破骨細(xì)胞活性及其調(diào)節(jié)因子的研究進(jìn)展

張 猛，牛澤鋒，王翠杰，尹 飛

吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院骨科，吉林 130033

骨質(zhì)疏松癥是一類非特異性的全身骨代謝障礙性疾病，病理特點是骨量減少、骨再生不足、骨脆性增加［1］，大大增加了骨折的風(fēng)險［2］。骨的形成和維持就是成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞不斷塑形和修復(fù)的過程，二者的不平衡可導(dǎo)致骨量的丟失［3-4］。破骨細(xì)胞來源于造血干細(xì)胞，是一種和單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞，與骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞相互作用進(jìn)行正常的骨轉(zhuǎn)換［5-6］。破骨細(xì)胞前體細(xì)胞向成熟破骨細(xì)胞分化取決于核因子受體活化因子配體（RANKL）的存在，RANKL是腫瘤壞死因子（TNF）家族成員，還取決于粒單系集落刺激因子、核因子受體活化因子（RANK）、CD14及CD11b等［7］。其中RANK廣泛的在成骨細(xì)胞、骨髓基質(zhì)細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞中表達(dá)，它能激活破骨細(xì)胞上的RANKL受體。當(dāng)RANKL和RANK相結(jié)合后，一些關(guān)鍵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子和酶增加，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化、增生、多核化、激活、生存［8］。降低破骨細(xì)胞的活性和成熟性已經(jīng)成為治療骨質(zhì)疏松癥的方法［9］，所以血清學(xué)測定骨吸收標(biāo)志物評價破骨細(xì)胞活性對治療骨質(zhì)疏松癥有重要的意義。

1　破骨細(xì)胞活性及其調(diào)節(jié)因子的生化標(biāo)志物

1.1　Ⅰ型膠原交聯(lián)C末端肽（CTX）及Ⅰ型膠原交聯(lián)N末端肽（NTX）

CTX來源于Ⅰ型膠原C末端的8-氨基酸片段，是由組織蛋白酶K降解Ⅰ型膠原C末端產(chǎn)生的，能間接反映破骨細(xì)胞吸收能力。血清中測定CTX比尿液中測定CTX更加實用、方便，它不需要測定尿中的肌酐，廣泛用于臨床實驗室，血清中CTX的短期和長期變異性比尿液中的CTX低約2倍。Weitzmann等［10］在研究活性二氧化硅晶體對破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的影響的實驗過程中發(fā)現(xiàn)血清CTX與骨密度測定、微型計算機(jī)斷層掃描的測量結(jié)果基本吻合。測血清中的CTX需要受試者清晨禁食，因為食物能降低血清中的CTX水平，增加它的變異性［11］。NTX是由組織蛋白酶K降解Ⅰ型膠原N-末端產(chǎn)生的，也能間接反映破骨細(xì)胞吸收的能力。臨床測定血液、尿液中的NTX與CTX的方法基本相似。CostaL等［12］發(fā)現(xiàn)NTX的濃度能較好地反映體內(nèi)骨代謝的狀況，在預(yù)測骨量丟失趨勢方面具有重要價值。

1.2　吡啶酚/脫氧吡啶酚（PYD/DPD）

PYD/DPD是在Ⅰ型膠原降解產(chǎn)物，廣泛分布在骨骼的Ⅰ型膠原以及軟骨的Ⅱ型膠原中。PYD/DPD是骨膠原的重要組成成分，在骨膠原合成過程中參與膠原分子間的交叉連接，使分子間形成穩(wěn)定的共價交聯(lián)，骨吸收時，骨膠原分子蛋白水解，釋放出游離態(tài)PYD/DPD進(jìn)入血液，并以原形從腎臟排出，因此尿液中PYD/DPD主要來源于骨吸收，測定尿液中PYD/DPD的含量可以反映人體骨吸收活動的程度［13］。Ardawi等［14］在番茄紅素治療骨質(zhì)疏松癥的研究中發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)疏松癥模型中尿液中的DPD濃度顯著增加，抗骨質(zhì)疏松治療后DPD濃度顯著降低。

1.3　抗酒石酸酸性磷酸酶（TRACP）

TRACP是成熟破骨細(xì)胞、活化巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞共同作用產(chǎn)生的一種糖蛋白，TRACP的肽鏈被蛋白酶分解成5a和5b 2個亞型，是反映破骨細(xì)胞活性和骨吸收狀態(tài)的特異性指標(biāo)［15］。有研究表明抗骨吸收治療能減少TRACP分泌入血［16］。Diepenhorst等［17］研究發(fā)現(xiàn)TRACP與破骨細(xì)胞活性有很大的正相關(guān)性。Hallen等［18］研究發(fā)現(xiàn)女性在絕經(jīng)期后血清TRACP 5b水平有所升高；骨質(zhì)疏松患者 TRACP 5b含量會也顯著增加。血清TRACP 5b水平是一個較好的骨吸收檢測指標(biāo)，TRACP 5b濃度對抗骨質(zhì)疏松藥物療效進(jìn)行很好地評價。

1.4　組織蛋白酶 K（CatK）

CatK是破骨細(xì)胞中表達(dá)量最高、溶骨活性最強(qiáng)的一種半胱氨酸蛋白酶，是骨吸收過程中的一個關(guān)鍵酶，由大約12.1 kb的單基因編碼，結(jié)構(gòu)上和CatL、CatS相似［19-20］。Verbov?ek等［21］在研究癌癥導(dǎo)致的溶骨性骨轉(zhuǎn)移的過程中發(fā)現(xiàn)，血清CatK的水平和骨吸收的能力有相關(guān)性。Duque等［22］研究發(fā)現(xiàn)敲除組織蛋白酶的小鼠與人類缺乏CatK所致的致密性成骨不全癥的表現(xiàn)相同，骨吸收作用受到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致骨硬化癥。此外，從CatK缺乏小鼠獲得的離體破骨細(xì)胞不能形成骨吸收陷窩，CatK缺乏小鼠的骨表型顯示其他組織蛋白酶的代償或上調(diào)機(jī)制不完善，這可能與CatK作為骨吸收作用的優(yōu)勢效應(yīng)物有關(guān)。CatK可成為一個潛在的治療骨質(zhì)疏松癥的藥物靶點。組織蛋白酶抑制劑已經(jīng)作為抗骨吸收的藥物進(jìn)入臨床藥物試驗［23］。目前奧當(dāng)卡替作為一個比較安全和理想的組織蛋白酶抑制劑已經(jīng)進(jìn)入臨床三期試驗［24］。

1.5　小核糖核酸（miRNA）

miRNA存在于動物、植物、病毒內(nèi)，是一類長度約為22個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，在核糖核酸沉默機(jī)制和基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)中起作用［25］。Xie等［26］報道m(xù)iRAN通過調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化和成熟活性來調(diào)節(jié)骨代謝。Seeliger等［27］發(fā)現(xiàn)血清中miR-21、miR-23a、miR-24、miR-93、miR-100、miR-122a、miR-124a、miR-125b和miR-148a的水平在骨質(zhì)疏松癥人群中比非骨質(zhì)疏松癥人群高。miRNA的具體血清學(xué)測定還待進(jìn)一步探索。Wange等［28］報道m(xù)iR-21能促進(jìn)骨的產(chǎn)生，這為臨床抗骨質(zhì)疏松又提供了一種思路。

2　破骨細(xì)胞分化主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中細(xì)胞因子對破骨細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)

2.1　核因子受體活化因子配體/核因子受體活化因子/骨保護(hù)素（RANKL/RANK/OPG）系統(tǒng)

RANKL、RANK、OPG都屬 TNF成員。RANK在體內(nèi)主要表達(dá)于單核和巨噬細(xì)胞系，RANKL、OPG在體內(nèi)主要是由成骨細(xì)胞產(chǎn)生［29-30］。RANKL刺激破骨細(xì)胞的分化和活性，抑制破骨細(xì)胞的凋亡，是破骨細(xì)胞增殖分化和活化的關(guān)鍵調(diào)控因子，當(dāng)RANK和RANKL結(jié)合在一起時，激活相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄因子，骨的重建就開始了［31-32］。血清RANKL的濃度與骨吸收的程度呈正相關(guān)，能衡量破骨細(xì)胞活性［33］。Li等［34］在研究黃腐酚的抗骨吸收的過程中發(fā)現(xiàn)注射RANKL能抑制破骨細(xì)胞的活性。OPG與RANK競爭RANKL，共同調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的活性，測量血清OPG的濃度可預(yù)測破骨細(xì)胞的活性［35-36］。因此，RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)在破骨細(xì)胞形成過程中具有關(guān)鍵作用，該信號系統(tǒng)可作為破骨細(xì)胞中的潛在藥物靶點，RANKL的抑制劑已經(jīng)作為抗骨質(zhì)疏松藥物進(jìn)入臨床使用。

2.2　巨噬細(xì)胞集落刺激因子（M-CSF）

M-CSF是一種同型二聚體糖蛋白，可由成骨細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞分泌合成，M-CSF通過一系列的基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化。M-CSF還可以促進(jìn)RANKL與破骨細(xì)胞表面的RANK相結(jié)合，提高RANK對RANKL的敏感性，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化［37］。生長因子受體結(jié)合蛋白2（Grb2）、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶-1（ERK-1）、ERK-2和p38絲裂原活化蛋白激酶在破骨細(xì)胞的分化中也有重要作用［38-39］。

2.3　免疫受體絡(luò)氨酸活化基序（ITAM）

ITAM中Fc受 體γ亞單 位（FcRγ）和DNA X-激活蛋白（DAP）12是ITAM的2個重要的調(diào)節(jié)分子，對破骨細(xì)胞分化形成有不可替代的作用。Koga等［40］的研究表明FcRγ和DAP12基因缺陷小鼠的破骨細(xì)胞活性降低。

參與破骨細(xì)胞分化成熟的細(xì)胞因子彼此緊密協(xié)調(diào)來影響破骨細(xì)胞分化，它們之間存在著各種偶聯(lián)機(jī)制。通過對OPG/RANKL/RANK信號系統(tǒng)的干預(yù)，可以延緩骨吸收達(dá)到預(yù)防及治療骨溶解的作用。

3　展　望

在過去幾十年，骨質(zhì)疏松癥的病理機(jī)制已經(jīng)從組織、細(xì)胞、分子水平被認(rèn)識。在許多的前瞻性研究中，骨吸收的生化標(biāo)志物已經(jīng)被證實和椎體骨折和非椎體骨折有關(guān)系，可用來檢測抗骨質(zhì)疏松藥物的藥效，預(yù)測骨量的變化，幫助患者選擇治療等。但是對于具體的患者應(yīng)用這些標(biāo)志物來預(yù)測其骨折風(fēng)險的意義還不是很確定，要和其他重要的評價標(biāo)準(zhǔn)一起應(yīng)用，如骨密度的測定。

上述骨吸收標(biāo)志物中CTX、TRACP-5、CatK的應(yīng)用最廣泛，如果能定量或定性測定血清中這3種物質(zhì)的濃度，就能定量地預(yù)測破骨細(xì)胞活性，那么其對骨質(zhì)疏松癥的治療將更有價值。NTX、PYD/DPD在研究中作為輔助評價破骨細(xì)胞吸收活性的標(biāo)志物，應(yīng)用比較少。在破骨細(xì)胞分化主要信號通路上，拮抗RANKL活性的生物制劑已進(jìn)入臨床試驗階段，前景很好，但仍需進(jìn)一步臨床試驗證明。ERK1、ERK2、p38絲裂原活化蛋白激酶、M-CSF和Fc受體等是從基因轉(zhuǎn)錄水平上研究破骨細(xì)胞活性，血清學(xué)測定這些細(xì)胞因子仍需大量的基礎(chǔ)實驗來證實。miRNA是新發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞活性的因子，處于不成熟的研究階段，如果能明確其與破骨細(xì)胞活性的關(guān)系，可能會為治療骨質(zhì)疏松癥提供另外的思路?？傊?，破骨細(xì)胞活性的測定仍需更多的臨床試驗研究，若能從上述生化標(biāo)志物或其他新的標(biāo)志物定量測定破骨細(xì)胞活性，將對骨質(zhì)疏松癥的預(yù)防和治療提供更加簡便的方法。