骨膜蛋白與糖脂代謝紊亂的研究進(jìn)展

張莞，宋光耀

(1.河北醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，石家莊 050017； 2.河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，石家莊 050051)

骨膜蛋白首先于1993年在小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞中作為細(xì)胞黏附蛋白被發(fā)現(xiàn)[1]，并命名為成骨細(xì)胞特異性因子-2(osteoblast specific factor-2，OSF-2)。隨后Horiuchi等[2]使用OSF-2結(jié)構(gòu)域的特異性抗體探尋其在小鼠和人類組織中的定位，揭示OSF-2在富含膠原蛋白且能承受機(jī)械應(yīng)力的結(jié)締組織(骨膜、牙周韌帶、心臟瓣膜和肺等)中高表達(dá)，故更名為骨膜蛋白，由骨膜蛋白基因編碼。

骨膜蛋白可由機(jī)體多種組織分泌，但表達(dá)水平不一，其在大多數(shù)健康成年人的組織器官內(nèi)表達(dá)水平較低，但在腫瘤發(fā)生發(fā)展、心肌梗死后、過敏性疾病、炎癥性病變(組織損傷及修復(fù)、纖維化等)中會出現(xiàn)表達(dá)水平上調(diào)的現(xiàn)象[3-5]。Amara等[6]通過骨膜蛋白啟動(dòng)子序列分析(旨在確定轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn))和小干擾RNA敲除等方法進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)處理的HepG2細(xì)胞相比，經(jīng)腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-17活化的細(xì)胞中骨膜蛋白信使RNA(messenger RNA，mRNA)表達(dá)水平出現(xiàn)不同程度的上調(diào)，并且與炎癥因子水平呈劑量依賴性。

骨膜蛋白水平變化與糖脂代謝紊亂密切相關(guān)，并且在非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)和肝纖維化的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。明確骨膜蛋白在不同組織器官中的作用及相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，有助于及時(shí)明確疾病診斷并制訂正確的治療策略?，F(xiàn)就骨膜蛋白與糖脂代謝、NAFLD和肝纖維化之間的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 骨膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

1.1骨膜蛋白的結(jié)構(gòu) 骨膜蛋白是一種分子量為93 300的非結(jié)構(gòu)性基質(zhì)細(xì)胞蛋白，由811個(gè)氨基酸殘基組成，具有多結(jié)構(gòu)域空間結(jié)構(gòu)，其C端為親水結(jié)構(gòu)域，N端由與軸突導(dǎo)向蛋白-1有同源性的四個(gè)內(nèi)部重復(fù)區(qū)組成，與富含半胱氨酸殘基的結(jié)構(gòu)域相鄰，該結(jié)構(gòu)域可與多種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白直接結(jié)合發(fā)揮作用。

1.2骨膜蛋白的功能 作為基質(zhì)細(xì)胞蛋白家族的一員，骨膜蛋白具有支撐細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)、改變細(xì)胞外基質(zhì)的理化特性、調(diào)節(jié)組織機(jī)械強(qiáng)度、平衡組織穩(wěn)態(tài)和適應(yīng)性的功能[7-8]。骨膜蛋白還能調(diào)節(jié)周圍細(xì)胞的生物學(xué)行為，利用與細(xì)胞膜受體相互作用調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖和分化等過程[9]。此外，骨膜蛋白可通過瞬時(shí)上調(diào)自身表達(dá)水平以應(yīng)對靶組織的應(yīng)激或損傷，重塑局部組織微環(huán)境[10]。

在腫瘤性疾病中，骨膜蛋白可通過與整合素受體結(jié)合，激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和黏著斑激酶介導(dǎo)的信號通路，調(diào)節(jié)下游基因，如膠原蛋白、趨化因子和纖維連接蛋白等的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活、血管生成、局部浸潤和侵襲[11]。同時(shí)，骨膜蛋白還可與其他細(xì)胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合，增強(qiáng)Wnt信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)，重塑局部腫瘤組織微環(huán)境，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自我更新和轉(zhuǎn)移性擴(kuò)散[12]。

在骨代謝中，骨膜蛋白可通過其結(jié)構(gòu)域與多種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合：①與結(jié)構(gòu)膠原相互作用，促進(jìn)膠原交聯(lián)和纖維生成；②與骨形態(tài)發(fā)生蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的存活、增殖和分化，從而參與骨骼發(fā)育、骨折修復(fù)、骨質(zhì)重塑等病理生理過程[13]。

2 骨膜蛋白與糖代謝

骨膜蛋白作為一種分泌型蛋白，可通過自分泌或旁分泌的方式參與糖代謝的調(diào)節(jié)。反之，不同個(gè)體間血糖值和胰島素敏感性的差異亦會對骨膜蛋白水平產(chǎn)生影響。

Lu等[14]開展的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，骨膜蛋白基因敲除的db/db小鼠空腹血糖降低且胰島素敏感性改善，隨后經(jīng)野生型小鼠頸靜脈持續(xù)輸注50%葡萄糖溶液1～2 d后小鼠肝組織骨膜蛋白mRNA表達(dá)水平出現(xiàn)顯著而持久的上調(diào)，通過進(jìn)一步研究揭示高糖通過糖類反應(yīng)元件結(jié)合蛋白上調(diào)肝臟骨膜蛋白的表達(dá)水平。Luo等[15]以161例門診患者作為研究對象，將其分為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)組(n=83)和糖耐量正常組(n=78)，再以體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)≥ 25 kg/m2為界點(diǎn)，將兩組分為正常體質(zhì)量亞組和肥胖亞組進(jìn)行分析研究，結(jié)果顯示血清骨膜蛋白水平由高到低依次為T2DM肥胖組、正常糖耐量肥胖組、T2DM正常體質(zhì)量組、正常糖耐量-正常體質(zhì)量組，說明肥胖和糖代謝異常對骨膜蛋白表達(dá)上調(diào)具有累加作用，Pearson相關(guān)分析顯示骨膜蛋白與BMI、腰臀比、空腹血糖、餐后2 h血糖、穩(wěn)態(tài)模型評估的胰島素抵抗指數(shù)(homeostatic model assessment-insulin resistance index，HOMA-IR)呈正相關(guān)，且與HOMA-IR獨(dú)立相關(guān)。劉文文等[16]為研究T2DM患者血清骨膜蛋白水平變化與胰島素抵抗的關(guān)系進(jìn)行的一項(xiàng)病例對照試驗(yàn)所得結(jié)論與Luo等[15]一致。而另一項(xiàng)臨床研究結(jié)果顯示，骨膜蛋白水平僅與腰臀比和HOMA-IR呈正相關(guān)，與BMI、空腹血糖和餐后2 h血糖無相關(guān)性[17]?；诖?，該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為骨膜蛋白水平變化與體型的差異有關(guān)，因其在皮下脂肪和內(nèi)臟脂肪的表達(dá)水平有差異，故單純體重或血糖的變化不能全面解釋骨膜蛋白水平的改變。綜合上述觀點(diǎn)，血清骨膜蛋白水平與胰島素抵抗關(guān)系密切，其可通過影響胰島素抵抗程度參與糖代謝的調(diào)節(jié)和T2DM的發(fā)生、發(fā)展。

另有研究證實(shí)，胰腺局部的骨膜蛋白參與胰島β細(xì)胞增殖修復(fù)[18]。當(dāng)胰腺損傷或發(fā)生癌變時(shí)，釋放的多種細(xì)胞因子激活胰腺星形細(xì)胞，后者產(chǎn)生過量的細(xì)胞外基質(zhì)，繼而分泌大量骨膜蛋白滲入并包裹正常的胰腺實(shí)質(zhì)組織，促使胰腺星形細(xì)胞在胰腺導(dǎo)管復(fù)合物附近增殖聚集，創(chuàng)造適合胰島細(xì)胞增殖的基質(zhì)環(huán)境。Smid等[19]研究發(fā)現(xiàn)，胰腺部分切除術(shù)后，骨膜蛋白編碼基因敲除的小鼠與野生型小鼠相比，胰腺外觀形態(tài)無明顯差異，但其胰島β細(xì)胞的數(shù)目及血清胰島素水平明顯減少。研究人員向野生型小鼠的胰腺中直接注入500 ng重組人骨膜蛋白，1 d后發(fā)現(xiàn)其胰腺組織中具有分泌胰島素功能的胰腺細(xì)胞團(tuán)塊數(shù)量明顯增多，胰島素水平升高，且6個(gè)月后小鼠糖代謝穩(wěn)態(tài)明顯改善，在此過程中未引起小鼠胰腺組織包括癌變在內(nèi)的其他病理變化。以上研究表明，骨膜蛋白在胰腺受損后的胰島β細(xì)胞再生方面發(fā)揮重要作用，盡管如此，重組人骨膜蛋白能否安全有效地用于胰腺病變或胰島功能障礙者尚有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

3 骨膜蛋白與脂代謝

目前研究發(fā)現(xiàn)，血清骨膜蛋白水平與低密度脂蛋白膽固醇無明顯相關(guān)性，但與三酰甘油呈正相關(guān)，與高密度脂蛋白膽固醇呈負(fù)相關(guān)，并與三酰甘油獨(dú)立相關(guān)，提示在對脂代謝的影響中，骨膜蛋白與三酰甘油的關(guān)系更為緊密[15-16]。

正常情況下，三酰甘油通常作為基礎(chǔ)能量來源貯存于脂肪組織中。由脂肪組織合成并釋放的脂肪因子在脂肪細(xì)胞和血液循環(huán)之間的交換通過細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)[20]，因此細(xì)胞外基質(zhì)完整性的破壞是誘發(fā)脂肪組織功能障礙的重要因素，骨膜蛋白則作為由脂肪間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生和分泌的一種細(xì)胞外基質(zhì)組分參與脂肪組織脂代謝紊亂的病理生理過程。Graja等[21]的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，成年C57BL/6J小鼠接受長期高脂飲食喂養(yǎng)、短時(shí)間冷暴露和急性β3腎上腺素能刺激后，小鼠白色脂肪組織中骨膜蛋白表達(dá)水平上調(diào)，而骨膜蛋白基因敲除小鼠的脂肪組織對高脂、寒冷和腎上腺素能刺激的適應(yīng)性受損，脂肪動(dòng)員減少，脂代謝異常，提示骨膜蛋白是調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)與脂肪組織代謝間相互作用的一個(gè)至關(guān)重要的代謝信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子。此外，該項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，在肥胖人群的白色脂肪組織中，骨膜蛋白mRNA表達(dá)水平與研究對象的年齡呈正相關(guān)，而與BMI呈負(fù)相關(guān)，與小鼠模型及正常體重人群的研究結(jié)果相反。上述研究結(jié)果說明，人類白色脂肪中骨膜蛋白表達(dá)水平與年齡及年齡相關(guān)表型之間的關(guān)系由個(gè)體脂肪組織功能、營養(yǎng)狀態(tài)和代謝健康水平等因素綜合決定。Yang等[17]進(jìn)行的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，在超重、肥胖組人群中血清骨膜蛋白水平與三酰甘油呈正相關(guān)，而在正常體重組中兩者無明顯相關(guān)性，進(jìn)一步證實(shí)了機(jī)體的脂肪水平及成分與骨膜蛋白表達(dá)水平關(guān)系密切。

4 骨膜蛋白與NAFLD

肝臟脂肪從合成和脂肪酸攝取增加以及脂肪酸氧化和極低密度脂蛋白膽固醇輸出減少，引起三酰甘油代謝紊亂，肝內(nèi)三酰甘油沉積，繼而發(fā)生肝臟脂肪變性。NAFLD是以三酰甘油在肝內(nèi)異常堆積為特征的一類臨床綜合征，它包括從單純肝臟脂肪變性發(fā)展到NAFLD的整個(gè)過程，后者可進(jìn)展為肝纖維化、肝硬化或肝細(xì)胞癌[22]。

骨膜蛋白參與肝臟脂肪穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，是肥胖性脂肪肝的重要調(diào)控分子。Zhu等[23]的一項(xiàng)病例對照試驗(yàn)研究顯示，NAFLD組人群血清骨膜蛋白水平高于正常對照組，且NAFLD的發(fā)病率隨血清骨膜蛋白水平升高而上升，但骨膜蛋白水平與腹部超聲所示的脂肪肝嚴(yán)重程度不完全平行。Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白與抵抗素和脂聯(lián)素呈顯著負(fù)相關(guān)，與白細(xì)胞介素-6和白細(xì)胞介素-8呈顯著正相關(guān)，提示骨膜蛋白可能是通過調(diào)控炎癥因子和胰島素抵抗在NAFLD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。另有研究表明，雖然超重、肥胖人群的血清骨膜蛋白水平升高與胰島素抵抗和NAFLD發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，但骨膜蛋白在不依賴胰島素抵抗的情況下獨(dú)立增加NAFLD的患病風(fēng)險(xiǎn)(血清骨膜蛋白水平每增加1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，NAFLD的患病風(fēng)險(xiǎn)隨之增加1.75倍)，提示骨膜蛋白可作為一種肝細(xì)胞因子獨(dú)立調(diào)節(jié)肝臟內(nèi)的三酰甘油代謝過程[17]。同時(shí)，Lu等[14]開展的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高脂喂養(yǎng)的小鼠、家族性肥胖小鼠和NAFLD患者肝臟骨膜蛋白mRNA和蛋白表達(dá)水平均顯著上調(diào)，而敲除小鼠骨膜蛋白基因或給予骨膜蛋白中和抗體能顯著改善肥胖小鼠的肝臟脂肪變性和高三酰甘油血癥，進(jìn)一步研究揭示骨膜蛋白可能通過激活JNK信號通路和下調(diào)過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferators-activated receptor α，PPARα)的表達(dá)，使肝臟脂肪酸氧化受阻，引起肝臟脂肪變性和高三酰甘油血癥。PPARα主要通過調(diào)控脂肪酸代謝相關(guān)基因降低血液循環(huán)中三酰甘油和非酯化脂肪酸的水平，間接改善胰島素抵抗，增加胰島素敏感性[24]。此外，PPARα表達(dá)受抑可引起骨膜蛋白等肝細(xì)胞因子的表達(dá)水平上調(diào)，從而加快肝細(xì)胞脂肪樣變進(jìn)展到脂肪性肝炎的速度。雖然PPARα激動(dòng)劑可改善肥胖小鼠模型的肝臟脂肪變性，但其用于NAFLD患者治療的安全性和有效性仍需大規(guī)模的前瞻性臨床試驗(yàn)的驗(yàn)證。綜上所述，骨膜蛋白是超重、肥胖患者NAFLD發(fā)病的獨(dú)立影響因素，但在正常體重組人群中，NAFLD對于血清骨膜蛋白水平無顯著影響。

目前，臨床上尚未研發(fā)出下調(diào)肝臟骨膜蛋白表達(dá)水平，繼而改善肝臟脂肪樣變和脂肪性肝炎的治療藥物。Ali Khan等[25]開展了一項(xiàng)為期16周的前瞻性觀察研究，在肥胖人群中選取77例NAFLD患者，隨機(jī)分組后分別給予單純低熱量飲食或低熱量飲食+奧利司他，結(jié)果顯示，與單純飲食組相比，奧利司他治療組人群NAFLD程度減輕、血清骨膜蛋白水平降低，且奧利司他具有減輕體重，降低三酰甘油、腫瘤壞死因子-α及HOMA-IR的作用，提示這可能是其降低血清骨膜蛋白水平的原因，但奧利司他能否借此改善NAFLD患者肝臟脂肪浸潤程度，仍需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

5 骨膜蛋白與肝纖維化

肝纖維化是慢性肝損傷的常見后果，可視為失控的損傷修復(fù)過程，其特征在于組織結(jié)構(gòu)改變和富含膠原蛋白的細(xì)胞外基質(zhì)沉積，肝移植為晚期肝纖維化患者唯一有效的治療方法，因此研究新型治療藥物和方案對預(yù)防和延緩肝纖維化的發(fā)生發(fā)展十分必要[26]。

慢性脂肪性肝炎進(jìn)展為肝纖維化的過程為：慢性炎癥刺激可導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡，而凋亡的肝細(xì)胞可募集巨噬細(xì)胞使其分泌促纖維化因子以及促炎因子，從而激活肝星狀細(xì)胞，后者分化為成纖維細(xì)胞并產(chǎn)生過量細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，使膠原沉積、纖維形成，繼而引起肝纖維化。Huang等[27]開展的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究首次證實(shí)了骨膜蛋白與肝纖維化密切相關(guān)，該項(xiàng)研究結(jié)果顯示，四氯化碳致肝纖維化組小鼠肝組織中骨膜蛋白mRNA表達(dá)水平較礦物質(zhì)油對照組明顯上調(diào)；與野生型小鼠相比，四氯化碳致肝纖維化組骨膜蛋白基因敲除小鼠肝組織白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子-α、纖連蛋白、Ⅰ型膠原蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子-β表達(dá)水平較低。Li等[28]發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白高表達(dá)于缺乏蛋氨酸-膽堿飲食誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠肝臟內(nèi)，經(jīng)過4周缺乏蛋氨酸-膽堿飲食喂養(yǎng)造模后，與野生型小鼠相比，骨膜蛋白基因缺陷小鼠表現(xiàn)出較低程度的肝脂肪變性、炎癥及纖維化，說明骨膜蛋白與脂肪性肝炎和肝纖維化的進(jìn)展有關(guān)。隨后，Takeda等[29]為研究骨膜蛋白與血管緊張素Ⅱ在肝纖維化發(fā)展過程中的相互作用，對隨機(jī)分配的兩組小鼠分別給予缺乏蛋氨酸-膽堿飲食聯(lián)合以及不聯(lián)合氯沙坦，喂養(yǎng)12周，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)與單純?nèi)狈Φ鞍彼?膽堿飲食喂養(yǎng)組小鼠相比，氯沙坦組小鼠活化的肝星狀細(xì)胞數(shù)目較少、肝纖維化程度較輕，且肝臟骨膜蛋白mRNA表達(dá)水平顯著下調(diào)。Mantovani等[30]對77例絕經(jīng)后T2DM女性的臨床研究顯示，患者肝纖維化而非肝臟脂肪變性的嚴(yán)重程度可引起骨膜蛋白等血清骨轉(zhuǎn)換生物標(biāo)志物水平出現(xiàn)相應(yīng)變化。以上研究結(jié)果提示，可將骨膜蛋白作為肝纖維化的標(biāo)志物預(yù)測其發(fā)生發(fā)展，選擇性拮抗骨膜蛋白則成為抗肝纖維化治療的新策略。

6 小 結(jié)

骨膜蛋白能調(diào)節(jié)糖脂代謝，且作為一種基質(zhì)細(xì)胞蛋白，可通過與膜受體相互作用調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，調(diào)節(jié)下游基因表達(dá)，從而使肝臟脂肪酸氧化受阻，造成肝臟脂肪樣變性，并且促進(jìn)其向NAFLD和肝纖維化進(jìn)展，但臨床上目前尚未研究出可用于治療上述疾病的骨膜蛋白拮抗劑，此外，能否將重組人骨膜蛋白用于胰腺病變或胰島功能障礙的人群亦有待進(jìn)一步臨床研究證實(shí)。特異性骨膜蛋白制劑在代謝性疾病中有廣闊的應(yīng)用前景，對骨膜蛋白的病理生理作用及其作用機(jī)制進(jìn)行廣泛而深入的研究，有助于疾病的早期發(fā)現(xiàn)和正確診治。