骨質(zhì)疏松骨代謝的OPG/RANKL/RANK作用機(jī)制

褚建國 王季軍 (唐山市工人醫(yī)院骨二科，河北 唐山 063000)

骨質(zhì)疏松(OP)主要特征為結(jié)構(gòu)退化、骨量減少、脆性增加、容易病理性骨折等為特征，屬于全身性的骨骼老化或廢用退化相關(guān)的代謝障礙性疾病〔1〕。研究表明隨著社會(huì)老齡化趨勢的不斷加劇骨質(zhì)疏松發(fā)病率已躍居常見病、多發(fā)病的前10位，據(jù)估計(jì)全世界有超過2億患者〔2，3〕。骨代謝的信號(hào)傳導(dǎo)途徑骨保護(hù)蛋白(OPG)、核因子-κβ受體活化因子(RANK)、核因子-κβ受體活化因子配體(RANKL)分子及相關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)通路作為骨質(zhì)疏松發(fā)病的可能分子病理生理機(jī)制受到廣泛關(guān)注，成為研究骨生理機(jī)制及骨代謝性疾病防治的焦點(diǎn)〔4～6〕。本研究旨在探討骨質(zhì)疏松骨代謝的OPG/RANKL/RANK作用機(jī)制。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 2011年1月至2012年12月收集我院確診老年性骨質(zhì)疏松患者84例，年齡60～78〔平均(61.3±9.4)〕歲，病程10 d～10年，體重指數(shù)(BMI)為(24.12±4.17)kg/m2。同時(shí)選擇近期在我院體檢的老年人82例作為正常對(duì)照組，年齡60～77〔平均(62.1±8.7)〕歲，評(píng)價(jià) BMI為(24.12±4.17)kg/m2。入選標(biāo)準(zhǔn)〔7〕:老年(年齡≥60歲);男性;不同程度的腰背部疼痛或下肢疼痛，影響日常生活及工作;骨密度(BMD)值低于骨量峰值2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差(SD);排除繼發(fā)性骨質(zhì)疏松、糖尿病、甲狀旁腺功能異常等內(nèi)分泌性疾病、慢性腎功能不全、肝膽疾病等。入選者均排除肥胖、營養(yǎng)不良，內(nèi)分泌性疾病、惡性腫瘤、慢性消耗性疾病、長期應(yīng)用糖皮質(zhì)激素類藥物患者。兩組體重指數(shù)、吸煙、高血壓、基礎(chǔ)用藥資料均具有可比性。向所有受試者告知本研究的目的、方法、風(fēng)險(xiǎn)，獲得患者知情同意，并簽署同意書。

1.2 觀察指標(biāo)

1.2.1 BMD測量 采用美國Norland公司生產(chǎn)的XR-600快速掃描骨密度測量儀測定L1～4及股骨頸BMD值，骨質(zhì)疏松的診斷標(biāo)準(zhǔn)參照 WHO制定的骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)〔8〕。

1.2.2 骨代謝指標(biāo)測定 患者均進(jìn)行身高、體重測定，計(jì)算出BMI。并于清晨空腹抽取靜脈血5 ml，2 000 G離心10 min，分離血清后，采用日立7100全自動(dòng)生化儀測定用于血鈣(Ca)、血磷(P)、骨型堿性磷酸酶(BAP)、骨鈣素(OST)測定。剩余血清儲(chǔ)于 － 80°冰箱待測。OPG、RANK、RANKL、IFN-γ、TNF-α、IL-10的測定均采用ELISA方法(酶聯(lián)免疫吸附測定)，試劑盒均由美國Invitrogen生物技術(shù)公司生產(chǎn)提供，檢驗(yàn)操作均有實(shí)驗(yàn)室專業(yè)遵照操作手冊(cè)嚴(yán)格執(zhí)行。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法應(yīng)用SPSS17.0軟件進(jìn)行分析，計(jì)量數(shù)據(jù)采用±s的方式表示。組間均數(shù)比較用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 骨質(zhì)疏松骨代謝OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路作用機(jī)制骨質(zhì)疏松組與對(duì)照組相比較，OPG、RANKL、IFN-γ、TNF-α 水平升高(P＜0.05);IL-10水平降低，差異顯著(P＜0.05)。見表1。

表1 骨質(zhì)疏松骨代謝OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路分子變化(pg/ml)

2.2 骨質(zhì)疏松骨代謝指標(biāo)分析 與對(duì)照組相比較，骨質(zhì)疏松組BAP、OST水平顯著升高(P＜0.05);血鈣、血磷水平差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。見表2。

表2 骨質(zhì)疏松骨代謝指標(biāo)分析(±s)

表2 骨質(zhì)疏松骨代謝指標(biāo)分析(±s)

組別 Ca(mmol/L)P(mmol/L)BAP(u/L)OST(μg/L)骨質(zhì)疏松組 2.47±0.31 1.12±0.21 252.1±18.21)14.3±3.11)對(duì)照組2.32±0.25 1.15±0.19 142.3±29.2 8.2±2.9

3 討論

骨質(zhì)疏松屬于中老年退行性疾病，已經(jīng)成為一個(gè)比較突出的社會(huì)衛(wèi)生問題，其合并多種嚴(yán)重并發(fā)癥嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量，給社會(huì)、家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān)〔9〕。骨質(zhì)疏松的發(fā)生與老齡化、絕經(jīng)、慢性基礎(chǔ)疾病、長期用藥等多種因素密切相關(guān)，其發(fā)生主要為骨重建失衡引起的骨量丟失。骨重建率在病理狀態(tài)下異常增加，但是骨形成周期長過骨吸收周期，新骨的形成相對(duì)骨質(zhì)破壞相對(duì)不足，結(jié)果導(dǎo)致出現(xiàn)骨量減少，骨密度下降〔10〕。因此對(duì)旺盛的骨吸收進(jìn)行臨床干預(yù)抑制其過程是骨疾病防治的主要策略之一。

OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)在骨骼正常代謝活動(dòng)是近幾年來骨生物學(xué)領(lǐng)域最為重要的發(fā)現(xiàn)之一，起著至關(guān)重要的作用。老年性骨質(zhì)疏松是與年齡相關(guān)的骨丟失，屬于低轉(zhuǎn)換型，骨吸收與骨形成均處于低水平，但是骨吸收處于一個(gè)相對(duì)高水平〔11〕。OPG/RANKL/RANK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路系統(tǒng)是破骨細(xì)胞分化過程中的調(diào)節(jié)機(jī)制，是成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞相互作用的重要途徑，研究發(fā)現(xiàn)其與多種代謝性骨疾病密切相關(guān)〔12〕。OPG是一種分泌型糖蛋白，由380個(gè)氨基酸殘基組成，存在生化特性相似的單體和二聚體兩種形式。骨骼的OPG主要由OB譜系的各種細(xì)胞產(chǎn)生，屬于破骨細(xì)胞負(fù)性調(diào)節(jié)因子，它的生物學(xué)作用主要是抑制前體破骨細(xì)胞分化、生存、融合與活化，誘導(dǎo)成熟破骨細(xì)胞凋亡。RANKL則能夠促進(jìn)破骨細(xì)胞及前體細(xì)胞的分化成熟，抑制破骨細(xì)胞凋亡;OPG能夠與RANKL競爭性結(jié)合，抑制活性作用:OPG/RANKL比值可以決定破骨細(xì)胞分化〔13〕。經(jīng)離體實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明OPG能夠提高骨密度，增加小梁骨量，抑制破骨細(xì)胞分化，促進(jìn)鈣陳舊，還可以通過抑制破骨細(xì)胞f-肌動(dòng)蛋白環(huán)形成抑制骨吸收，干擾基質(zhì)細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間的相互作用，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡。由此可見，OPG/RANKL系統(tǒng)與骨質(zhì)疏松、RA的骨破壞有著密切的聯(lián)系。

隨著老齡化進(jìn)展，機(jī)體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化，成骨細(xì)胞前體細(xì)胞減少，功能下降，向成纖維細(xì)胞方向的重分化，而同時(shí)破骨細(xì)胞在多種細(xì)胞因子影響下凋亡相對(duì)減少〔14〕。細(xì)胞因子TNF-α屬于一種非常重要的炎性因子，具備多種生物學(xué)功能入調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)、調(diào)控免疫應(yīng)答、凋亡和抗病毒反應(yīng)等。在骨代謝過程中TNF-α能夠促進(jìn)骨吸收及骨基質(zhì)膠原合成，減弱成骨細(xì)胞對(duì)維生素D的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)性;抑制細(xì)胞外基質(zhì)沉積并刺激基質(zhì)金屬蛋白酶的合成，從而降解有機(jī)骨質(zhì);而且它還可以促進(jìn)溶骨性細(xì)胞因子如M-CSF和RANKL的表達(dá)。同時(shí)，在破骨細(xì)胞前體細(xì)胞中TNF-α可以通過增加c-fms在脊髓前體細(xì)胞表面的表達(dá)來調(diào)節(jié)骨髓中破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的充裕量，而c-fms的表達(dá)產(chǎn)物是M-CSF的受體。不僅如此，TNF-α可直接損傷腎血管-基底膜屏障，導(dǎo)致血管通透性升高，結(jié)果使血清蛋白異常滲漏，影響鈣磷代謝平衡而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。IFN-γ在骨組織內(nèi)是破骨細(xì)胞分化的刺激劑，它可以上調(diào)組織相容性復(fù)合體Ⅱ類抗原 (MHC-Ⅱ)的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)T細(xì)胞的活化與增殖，產(chǎn)生大量的RANKL和TNF-α，最終導(dǎo)致破骨細(xì)胞的形成，誘發(fā)OP〔15〕。本研究結(jié)果表明老年性骨質(zhì)疏松患者骨質(zhì)代謝活動(dòng)維持都在一個(gè)較低的水平。同時(shí)結(jié)果細(xì)胞因子能夠作用于OPG/RANKL/RANK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)促進(jìn)其破骨細(xì)胞分化。

綜上所述，OPG/RANKL/RANK途徑是骨質(zhì)疏松發(fā)病重要分子機(jī)制，其調(diào)節(jié)主要受到多種細(xì)胞因子的共同作用，詳細(xì)調(diào)控機(jī)制有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

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