維生素D調(diào)控破骨細(xì)胞生命歷程研究進(jìn)展

閔雯嫣 李賽慧 張 闖 馬天洪 顧建紅 *，卞建春 劉學(xué)忠 袁 燕 劉宗平

（1，揚(yáng)州大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院 225009；2，江蘇高校動(dòng)物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心 225009）

骨是一個(gè)不斷更新的動(dòng)態(tài)組織，包含破骨細(xì)胞（Osteoclast，OC），軟骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞（Osteoblast，OB）及骨細(xì)胞等多種細(xì)胞類(lèi)型[1]。OC是一種終末分化的多核細(xì)胞，源于骨髓造血干細(xì)胞，在多種細(xì)胞因子及激素的調(diào)控下分化形成OC前體，進(jìn)一步相互融合形成OC，是機(jī)體內(nèi)唯一具有骨吸收功能的細(xì)胞，對(duì)于維持骨骼穩(wěn)態(tài)具有重要作用。OC數(shù)量及活性的異常與骨代謝相關(guān)疾病的發(fā)生有關(guān)，如佝僂病，軟骨病，骨硬化，骨質(zhì)疏松等。維生素D是一種類(lèi)固醇類(lèi)激素，具有抗佝僂病作用，又稱(chēng)抗佝僂病維生素。維生素D家族成員中最重要的成員是人體皮下儲(chǔ)存的維生素D3（膽鈣化醇）和植物中的維生素D2（麥角鈣化醇）[2]。維生素D2和維生素D3需要在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成具有活性的結(jié)構(gòu)，一般先在肝臟代謝成骨化二醇，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成骨化三醇。維生素D受體（Vitamin D Receptor，VDR）屬于類(lèi)固醇激素甲狀腺激素受體超家族的成員，VDR在其激活配體1，25(OH)2D3的作用下發(fā)揮的生理功能已得到廣泛的研究[3]。維生素D通過(guò)直接或間接的方式參與調(diào)控機(jī)體內(nèi)鈣離子平衡及骨代謝過(guò)程，且維生素D的水平與OC增殖、分化、活化及凋亡等生命歷程的調(diào)控存在密切聯(lián)系，因此，本文針對(duì)目前維生素D參與調(diào)控OC生命歷程的研究進(jìn)行綜述。

1 維生素D對(duì)OC的間接調(diào)控作用

1.1 維生素D通過(guò)M-CSF/c-Fms信號(hào)影響OC增殖

骨髓巨噬細(xì)胞作為OC的前體，受到許多因子的調(diào)節(jié)，包括巨噬細(xì)胞集落刺激因子（Macrophage colony stimulating factor，M-CSF）、 骨保護(hù)素（Osteoprotegerin，OPG）、 核因子 κB受體活化因子配體（Receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）、CD47、合胞素1（Syncytin-1）以及樹(shù)突狀細(xì)胞特異性跨膜蛋白（DC-STAMP）和破骨細(xì)胞-刺激跨膜蛋白（OCSTAMP）這兩種重要的跨膜蛋白[4]。CD47通過(guò)伴侶細(xì)胞膜之間的廣泛接觸來(lái)調(diào)節(jié)OC前體的融合[5]。研究表明，csf1基因突變的op/op和tl/tl小鼠M-CSF功能缺失，OC無(wú)法形成。因?yàn)?，M-CSF與破骨細(xì)胞前體上的受體c-Fms結(jié)合，可使c-Fms細(xì)胞質(zhì)尾部特異性酪氨酸殘基自動(dòng)和反式磷酸化，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞前體的增殖。研究表明，c-Fms細(xì)胞質(zhì)尾部特異性酪氨酸殘基包括Y559，Y697，Y721及Y921，能調(diào)節(jié)OC前體的增殖和存活。磷酸化的Y559激活c-Fms并與c-Src相互作用，形成Y559/c-Src復(fù)合體招募PI3K和c-Cbl復(fù)合體，激活A(yù)kt信號(hào)的同時(shí)也導(dǎo)致c-Fms的泛素化。磷酸化的Y721直接與PI3K相互作用激活A(yù)kt信號(hào)。磷酸化的Y697和Y974與Grb2相互作用激活ERK[6]。因此，M-CSF/c-Fms在骨髓巨噬細(xì)胞增殖成為OC前體細(xì)胞中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。維生素D可以刺激OB、軟骨細(xì)胞產(chǎn)生M-CSF[7，8]，從而使骨髓巨噬細(xì)胞上的c-Fms與M-CSF結(jié)合，促進(jìn)一系列信號(hào)的激活，刺激OC前體的增殖。

1.2 維生素D通過(guò)RANK/RANKL/OPG信號(hào)影響OC分化和活化

當(dāng)骨髓單核巨噬細(xì)胞增殖形成OC前體后，RANKL/RANK信號(hào)促進(jìn)OC前體分化為OC。RANKL和RANK的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子（TNF receptor-associated factor，TRAF）適配蛋白從細(xì)胞質(zhì)中被招募到TRAF結(jié)構(gòu)域，TRAF6是OC形成和發(fā)揮功能最重要的調(diào)節(jié)因子[9]。TRAF6可以調(diào)節(jié)RANKL/RANK信號(hào)下游NF-κB，c-jun氨基末端激酶（c-jun-N-teminal kinase，JNK），ERK，P38，Akt，NFATc1 等基因。NF-κB和c-Fos被RANKL激活，激活的NF-κB和c-Fos可以刺激OC生成早期階段NFATc1的表達(dá)，c-fos屬于即刻早期基因家族，和jun及活化轉(zhuǎn)錄因子共同組成一個(gè)二聚體復(fù)合物，位于細(xì)胞核內(nèi)，是核內(nèi)磷酸化的蛋白。前期體外研究發(fā)現(xiàn)，在破骨細(xì)胞前體RAW264.7細(xì)胞中，添加VDR激活劑1，25(OH)2D3可促進(jìn)OC的形成及骨吸收活性[10]。與此相反，在人外周血來(lái)源的破骨細(xì)胞前體中，VDR激活劑1，25(OH)2D3可以抑制破骨細(xì)胞前體中c-Fos和RANK的表達(dá)，抑制OC的形成與骨吸收功能[11]。這可能與1，25(OH)2D3對(duì)不同來(lái)源破骨細(xì)胞前體的調(diào)控存在差異有關(guān)，RAW264.7細(xì)胞系來(lái)源于Abelson鼠白血病病毒誘導(dǎo)BALB/c小鼠產(chǎn)生腫瘤后得到的細(xì)胞株[12]，而人外周血破骨前體更接近于正常生理狀態(tài)，其具體分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

1.3 維生素D通過(guò)FAS/FASL信號(hào)影響OC凋亡

生理或病理性的細(xì)胞死亡方式通常有3種，細(xì)胞凋亡、自噬及壞死。與細(xì)胞壞死方式相比，細(xì)胞發(fā)生凋亡或自噬時(shí)，細(xì)胞的形態(tài)仍舊保持完整且無(wú)任何炎癥發(fā)生。細(xì)胞凋亡過(guò)程通過(guò)3條主要的信號(hào)通路介導(dǎo)，包括線(xiàn)粒體信號(hào)通路、死亡受體（The death receptor，F(xiàn)as）通路及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)通路。其中參與OC凋亡調(diào)控的主要信號(hào)為線(xiàn)粒體信號(hào)通路及死亡受體Fas信號(hào)通路。大多參與調(diào)控OB或OC分化的細(xì)胞因子及激素也參與調(diào)控其凋亡過(guò)程[13]。研究表明，OB可以通過(guò)FAS/FASL信號(hào)介導(dǎo)OC凋亡。FASL屬于TNF家族的跨膜蛋白，和FAS受體作用是許多細(xì)胞類(lèi)型中的凋亡信號(hào)。在體內(nèi)，OB條件性敲除FASL后，OC數(shù)目增多且活性增強(qiáng)，表明OB產(chǎn)生的FASL對(duì)維持骨代謝是必需的[14]。1，25(OH)2D3和雌激素能夠提升FASL在OB中的表達(dá)，從而間接調(diào)控OC的凋亡。因此，1，25(OH)2D3可以通過(guò)OB中的FAS/FASL信號(hào)通路促進(jìn)OC的凋亡[15-17]。

2 維生素D對(duì)OC的直接調(diào)控作用

維生素D是VDR的激活劑，早期研究發(fā)現(xiàn)，VDR-/-或CYP27B1-/-小鼠分離出的脾細(xì)胞誘導(dǎo)形成的OC數(shù)量與對(duì)照組相比是降低的，而單個(gè)OC的骨吸收活性及其存活時(shí)間卻顯著升高[18，19]。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了VDR參與維生素D對(duì)OC分化及活化的直接調(diào)控作用。近期研究采用成熟OC標(biāo)致蛋白Cathepsin K啟動(dòng)子構(gòu)建了OCVDR或CYP27B1特異性敲除的動(dòng)物模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6周齡的CtskCre/VDR-/-小鼠的骨體積分?jǐn)?shù)下降15%，而CtskCre/Cyp27b1-/-小鼠的骨體積分?jǐn)?shù)無(wú)顯著變化。在CtskCre/VDR-/-小鼠中，成熟的OC敲除VDR導(dǎo)致年輕的小鼠模型及雌激素缺乏的小鼠模型骨量嚴(yán)重丟失，OC的骨吸收活性增加，但OC的數(shù)量沒(méi)有顯著的變化[20]。因此，維生素D對(duì)OC的調(diào)控不僅體現(xiàn)在OC的數(shù)量上，還體現(xiàn)在OC的吸收活性上。

3 維生素D對(duì)OC調(diào)控的雙面性

維生素D作為體內(nèi)鈣磷代謝的調(diào)控因子，對(duì)OC的形成具有雙向調(diào)控作用。體外研究表明，10-9～10-7mol/L的1，25(OH)2D3能促進(jìn)OC形成，而超過(guò)10-7mol/L或低于10-9mol/L時(shí)會(huì)抑制OC的形成。體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，臨床使用的治療骨質(zhì)疏松的藥物艾爾骨化醇，它能抑制體內(nèi)OC的形成。由此可見(jiàn)，不同濃度的1，25(OH)2D3及在體內(nèi)或體外應(yīng)用產(chǎn)生的結(jié)果不一致。這可能是由于維生素D通過(guò)調(diào)控OB，骨細(xì)胞RANKL/OPG的比值對(duì)OC的形成和骨吸收功能發(fā)揮間接調(diào)控作用。此外，長(zhǎng)期使用維生素D抑制OC的骨吸收可能是由于抑制了甲狀旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）的產(chǎn)生。VDR調(diào)節(jié) RANKL、OPG的表達(dá)似乎是受到維生素D、PTH、FGF23等因素的共同作用[21]。

4 展望

目前對(duì)于骨組織中表達(dá)VDR的細(xì)胞類(lèi)型尚未完全闡明，1，25(OH)2D3能促進(jìn)VDR基因轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)，而VDR參與調(diào)控多個(gè)系統(tǒng)及細(xì)胞的功能。小腸和腎臟中的VDR通過(guò)調(diào)節(jié)鈣磷的重吸收來(lái)間接影響骨代謝過(guò)程，骨組織中的VDR通過(guò)參與調(diào)控骨細(xì)胞（OB、OC及軟骨細(xì)胞）分化和OC骨吸收而參與骨重建過(guò)程。維生素D對(duì)OC的調(diào)控，不是單一的作用途徑和方式，它受到各種骨細(xì)胞及信號(hào)的共同調(diào)節(jié)，從而調(diào)控OC的增殖、分化和凋亡等生命歷程。維生素D使用濃度及方式的不同發(fā)揮著不同的作用。因此，進(jìn)一步研究維生素D在體內(nèi)調(diào)控骨細(xì)胞的分子和細(xì)胞機(jī)制，可以為治療骨代謝疾?。ü琴|(zhì)疏松癥，類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，牙周炎）的研究提供臨床理論依據(jù)。