IRAK-4對成骨細胞分化BMP-Smad通道的影響

劉曉春黃 東* 于明圣申寬宏黃永軍牟 勇

（1 廣東醫(yī)學院，廣東 廣州 524023；2 廣東省第二人民醫(yī)院，廣東 廣州 510317；3 南方醫(yī)科大學，廣東 廣州 510515）

IRAK-4對成骨細胞分化BMP-Smad通道的影響

劉曉春1黃 東2* 于明圣1申寬宏3黃永軍2牟 勇2

（1 廣東醫(yī)學院，廣東 廣州 524023；2 廣東省第二人民醫(yī)院，廣東 廣州 510317；3 南方醫(yī)科大學，廣東 廣州 510515）

IRAK-4；骨形成；BMP-Smad通道

骨形成是一個復雜現(xiàn)象，當骨折發(fā)生時，附近骨髓中的間充質(zhì)干細胞在細胞外基質(zhì)和損傷部位的各種細胞因子刺激激活下發(fā)育分化成為成骨細胞[1]。之后，經(jīng)過成骨細胞增殖、細胞外基質(zhì)成熟和礦化等三個階段，最終完成骨形成過程。這些過程易受多種因素的影響。其中成骨細胞的作用為合成骨基質(zhì)，由間充質(zhì)干細胞分化發(fā)育形成[2]。破骨細胞的作用為降解骨基質(zhì)，由骨髓單核巨噬細胞分化演變而成。各種病理因素均可介導骨折愈合，血運不佳、嚴重感染、炎癥性疾病等均可導致愈合明顯延遲甚至骨不連發(fā)生。因此，更深入了炎癥對骨折愈合的影響機制，采取有針對性保護措施，將為臨床提供更好治療手段和策略。IRAK-4是炎性反應中關鍵的激酶，還是內(nèi)毒素胞內(nèi)信號轉導的最關鍵分子，在炎性反應中扮演著舉足輕重的關鍵角色[3]。骨形成蛋白(Bone morphogenetie protein，BMP)、核心結合因子等信號通道是控制成骨細胞分化的關鍵因素。因此，本文重點研究IRAK-4對成骨細胞分化過程中關鍵的BMP-Smad通道的調(diào)控作用和意義進行綜述。

1 影響成骨細胞分化的活性因子

轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）在骨形成中作用復雜，對成骨細胞呈激活和抑制雙向效應。TGF-β能誘導成骨細胞合成細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM），促使成骨細胞ECM組分表達，并且還與類成骨細胞向ECM的趨化及后者對靶細胞的識別有關[4]。骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)最初因其具有誘導骨形成的作用而得名，是控制成骨細胞分化的關鍵因子之一。BMP是轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族中最大的蛋白家族，BMP-2、4、5、7能有效促進骨髓基質(zhì)干細胞向成骨細胞分化，誘導骨的形成，其中BMP-2活性最強[5]。成骨細胞膜上有BMP受體（bone morphogenetic protein receptor，BMPR），它通過與機械刺激產(chǎn)生的BMP結合被激活，然后作用于細胞質(zhì)內(nèi)下游Smad。Smad蛋白是近年發(fā)現(xiàn)的新的細胞內(nèi)信號傳導蛋白，可分為調(diào)節(jié)Smads（receptor-regulated-Smad，R-Smad）即Smad1、2、3、5、8、9和共同介導Smads（Smad4）、抑制性Smads(Smad6、7)。與成骨細胞分化關系密切的是Smad1和Smad5[6]。Smad1、5 、8末端絲氨酸殘基被BMPR-Ⅰ磷酸化，隨后2個或1個R-Smad與1個Smad4以異源三聚體或異源二聚體的形式進入核內(nèi)，作用于成骨細胞特異性轉錄因子Cbfα1、Osterix等基因序列并上調(diào)其表達[7]。

除TGF-β超家族外，還有多種活性因子共同參與調(diào)節(jié)成骨細胞分化。如外胰島素生長因子-1，它是長骨生長的必需因子，可以刺激OB增殖分化，增加Ⅰ型膠原合成、ALP活性及骨鈣素產(chǎn)生。這些活性因子在成骨細胞分化中起到重要作用。

2 IRAK-4對骨BMP-Smad通道的影響機制

炎癥發(fā)生時中性粒細胞的過度激活產(chǎn)生大量炎性介質(zhì)，被激活的巨噬細胞、中性粒細胞釋放大量炎性介質(zhì)，并隨之產(chǎn)生大量促炎細胞因子，如TNFα、IL-1等，引起細胞黏附分子上調(diào)和白細胞活化以及許多其他遞質(zhì)，爆發(fā)一系列連鎖反應。NF-κB是炎性反應中關鍵的轉錄因子，能與TNFα、IL-1等多種細胞因子、黏附分子基因啟動子部位的位點發(fā)生結合，增強這些基因的轉錄和表達。通常情況下，NF-κB分子與IκB分子結合，結合后NF-κB的核定位序列NLS被掩藏，從而使NF-κB以非活性形式存在于細胞質(zhì)中。在炎癥啟動時TLR家族的受體被激活，動員IRAK-1、IRAK-4在受體上結合，并與Toll樣蛋白(toll-interacting protein，Tollip)相互作用、MyD88及TRAF6結合后形成受體復合物；此時IRAK-1被IRAK-4磷酸化，并啟動IRAK-1的自動磷酸化過程，最終形成IRAK-1的超磷酸化狀態(tài)。IRAK-1構型發(fā)生改變，導致與受體復合物的親和力下降而分離，并與TRAF6形成復合物，導致TRAF6發(fā)生低聚作用，進一步通過轉接蛋白TAB激活轉化生長因子B活化激酶和NF-κB誘導激酶，NF-κB誘導激酶隨即活化IκB激酶，使IκB磷酸化并最終降解。IκB降解后NF-κB的核定位序列暴露出來，從而去除了對NF-κB的抑制作用，導致NF-κB活化，進入細胞核[8-10]。激活的NF-κB活化IL-1、TNF-α等促炎因子，進而誘發(fā)下游的瀑布炎性反應，造成組織的炎癥損傷。另外，NF-κB可以調(diào)控任何含有κB位點的基因轉錄。Smad7是NF-κB的一個轉錄靶點[11]，Smad6、7可以抑制其它Smads的磷酸化或者抑制調(diào)節(jié)Smads與共同介導Smads（Smad4）的結合[7]。所以當NF-κB活化后通過Smad7影響Smad1和Smad5的作用使它們不能進入核內(nèi)，無法作用于成骨細胞特異性轉錄因子而影響成骨細胞的分化。

骨折的愈合過程是破壞清除和新生修復共存的過程[12]，骨折伴隨炎癥常常延遲其愈合時間，其中促炎細胞因子對成骨細胞分化通道的抑制可能是成骨細胞分化抑制的主要因素。IRAK-4是炎性反應關鍵激酶，充分研究其調(diào)控機制，設計出針對IRAK-4特異性的藥物，或者通過基因治療手段干預IRAK-4表達水平，阻斷IRAK-4激酶活性，都將為拮抗炎癥因子活性進而有效促進成骨細胞分化、促進骨折愈合提供新思路。

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R-03

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1671-8194（2013）23-0053-02

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