、胫骨结节和其它部位，而在临床往往缺少明显的炎性肠病、银屑病或肠道或泌尿生殖道的感染。肌腱端部位受到淋巴细胞、浆细胞和多形核白细胞浸润，其附近的骨髓腔也出现水肿和受到浸润。AS的显著特点是其中轴肌腱端炎和滑膜炎的高发生率，且最终导致骶髂关节和脊柱的纤维化和晚期骨性强直。

虽然所有AS患者均有不同程度的骶髂关节受累，临床上真正出现脊柱完全融合者并不多见。骶髂关节炎引起的炎性腰痛呈隐匿性、很难定位，并感到臀部深处疼痛。起病初，疼痛往往是单侧和间歇性的，几个月后逐渐变成双侧和持续性，并且下腰椎部位也出现疼痛。典型的症状是固定某一姿势的时间较长或早晨醒来时症状加重（晨僵），而躯体活动或热水浴可改善症状。肌腱端炎是SpA的主要特征，炎症起源于受累关节的韧带或关节囊附着于骨的部位、关节韧带附近以及滑膜、软骨和软骨下骨。SpA的滑膜炎常常与临床上未发现的肌腱端炎有关，至少在某些关节，这种滑膜炎只是一种继发炎症。

由于胸肋骨连接部位、棘突、髂嵴、坐骨结节和跟骨部位的肌腱端炎引起的关节外或关节附近的骨压痛是这类疾病的早期特点，只有极个别病人没有或只有很轻微的腰背部症状，而其它病人可能仅仅抱怨腰背发僵、肌肉疼痛和肌腱触痛。寒冷或潮湿可使症状加重，而这部分病人常常被误诊为肌纤维组织炎（纤维肌痛综合征）。疾病早期，有些病人还会出现厌食、疲乏或低热等轻微的全身症状，尤其是幼年起病的患者更容易出现这些症状。肋软骨和肋椎及肋椎骨横突关节部位的肌腱端炎可引起胸痛，由于这种胸痛随咳嗽或打喷嚏加重，易被误诊为是胸膜炎所致。

以下病变被认为是不典型的AS（或formesfrustes）：无X线骶髂关节的炎性腰背痛或胸壁痛；幼年发病的AS（含跗骨肌腱端炎）；晚发病型AS；伴或不伴关节炎的急性前色素膜炎、单纯的主动脉瓣关闭不全或完全性房室传导阻滞。

绝大多数AS患者对功能锻炼结合非甾类抗炎药与柳氮磺吡啶治疗反应良好。CT引导下的骶髂关节腔内注射皮质激素类药物可较长期的缓解AS患者的下腰部疼痛与僵硬。新近研究发现，TNF-α等促炎症因子可能参与AS的发病，反应停（Thalidomide）可通过促进其mRNA的降解而选择性抑制TNF-α的产生。初步观察结果显示，反应停可明显减轻临床上对柳氮磺吡啶及甲氨蝶呤无效或过敏的AS患者外周与中轴关节症状，并可使血沉、C反应蛋白等炎症指标明显改善。反应停对AS的确切治疗机制与副作用尚有待进一步研究，cDNA阵列研究结果显示反应停可明显抑制AS病人外周血单个核细胞多种促炎因子、单核细胞分化标记、粘附分子、信号传导相关基因的表达[12-13]。

五、诊断

对AS及其相关的SpA而言，仍没有诊断性和特异性的实验检查。主要根据临床特征来诊断和鉴别该类疾病。该类疾病与类风湿因子和抗核抗体无相关性，同其它炎性关节病相比，其滑液和滑膜活检结果通常也无明显的特征性。根据病史、体检和X线检查结果，临床大部分AS病人能够被确诊。血沉和/或C反应蛋白在75%的AS病人中升高，轻到中度血清IgA浓度的升高在AS病人也很常见。

HLA-B27与所有形式的SpA均有关，尽管其相关强度在不同的亚型各不相同，不能根据是否存在HLA-B27而确定或排除AS的诊断，因为在AS的HLA-B27检查中，既不存在100%的特异性，也不存在100%的敏感性。不同种族和人种中，HLA-B27的流行情况（HLA-B27 检查的特异性）和与疾病的相关强度（HLA-B27 检查的敏感性）也各不相同，不能把HLA-B27作为判断腰背痛或关节炎病人是否患AS的常规性、诊断性、确定性或筛选性的检查。只有在某些诊断不清的临床病例（因为具有诊断意义的骶髂关节X线改变进展很慢），才需要正确地做这项检查以帮助明确诊断。

六、外源性诱发因素和免疫因素

由外源性因素引发AS慢性炎症尚未被证实，尽管这种现象可能是普遍存在的，肺炎克雷白杆菌可能是其中的候选因素之一。微生物可能通过肠道起作用，因为60%以上的AS患者出现肠道的亚临床炎症改变。AS患者血清IgA抗体水平明显升高，并且IgA血清浓度与C反应蛋白水平显著相关。抗克雷白抗体与关于AS患者的肠道损害是密切相关的[14-15]。

有关微生物与关节炎之间的相关性在由衣原体、沙门菌、志贺菌、耶尔森菌和弯曲菌等诱发的HLA-B27相关的反应性关节炎（ReA）中已经得到证实。通过血清学或细菌培养能够检测到60%的ReA病人是由感染因素诱发的。很多这类病人的血清中持续存在着高滴度的诱发微生物的某种免疫球蛋白或其亚型，这说明感染源或其成分是持续存在的，沙门菌、耶尔森菌等肠病性的细菌很可能就潜伏在肠道粘膜内。沙眼衣原体以非复制状态持续存在于受累关节，并诱导细胞因子释放而参与导致关节炎。已经在沙门菌、耶尔森菌诱发的部分ReA患者的滑液细胞和滑膜中检测到了来源于细菌的脂多糖等细菌抗原。肠道细菌和衣原体的脂多糖对CD4和CD8（+）的T淋巴细胞具有很强的刺激效应。到目前为止，尚未发现在肌腱端炎症部位检测到微生物或它们的抗原的报道[16-17]。

尽管已有大量的研究，但对该类疾病的分子和细胞学机制仍未完全研究清楚。该类疾病是从抗原提呈细胞表面的HLA-B27分子将处理的多肽提呈给免疫活性T细胞后开始的[11]。研究的关键是要了解T细胞与HLA-B27之间的相互关系。而所谓的“致关节炎多肽假说”是指外源性抗原或持续存在的细菌激活了自身反应性T细胞而引起了SpA，这提示来源于细菌的或自身的抗原多肽首先是以一种限制性的HLA-B27形式提呈给效应器CD8（+）的T细胞。不过持续的细菌抗原引起的T细胞反应并不能完全解释所有AS 的病因。B27在所有的有核细胞中均表达，解剖学分布与疾病损害的定位等现象均很难以B27和潜在的细菌诱发因素来解释。病变仅累及某些部位，可能是由于关节/肌腱端部位的特殊结构（包括II型胶原）抗原和免疫反应开始时受损局部的细菌抗原存在着交叉免疫反应，从而导致局部自身免疫。从ReA受累关节分离出来的细菌特异性T细胞大部分是MHC II类分子限定的CD4（+）细胞。SpA小鼠模型的建立有助于进一步明确CD4（+）的T细胞识别B27重链提呈的细菌抗原并与携带自身多肽的B27分子起交叉反应的可能性。然而这些细胞还未得到证实。HLA-B27分子本身作为致关节炎多肽来源的可能性不大（B27分子自己或由HLA II类分子提呈给T细胞），因为那些明显缺乏与疾病密切相关的2个B27亚型B2706和B2709也可以产生所谓的致关节炎多肽。很可能B27只影响肠道和尿道粘膜表面细菌的初始反应及这些细菌或它们的抗原向关节部位扩散的程度。病变解剖学局部T细胞激活的共刺激信号和上调这些共刺激信号的因子也可能是疾病发生的关键[18-19]。

最近关于AS骶髂关节活检的研究结果显示，在AS骶髂关节部位存在明显的炎性T细胞浸润和TNF-α及TGF-β mRNA而非IL-1的表达水平升高。ReA病人的Th1细胞因子功能可能受损，并且与疾病持续存在相关。HLA-B27阳性个体似乎呈TNF-α低分泌状态，这可能导致对抗某种微生物的免疫功能下降。然而，对这些“缺失”是由基因决定的还是环境因素影响的结果以及它们与疾病的相关程度仍不清楚，对CD4（+）与CD8（+）αβ-TCR细胞和γδ-TCR（+）细胞的相对作用也仍不清楚[1,9,20,21]。

对肌腱端部位的异常也需要广泛研究。MRI研究结果显示早期肌腱端部位常常有广泛的软组织和骨髓水肿。SpA病人的滑膜关节炎通常与临床不易识别的肌腱端炎有关，滑膜炎至少在某些关节似乎只是一个继发事件，可能与受损的肌腱端部位释放出来的促炎介质有关。因此应该更多地在肌腱端而不仅在滑膜的水平对SpA的病因，特别是HLA-B27和微生物所起的作用进行研究。有关进行性的新骨形成以至形成骨融合的机制仍不很清楚，可能与局部骨形成蛋白（Bone Morphogenetic Proteins，包括TGF-β）的过度产生有关[1,8]。

七、动物模型

过去的10年中建立了很多SpA的动物模型。有一种存在称为“ank”基因的纯合子鼠由于常染色体隐性异常而导致鼠的进行性自发性强直，目前这个基因还未被鉴定出来，它的产物也还不清楚。这些纯合子鼠与人的AS的X线改变非常类似。然而，由于这些纯合子鼠经过大量的免疫处理，以至于不能用来说明这类疾病所涉及到的免疫因素[1]。磷酸枸椽酸是一种能阻止碱性磷酸钙晶体形成和聚集的天然底物，如在3~4w时开始给动物注射磷酸枸椽酸时，可阻断动物疾病的进展[1]。

在一种被称为“鼠强直性肌腱端病”的类似于人SpA实验鼠身上可以观察到多种自然发生的关节疾病特征。该实验鼠开始有踝关节或跗骨关节的轻度炎症，以后发展成一个或两个后爪不可逆性的强直。其组织病理学类似于人的SpA，但脊柱不受影响。此外，还观察到雄性鼠的病情更严重，转入HLA-B27基因（B2702亚型）增加了患这类疾病的相对危险性，特别是对于雄性动物。含人β2微球蛋白（β2m）的B27转基因大鼠（B2705亚型）也有肠道炎症和类似于人SpA的病变，但在无细菌的环境下繁殖和生长却不出现上述情况。对这些鼠的研究提示，CD4（+）的T细胞以及T细胞与B27阳性的抗原提呈细胞在外周的相互作用在致病原因中起主要作用。在受累大鼠的炎性结肠粘膜存在丰富的IFN-γ、IL-1β和TNF-α，然而它们的滑膜组织只显示中度升高的IL-6和TGF-β。竞争性地阻断HLA-B27结合肽对这些大鼠已经显示出了治疗潜能[22]。

对HLA-B27转基因大鼠的盲肠正常菌群的研究显示，转基因大鼠首先自发出现慢性肠炎后再发生SpA，并且还发现与肠道炎症严重程度密切相关的大肠杆菌和粪肠球菌的数量也大量增加[22]。然而，将这些鼠放在无菌环境下繁殖和生长，却发现它们并不发生肠炎和SpA。这些证据均支持细菌诱发因素在SpA中起着关键作用。最近Khare等报道敲出β2m后转入人β2m的HLA-B27转基因鼠（B2705）的研究，证实了肠道细菌或其它外源因素的作用，因为当这些在无菌环境中繁殖并健康生长的转基因鼠从无菌环境中移至普通饲养环境时才开始出现异常。只有CD4（+）的T细胞存在时，这些动物才会发生关节炎，但指/趾甲的改变却可以不依赖这些细胞。在离开无菌环境之前，给这些动物注射一种特异性拮抗游离B27重链的抗体可以阻止疾病的发生。此外，缺少内源性β2m和MHC II类基因的转基因鼠确实也发病。这些结果提示B27重链以某种形式直接参与了疾病的过程，而这种过程可能与由游离的B27重链与外源细菌抗原结合后介导，而不是由MHC II类分子提呈来源于B27的多肽介导。根据这些结果提出了新的AS发病机制的假说：人胸腺中有2种B27，完整的（与人β2m结合）和游离的。能识别B27/β2m/内源自身多肽（如II型胶原）的CD8将被阴性选择而删除，游离的B27因缺乏β2m而与T细胞反应性低，部分被阳性选择而保留（CD4+CD8）。当外源多肽与B27结合并被递呈给CD4+T细胞时，T细胞扩增并归巢到炎症局部（抗原暴露部位），导致疾病开始。局部破坏使抗原进一步释放而导致CD8+T细胞激活，炎症便持续存在[1,7]。

II型胶原作为所有SpA病变组织的主要成分，在发病中起着重要的作用，因为在无菌环境下通过给转基因鼠注射II型胶原同样可以诱发出病变。当将II型胶原注射到某些种系的小鼠、大鼠和灵长目动物时，引起的是类似于类风湿性关节炎（RA），而不是AS样的炎性关节炎，同样在RA患者中也观察到了针对II型胶原的自身免疫反应。另一方面，已有报道在AS患者血清中的抗胶原抗体（I型到V型）浓度，特别是IgA型显著增高[1,18]。

将去除硫酸软骨素链的人胎儿软骨蛋白多糖聚合物免疫小鼠可以诱发出进行性侵蚀性的关节炎和脊柱炎，同样用结合到连接蛋白上的聚合物G1区免疫动物，也可出现同样的病变。最近的研究认为，在AS的发生中，连接蛋白可能是一种潜在的软骨自身抗原，这是因为有71%的AS患者对人体连接蛋白发生细胞免疫反应，而健康对照组只有13%。有趣的是G1区和连接蛋白同样存在于肌腱端、眼的前葡萄膜和主动脉壁的中层[24,25]。最近Crew等报道了一种能表达截短的TNF-α基因的转基因鼠中出现的类似于人AS的疾病表型研究结果，该结果提示主要促炎细胞因子在SpA病因中起重要作用[26]。

本文作者黄烽，男，1964年生。1984年毕业于广州第一军医大学，1991年获医学博士学位，1996年结束在美国洛杉矶加利福尼亚大学医学院风湿病中心的博士后研究回国。主要从事常见风湿与免疫性疾病，尤其是强直性脊柱炎及其相关脊柱关节病的诊断、治疗、预防、病因与发病机制研究，在国内外发表论文100余篇，其中26篇被SCI收录。科研工作获得国家自然科学基金委国家杰出青年科研基金、中国科协“求是杰出青年”科研基金、军队医药卫生中青年杰出人才科研基金、国家自然科学基金等资助，科研成果获军队科技进步一、三等奖。现为解放军总医院风湿科主任、主任医师、教授、博士生导师，任中华医学会风湿病学分会中青年委员、中国免疫学会会员。先后被评为“中青年医学科技之星”、总后勤部“科技银星”、军队优秀留学回国人员、总后勤部“学习成才标兵”等，享受政府特殊津贴。

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