Cbfα1因子表達(dá)與人非創(chuàng)傷性股骨頭壞死關(guān)系的研究進(jìn)展

靳志海，韓文興，李 蕾，馬 華(綜述)，李哲海(審校)

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院骨科，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科，呼和浩特 010050；3.邯鄲市中心醫(yī)院口腔科，河北 邯鄲 056001)

非創(chuàng)傷性股骨頭壞死(non traumatic femoral head necrosis，NONFH)又稱(chēng)為股骨頭無(wú)菌性壞死或股骨頭缺血性壞死，是因人體股骨頭局部區(qū)域的血流受阻進(jìn)而使股骨頭處的骨組織細(xì)胞缺血缺氧導(dǎo)致壞死引起的疾病。30～50歲的中青年往往容易得此病，近年來(lái)由于酗酒人群的不斷增加和激素的廣泛應(yīng)用等因素，發(fā)病人數(shù)呈加速上升趨勢(shì)，對(duì)其預(yù)防和治療已成為全球性的重要健康問(wèn)題之一[1]。治療早期NONFH的方法有很多，但大多效果欠佳，最終只能選擇關(guān)節(jié)置換手術(shù)。目前，在多種疑難疾病中，基因治療越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)臨床驗(yàn)證，臨床效果顯著優(yōu)于一般藥物的療效[2]。核心結(jié)合因子α1(core binding factor alphal 1，Cbfα1)是成骨細(xì)胞的一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，在成骨細(xì)胞分化中是必不可少的；學(xué)者們通過(guò)研究Cbfα1在NONFH局部發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的表達(dá)變化，希望在基因水平進(jìn)一步認(rèn)識(shí)NONFH的發(fā)病機(jī)制，這可能是防治NONFH的新切入點(diǎn)。

1 Cbfα1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Cbfα1屬于Cbfa家族，又稱(chēng)為多瘤病毒增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(polyomavirus enchancer binding protein，PEBP)或急性髓系白血病因子及Runx2(runt related gene 2)，是runt結(jié)構(gòu)域基因家族中的轉(zhuǎn)錄因子，許多靶基因上的PyGPyGGTPy序列可被Cbfα1特異地識(shí)別并與之結(jié)合，從而產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)[3]。Cbfα1的表達(dá)起源于遠(yuǎn)側(cè)的P1和近側(cè)的P2這兩個(gè)啟動(dòng)子，其中P2啟動(dòng)子可能與骨密度有關(guān)，P2活性越高，骨密度越高；有研究認(rèn)為，通過(guò)控制Cbfα1的開(kāi)關(guān)可以影響骨密度的高低[4]。另外，在Cbfα1基因5′端序列中至少有3個(gè)自身結(jié)合位點(diǎn)，只要存在一個(gè)完整的自身結(jié)合位點(diǎn)，過(guò)量表達(dá)的Cbfα1可以反饋抑制該基因的繼續(xù)表達(dá)，說(shuō)明Cbfα1的表達(dá)和活化具有自身負(fù)反饋特點(diǎn)[5]。

2 Cbfα1的功能和調(diào)控

2.1Cbfα1對(duì)成骨細(xì)胞的作用 成骨細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子是Cbfα1，它在成骨細(xì)胞分化中是不可或缺的。關(guān)于Cbfα1過(guò)表達(dá)對(duì)成骨細(xì)胞系分化作用的一些報(bào)告已經(jīng)發(fā)表[6-7]。Shinsuke等[8]用5 mg甲潑尼龍醋酸鹽注入到15周齡雌性高血壓大鼠(注射類(lèi)固醇的原發(fā)性高血壓大鼠)體內(nèi)，將已浸入Cbfα1復(fù)合腺病毒液體的聚乳酸移植到一個(gè)深1.5 mm的孔內(nèi)(這個(gè)孔在注入類(lèi)固醇5周后的股骨頭上)，實(shí)驗(yàn)證明，成骨細(xì)胞的浸入和保留通過(guò)多孔支架來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳遞Cbfα1轉(zhuǎn)基因病毒載體的基因轉(zhuǎn)染促進(jìn)骨形成和骨再造。但是，在其臨床應(yīng)用之前，在體外和體內(nèi)使用原始細(xì)胞的基礎(chǔ)研究是必要的。Cbfα1存在兩個(gè)主要的亞型：PEBP2A和TIL-1，每個(gè)亞型由不同的激活子調(diào)控[9-10]。Benerjee等[11]報(bào)道，Cbfα1的兩種亞型在成骨細(xì)胞分化上存在功能差異。以前關(guān)于Cbfα1過(guò)表達(dá)對(duì)成骨細(xì)胞分化作用的報(bào)告只專(zhuān)注于PEBP2A，但是，關(guān)于這兩個(gè)亞型在成骨細(xì)胞分化中作用不同的比較少有報(bào)道。Kojima等[12]假設(shè)Cbfα1基因的過(guò)表達(dá)在體外和體內(nèi)促進(jìn)成骨細(xì)胞快速分化，并利用攜帶兩個(gè)Cbfα1亞型的腺病毒載體轉(zhuǎn)染間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell,MSC)源性骨祖細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)Cbfα1基因的轉(zhuǎn)染誘導(dǎo)腺病毒載體，明顯刺激成骨細(xì)胞體外分化；TIL-1在體外促進(jìn)成骨細(xì)胞快速分化比PEBP2A更有效[13]。為了確認(rèn)TIL-1過(guò)表達(dá)的可用性，Kojima等[12]和Li等[14]將TIL-1過(guò)表達(dá)的成骨細(xì)胞/多孔陶瓷復(fù)合材料移入菲舍爾鼠(骨髓移植模型大鼠)的異位(皮下)和原位(骨缺損)，檢測(cè)了7～10 d內(nèi)的骨鈣素高表達(dá)，結(jié)果表明，礦化的增加不是因?yàn)橄俨《靖腥?，而是因?yàn)镃bfα1/TIL-1的過(guò)表達(dá)。由此可見(jiàn)，Cbfα1基因在成骨細(xì)胞分化和骨形成中有重要的調(diào)節(jié)作用[15]。Cbfα1不僅控制成骨細(xì)胞的分化，而且還調(diào)控已分化的成骨細(xì)胞的功能。Ducy等[15]和Yang等[7]利用在出生后就已經(jīng)分化的成骨細(xì)胞小鼠研究這些小鼠中過(guò)表達(dá)Cbfα1 DNA結(jié)合區(qū)的轉(zhuǎn)基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性Cbfα1的功能被過(guò)量表達(dá)顯性失活的Cbfα1抑制，促使成骨細(xì)胞合成和分泌骨基質(zhì)下降，但它對(duì)骨吸收卻沒(méi)有明顯影響，最終在最初的2周內(nèi)就使轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)生骨量丟失；此外，與Cbfal基因剔除(Cbfα1-/-)小鼠相比，這類(lèi)轉(zhuǎn)基因小鼠擁有正常數(shù)量的成骨細(xì)胞，但是成骨細(xì)胞的功能發(fā)生了變化(降低)，同時(shí)受Cbfα1調(diào)控的成骨基因(如骨橋蛋白、骨鈣蛋白、骨涎蛋白)的表達(dá)也顯著下降。

2.2Cbfα1的表達(dá)及調(diào)控 Cbfα1最早在早期發(fā)育的間質(zhì)細(xì)胞集縮處的細(xì)胞中表達(dá)，這些細(xì)胞是成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞的前體，隨后只表達(dá)于肥大化軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞系中。成骨細(xì)胞分化的多種生長(zhǎng)因子和激素可以參與Cbfα1的表達(dá)調(diào)控[16-17]，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)是成骨細(xì)胞分化和骨形成最有效的誘導(dǎo)因子[18]。Sheu等[19]認(rèn)為，骨再生需要許多因子之間相互作用，包括BMP、生長(zhǎng)因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。Runx2/Cbfα1轉(zhuǎn)錄因子和BMP-2在體外和體內(nèi)的相互協(xié)同作用刺激成骨細(xì)胞分化，作為對(duì)這個(gè)概念的初步測(cè)試，有人利用腺病毒表達(dá)載體(AdCMV-Runx2和AdCMV-BMP2)在C3H10T1/2的多能干細(xì)胞系中對(duì)BMP2和Runx2基因之間的相互作用進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果表明，在骨生成的過(guò)程中，Runx2和BMP-2具有互補(bǔ)的作用，它們的協(xié)同作用對(duì)最佳骨形成可能是必要的[18-19]。

Cbfα1的表達(dá)和功能可以通過(guò)自身啟動(dòng)子的負(fù)調(diào)控機(jī)制自動(dòng)調(diào)控[19]。在鼠的Cbfα1啟動(dòng)子區(qū)至少有三個(gè)Cbfα1識(shí)別位點(diǎn)，Cbfα1啟動(dòng)子活性通過(guò)Cbfα1蛋白的過(guò)表達(dá)來(lái)下調(diào)，一個(gè) Cbfα1位點(diǎn)就足以抑制轉(zhuǎn)錄，這種自我調(diào)控嚴(yán)格控制Cbfα1的表達(dá)，從而調(diào)控骨相關(guān)基因的表達(dá)和成骨分化[20]。

3 Cbfα1和NONFH之間的關(guān)系

Shinsuke等[8]用動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，Cbfα1轉(zhuǎn)基因病毒載體的基因轉(zhuǎn)染促進(jìn)NONFH骨形成和骨再造。Lin等[21]研究了骨組織的MSC，發(fā)現(xiàn)在成骨細(xì)胞分化中，Cbfα1在其轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起著重要的作用。馬新龍等[22]通過(guò)研究股骨頭壞死大鼠模型證明，Cbfα1在激素性股骨頭壞死中是低表達(dá)的，它通過(guò)抑制成骨細(xì)胞的活性，促進(jìn)骨吸收，導(dǎo)致股骨頭壞死的發(fā)生。Li等[23]將45只兔子隨機(jī)分為三組：一組是空白對(duì)照組(未經(jīng)過(guò)治療)，一組是NONFH對(duì)照組(經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)但未治療的股骨頭缺血性壞死)，一組是MSC移植組(被MSC移植誘導(dǎo)、治療的股骨頭壞死),結(jié)果表明MSC移植組Cbfα1在骨組織的mRNA水平，顯著高于壞死對(duì)照組；此外，Cbfα1在MSC移植組的總蛋白量也顯著高于NONFH對(duì)照組。胡敏等[24]和趙宏斌等[25]分別在股骨頭壞死動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中用藥物上調(diào)Cbfα1，結(jié)果表明Cbfα1在這些動(dòng)物模型中促進(jìn)骨壞死的修復(fù)。

以上股骨頭壞死動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)已證明在正常骨組織中，Cbfα1因子促進(jìn)骨細(xì)胞的分化，修復(fù)骨壞死組織；在股骨頭壞死的發(fā)病機(jī)制中，Cbfα1因子在股骨頭壞死中是低表達(dá)的，對(duì)探索部分股骨頭壞死的發(fā)病機(jī)制有一定意義。

4 小 結(jié)

Cbfα1是一個(gè)促進(jìn)成骨細(xì)胞發(fā)育、分化的特異性很高的轉(zhuǎn)錄因子，對(duì)骨骼正常的發(fā)育起著重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)Cbfα1在人類(lèi)股骨頭壞死發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中所起作用的研究甚少。只有少量的關(guān)于Cbfα1因子的藥物、股骨頭壞死動(dòng)物模型研究，研究課題——人NONFH股骨頭局部Cbfα1表達(dá)的實(shí)驗(yàn)研究就是進(jìn)行人體股骨頭標(biāo)本的Cbfα1的表達(dá)實(shí)驗(yàn)研究，證明NONFH的發(fā)病機(jī)制之一是通過(guò)下調(diào)Cbfα1在NONFH局部區(qū)域的表達(dá)，致使成骨細(xì)胞數(shù)量減少來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為利用藥物上調(diào)Cbfα1在股骨頭壞死股骨頭局部中的表達(dá)，促進(jìn)股骨頭壞死部部分成骨細(xì)胞的分化提供理論依據(jù)。

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