骨质疏松症(osteoporosis, OP)是一种全身性骨骼疾病，其特征是骨量下降和骨显微结构的破坏及骨折风险增加。其中，由于雌激素水平下降导致的骨形成和骨吸收平衡发生改变的，属于绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis, PMOP)。我国社会正步入老龄化阶段，至2050年，我国骨密度减少及OP患者将达到2.21亿，届时OP及OP性骨折将对医疗卫生事业带来巨大的挑战[1]。

骨代谢是指骨组织在生理条件下进行的动态平衡过程，涉及骨形成和骨吸收两个相互作用的过程。免疫细胞通过调节骨代谢过程中的炎症反应、骨吸收、骨形成等关键环节，对OP的发生发展起着重要作用。本综述将重点阐释先天和适应性免疫细胞与骨代谢之间相互联系又有区别的作用关系(图1),并揭示免疫细胞介导炎症反应影响骨形成与骨吸收的机制，为相关研究提供一定参考。

图1免疫细胞与骨代谢的关系  

1、骨质疏松症与免疫表型

在生理条件下，骨吸收和骨形成总是以耦联的方式发生。OP期间，骨形成与骨吸收细胞之间是解耦联状态，此时由于骨中破骨细胞(osteoclast, OC)数量增加，骨吸收高于骨形成[2]。因此，可以认为OP是一种骨形成和骨吸收高转换疾病，其重塑平衡的改变更倾向于骨吸收。

一般采用去势法或使用化学方法抑制雌激素在模型动物中的分泌来达到雌激素绝对缺乏状态以模拟临床OP及PMOP患者[3]。研究表明[4],去卵巢(ovariectomized, OVX)动物易出现脾脏肿大，血液和骨髓中的炎症介质，如白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白介素-6 (interleukin-6,IL-6)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factors-α,TNF-α),及骨髓中产生肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)的数量显著增加。因此，骨代谢过程中的炎症反应与骨吸收和骨形成密切相关。

2、免疫细胞对骨代谢的作用

免疫细胞分为先天和适应性免疫细胞，先天免疫细胞包括树突状细胞(dendritic cell, DC)、自然杀伤细胞(natural killer cell, NK cells)、中性粒细胞(neutrophils, NE)等；适应性免疫细胞包括T淋巴细胞(thymus-derived lymphocyte, T cells)、B淋巴细胞(bone marrow-derived lymphocyte, B cells)等。

2.1先天免疫细胞

2.1.1树突状细胞：

树突状细胞主要存在于骨髓、淋巴组织和皮肤等部位，能够诱导持久有力的免疫应答。

DC通过多种途径在骨代谢中起着重要的调节作用。首先，它们在骨髓中产生和释放白介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6和TNF-α等多种细胞因子，然后通过Wnt/β-catenin和RANKL/OPG信号通路，影响骨吸收和骨形成的平衡[5]。其次，DC可以激活T cells,并促使其产生RANKL,从而刺激成骨细胞(osteoblast, OB)的骨吸收活性。DC通过抑制核因子NF-κB通路(nuclear factor-kappa B pathway, NF-κB)和MAPK通路的磷酸化，抑制RANKL介导的OC生成，降低活化T cells的核因子及DC特异性跨膜蛋白、抗酒石酸酸性磷酸酶、组织蛋白酶K等破骨细胞生成标志物的表达水平，从而减轻骨质疏松小鼠的骨流失[6]。成熟的DC能够通过转移miR-335促进无胸腺大鼠骨髓来源间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs)的成骨分化，增强BMSCs介导的股骨缺损后骨再生[7]。也有研究显示[8],装有miR-7b过表达质粒的聚乙烯亚胺功能化氧化石墨烯复合物，能够抑制一种重要的融合分子在DC特异性跨膜蛋白的表达，从而显著降低OC融合和骨吸收活性。

总之，DC产生多种细胞因子，介导Wnt/β-catenin、RANKL/OPG、NF-κB和MAPK等通路，从而刺激OB的骨吸收活性，抑制OC生成，降低OC融合和骨吸收活性，及增强BMSCs的成骨分化，从而调节骨代谢。

2.1.2自然杀伤细胞：

自然杀伤细胞来源于骨髓，可以分泌各种促炎细胞因子和趋化因子，通过调节局部环境来调节其他免疫细胞的功能。

细胞毒性NK细胞能刺激TNF-α的产生，使其在类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis, RA)患者的滑液和外周血中增加，并通过分泌IL-22使成纤维细胞样滑膜细胞过度增殖，导致滑膜增生和骨破坏[9]。在胶原蛋白诱导的关节炎(collagen-induced arthritis, CIA)小鼠模型中，NK cells表达RANKL,刺激OC形成，而NK cells的消耗抑制了CIA中的骨流失，IL-15活化的NK cells可以抑制OC。IL-15上调NK cells上的白细胞功能相关抗原-1(leukocyte function associated antigen-1,LFA-1)和DNAX辅助分子-1(DNAX auxiliary molecule-1,DNAM-1),即OC和NK细胞之间细胞间的受体粘附分子1和CD155的配体[10],能抑制OC的发育、功能和与基质细胞的相互作用，抑制骨吸收。因此，IL-15激活的NK细胞通过LFA-1和DNAM-1抑制OC的功能。

NK细胞可以表达TNF-α和RANKL,刺激OC生成；也分泌ICAM-1和CD155等间接抑制OC的功能，并根据组织微环境抑制或增强骨质疏松症状。因而需要更深入的研究来了解NK细胞介导的骨重塑和骨吸收。

2.1.3肥大细胞：

肥大细胞(mast cell, MC)来源于全身结缔组织中的髓系干细胞系，可在炎症或过敏反应刺激后迅速释放大量颗粒。对血清骨转换生化标志物变化的分析，可以推测MC在调节骨转换中发挥重要作用。

首先，MC可以通过释放组胺、血小板激活因子等多种因子和介质，来刺激OB的增殖和分化，促进骨基质的合成和沉积。其中，组胺对OC有重要的刺激作用，阻断小鼠组胺受体H1可以降低OC活性，从而抑制OVX诱导的骨质流失[11]。其他几种MC介质，包括TNF-α、IL-6和RANKL,也参与OC的刺激作用，而前列腺素D2、P物质、IFN-γ和IL-10具有骨保护作用[12]。其次，MC还能通过释放转化生长因子-β(transforming growth factor, TGF-β)、IL-4、MC衍生的生长因子，来抑制OC的活性和骨吸收过程[13]。此外，绝经后患者骨髓中的MC数量也是显著增加的。孕期女性的骨髓中显示出更多的MC,且其体内OC数量的增加与MC直接相关，而在雌激素存在的情况下刚好相反，表明雌激素对MC的破骨潜能有抑制作用[14],但它们对PMOP的具体作用机制需要进一步详细阐明。

总之，MC通过释放TNF-α、IL-6和RANKL等多种因子和介质，刺激OB的增殖和分化，抑制OC的活性和骨吸收，发挥抗骨质疏松的作用，但MC在骨代谢调节中的具体作用和机制仍需进一步的研究和深入探索。

2.1.4巨噬细胞：

巨噬细胞(macrophage, mØ)是先天免疫系统中一类重要的专职吞噬的细胞。近年来的研究发现mØ在骨代谢调节中发挥着关键作用。

首先，mØ可以分化为骨吸收mØ来参与骨重塑。当mØ接触到骨表面时，它们通过释放酸和酶等物质来破坏骨组织，并吸收钙和其他骨基质成分[15]。其次，mØ可以有效吞噬和清除活跃的OC,抑制骨吸收的过程，调节骨代谢平衡[16]。mØ有发挥促炎作用的M1和促再生作用的M2两个活化的亚类[17]。首先M1与旁分泌因子一起分泌高水平的活性氧、一氧化氮(nitric oxide, NO)和几种促炎细胞因子，包括IL-1、IL-2、IL-6、TNF-α和IFN-γ[18]。M2通过激活IL-4、IL-10和IL-13后，分泌C-C基序趋化因子配体18、C-C基序趋化因子配体22、IL-10等抗炎分子，以及骨形态发生蛋白2、TGF-β和骨桥蛋白等促成骨分子促进或抑制成骨分化[19]。此外，雌激素相关受体α(estrogen-related receptors-α,ERR-α)抑制mØ的形成并促进OC的形成[20]。过氧化物酶体增殖物活化受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ,PPAR-γ)是mØ和OC的关键分子调节剂，可以促进OC分化，抑制M1的激活。聚乙二醇-1β作为ERR-α和PPAR-γ的共激动剂，通过调节M2的激活，促进OC分化抑制促炎mØ的分化。也有研究认为M1通过分泌促炎细胞因子IL-6和TNF-α,并和MSC的共培养显著降低了骨髓源性骨保护素(osteoprotegerin, OPG)的表达，直接或间接促进了OC的生成，抑制成骨分化[21]。mØ可以与T cells、B cells等免疫细胞相互作用，产生细胞因子和调节因子，从而有助于维持免疫系统的平衡，减少骨质疏松的发生。

总之，mØ在骨代谢调节中发挥着重要的双向调节作用。由于M1和M2的极化不同以及它们分泌的旁分泌因子不同，其对BMSCs向OB和OC的分化中均发挥着重要的调控作用。因此，深入了解mØ在骨代谢中的作用机制，有助于揭示骨相关疾病的发生发展机制，为未来的治疗提供新思路。

2.1.5中性粒细胞：

中性粒细胞由骨髓中的髓样前体细胞产生，受粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF)等多种细胞因子控制。

NE在抗骨质疏松中发挥着多重作用。首先，NE是炎症过程中的重要参与者，可以合成如C-X-C基序配体10等炎症介质和C-X-C基序受体3等趋化因子结合，从而使其能够与骨细胞进行交换。雌激素对NE有直接的影响，OVX小鼠在炎症过程中表现出NE浸润增加。由于NE的数量、活动和功能受到雌激素的影响，并且表达促进骨吸收的IFN-γ、IL-6和RANKL介质，说明其可能参与PMOP的发生发展[22]。在严重的牙周病患者中，高骨转换和促炎细胞因子IL-1β、TNF-α表达增加炎症反应，最终会导致OC活性增加和骨质流失[23]。因此，高度活化的NE可能参与骨丢失。

其次，NE可以产生TGF-β1、BMP等抗骨吸收因子，从而抑制OC的活性和功能。此外，NE还能产生OPG,抑制骨吸收[24]。NE可以显著调控BMP2-5、TGF-β2等成骨标志物的表达[25]。NE也会影响BMSCs,因为BMSCs受IL-1α和TGF-β细胞因子分泌水平改变的影响，与活化的NE共同培养后分化为OB[26]。此外，G-CSF抑制OB的作用是由NE介导的，G-CSF对于骨细胞的抑制作用是由于促进NE分泌NO所引发[27,28]。

总之，NE可以直接或间接的诱导BMSCs分化为OB,消除对OB的抑制，抑制OC的活性和功能，发挥着抗骨质疏松的作用。然而，还需要进一步的研究来阐明NE与骨细胞串联的分子机制。

2.2适应性免疫细胞

2.2.1 B淋巴细胞：

早期B cells也由骨髓产生，与早期的OC或OB共享同样的细胞因子、趋化因子、受体和下游信号通路。近年来的研究表明它们在骨代谢调节中也发挥着重要作用。

B cells通过多种机制参与骨代谢的调控。首先，B cells可以产生OPG,从而抑制OC的分化[29]。在某些疾病状态下，B cells过度分泌RANKL,从而激活OC的形成，导致骨质疏松和关节破坏。B cells缺陷基因敲除小鼠在新诱导的骨发育过程中炎症因子及免疫调节细胞因子的表达明显升高，骨小梁数量也显著增加[30],说明B cells的遗传缺乏可能刺激骨密度的增加。而当B cells中结节性硬化复合物1缺失时，会反应性引起雷帕霉素复合物1(sirolimus complex 1,mTORC1)的激活，mTORC1则通过Akt的负反馈下调β-连环蛋白mRNA的不稳定现象和β-catenin通路，调控RANKL/OPG系统表达，从而诱导骨质流失和OP的发生[31]。

其次，B cells还能够与T cells和DC相互作用，促使IL-17的释放，将间充质干细胞分化诱导至成骨谱系，也通过刺激OB产生RANKL,间接增加OC分化和骨吸收活性[32]。在PMOP期间，由于雌激素缺乏和促炎因子的分泌，B cells一方面可能通过C-C基序趋化因子配体3和TNF信号抑制OB的分化；另一方面，激活的B cells通过分泌更多的G-CSF和RANKL促进骨吸收[33]。此外，B cells和OC共定位并形成特定的骨微环境，B cells中过表达的HIF-1α信号传导导致RANKL产生和OC形成增强，而B cells中HIF-1α信号传导的缺失可明显抑制雌激素缺乏诱导的小鼠骨质流失[34]。最后，雌激素作为骨量重要调节剂，参与了B cells谱系的分化，抑制了B cells与OB、基质细胞的密切接触，减少了其通过RANKL/RANK/OPG通路产生的功能性OC数量[35]。

总而言之，B cells与T cells和DC相互作用，介导OPG/RANK/RANKL、TNF、HIF-1α、β-catenin通路等信号通路，抑制OB的分化，调节OC的生成、成熟、分化等，诱导BMSCs分化成OB,在骨代谢中发挥重要的调节作用。因此，深入了解B cells在骨健康和疾病中的功能，有助于揭示骨疾病的发病机制，并为开发相关治疗策略提供理论基础。

2.2.2浆细胞：

浆细胞(plasma cells, PC)是特化的终末分化B细胞。除免疫功能外，PC在骨代谢调节中也发挥着重要作用。

PC通过分泌IL-6、IL-1β、TNF-α等特定的因子，在骨代谢中发挥着双重作用。首先，IL-6、IL-1β、TNF-α可以刺激OC的活性，从而增加RANKL和mØ集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor, M-CSF)的分泌，进而促进骨吸收过程[36]。其中M-CSF则促进OC的增殖和成熟。其次，这些因子还可以影响骨形成过程。研究表明[37],IL-6、IL-1β和TNF-α等因子可以抑制OB的功能和活性，减少骨基质的形成和骨钙化的过程，导致骨量减少和骨质疏松。PC的异常恶性增殖并分泌相关细胞因子，易增强OC活性及抑制OB活性，进而引起骨吸收和骨形成失衡，最终导致骨质破坏及全身弥漫性骨质疏松的形成。目前PC作用于PMOP的直接实验研究相对缺乏，需要进一步通过动物实验研究其潜在的作用机制。

总而言之，PC可以增加RANKL和M-CSF的分泌，增强OC活性以促进骨吸收过程，抑制OB活性以抑制骨形成过程，从而影响整体的骨代谢状态。进一步研究PC在骨健康和疾病中的功能，有助于为相关治疗方案的开发提供科学依据。

2.2.3记忆B细胞：

记忆B细胞(memory B cells, MBC)具有长期免疫记忆和快速应答的特性。除了其免疫功能外，最近的研究表明MBC还参与调节骨代谢的过程。

首先，MBC可以通过分泌IL-6、IL-10和TGF-β等炎症因子和细胞因子，作用于骨细胞，影响骨代谢的平衡[38]。其中，IL-6和TGF-β能够促进OB的增殖和分化，从而增加骨形成，而IL-10则具有抑制OC的活性，减少骨吸收[39]。研究显示[40],相对于正常动物，在牙周炎动物MBC培养物中的OC数量更高，而MBC倾向于产生更多的RANKL、TNF-α、IL-1β和IL-17A炎性因子，从而增强了OC的形成、分化，最终导致骨质流失。而在RA患者中[41],常表现为白细胞浸润、滑膜炎症和OC生成引起的骨损伤。若给予抗炎药物治疗，则可明显降低患者MBC中抗IgM/抗CD40刺激的RANKL表达，从而减少OC的增殖。最后，MBC通过产生调节性T cells和细胞因子来参与免疫反应和炎症反应，从而加重骨组织的破坏[42]。

总之，MBC能够促进OB的增殖和分化，抑制OC的活性，增强OC的形成、分化。然而，目前对MBC在骨代谢中的具体作用机制还存在许多未知之处，需要进一步的研究来揭示。

2.2.4 T淋巴细胞：

T cells具有免疫调节和炎症调节的功能，可以通过分泌各种因子间接影响骨细胞的功能和代谢过程。

首先，T cells可以分泌IL-1、IL-8、TNF-α等多种因子，以刺激OC的活性，促进骨吸收的发生[43]。其次，调节性T细胞(Treg)和Th17细胞等T细胞亚群，对骨形成也具有调节作用。其中，Treg细胞通过分泌TGF-β和IL-10等因子，抑制骨吸收并促进骨形成。而Th17细胞则可以分泌IL-17和IL-22等促进骨吸收的细胞因子。IL-17可将BMSCs诱导分化为OB,也诱导OB分泌RANKL,从而刺激OC的生成[44]。阻断IL-17信号通路，则能保护小鼠免受OVX诱导的骨质流失[45]。此外，T cells可以通过调节TNF-α和IL-1等炎症因子来抑制炎症反应，从而直接或间接地影响骨细胞的功能。在RA小鼠模型中，Th17细胞和γδT17细胞介导自身免疫性关节炎，阻断IL-17能减轻关节炎症和软骨破坏[46]。OVX小鼠骨髓中的Th17细胞显著增大，这是由于在雌激素缺乏时，肠道中T细胞大量扩增，然后在C-X-C基序趋化因子受体3和C-C基序趋化因子配体20的刺激下迁移到骨髓中[47]。

总之，T cells通过产生细胞因子以及调节其他免疫细胞的活动，在骨代谢中能够减少OB生成，刺激OC的生成，诱导BMSCs分化为OB,抑制骨吸收，对骨代谢发挥着重要的调节作用。T cells在骨代谢调节中的具体作用和机制仍需要进一步的研究和探索。

综上所述，免疫细胞在骨代谢调节和OP的发生发展中发挥着重要作用。其中，先天免疫细胞产生细胞因子和趋化因子，直接调节骨代谢：DC产生细胞因子、与免疫细胞相互作用，NK细胞可以表达M-CSF和RANKL,MC释放组胺、血小板激活因子等因子和介质，mØ可以吞噬OC,NE产生TGF-β1、BMP、OPG等因子，通过多种方式调节炎症反应、产生抗骨吸收因子，双向调节RANKL的产生，抑制Wnt/β-catenin、NF-κB、MAPK等通路的磷酸化，直接或间接影响BMSCs、OB和OC的增殖，调节骨质疏松症状。适应性免疫细胞通过产生各种细胞因子和趋化因子和其他免疫细胞相互作用，对骨代谢产生直接或间接影响：B cells通过分泌细胞因子与免疫细胞相互作用，PC、MBC和T cells则倾向于分泌更多IL-6、TNF-α、IL-1β、IL-17A、IL-17、IL-22等炎症性因子和细胞因子，以及与其他细胞的相互作用，介导OPG/RANK/RANKL、TNF、HIF-1α等信号通路，调节OB和OC的生成、成熟、分化，调节骨代谢平衡。因此，深入了解免疫细胞在骨代谢调节中的作用机制，有助于开发新的治疗策略和药物，为预防和治疗骨质疏松症提供新的思路和方法。

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文章来源:刘雅利,封俨宸,党雪,等.免疫细胞介导的炎症与骨质疏松症的机制与作用途径[J].中国骨质疏松杂志,2024,30(06):863-868.