骨質(zhì)疏松與動脈粥樣硬化：基于Ox-LDL的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用

陳彩玲，吳 鐵，楊亞軍，崔 燎,2

(廣東醫(yī)科大學(xué) 1.藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，2.廣東天然藥物研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524023)

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)和骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是常見的老年性疾病，流行病學(xué)研究證明兩者之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，存在共同的影響因素[1]。隨著研究的深入，表明血脂代謝異常與骨質(zhì)疏松有關(guān)[2-3]。作為動脈粥樣硬化的主要發(fā)病機(jī)制，氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，Ox-LDL)與老年心腦血管疾病關(guān)系密切。近年來的研究表明，Ox-LDL與老年性骨質(zhì)疏松亦存在關(guān)聯(lián)：Ox-LDL對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞均有影響，少數(shù)研究表明其抑制骨髓細(xì)胞成骨分化[4]，但對破骨細(xì)胞具體作用觀點(diǎn)不一，報(bào)道未詳[5-6]。目前對成骨細(xì)胞的作用多見報(bào)道。本文綜述近年來Ox-LDL對成骨細(xì)胞的研究，為通過調(diào)控Ox-LDL信號途徑從而尋找新作用靶點(diǎn)藥物研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為深入探討AS和OP關(guān)系提供理論依據(jù)。

1 動脈粥樣硬化與骨質(zhì)疏松的臨床流行病學(xué)

動脈粥樣硬化與骨質(zhì)疏松是老年人常見疾病。骨密度降低與心血管疾病存在著顯著的負(fù)相關(guān)性[7]，骨密度低的絕經(jīng)婦女發(fā)生冠狀動脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)更高[8]。此外，骨質(zhì)疏松性骨折的風(fēng)險(xiǎn)增加與血管功能障礙和血管結(jié)構(gòu)異常有關(guān)[9]，骨密度與頸動脈內(nèi)膜中層厚度呈負(fù)相關(guān)[10]，冠狀動脈微血管內(nèi)皮功能障礙是絕經(jīng)婦女骨質(zhì)疏松癥發(fā)展的獨(dú)立預(yù)測因子[11]。骨質(zhì)疏松人群較非骨質(zhì)疏松人群更易發(fā)生動脈粥樣硬化病變[12]，為此嘗試著去尋找它們共同的危險(xiǎn)因素及其發(fā)病機(jī)理極其重要。

2 Ox-LDL對動脈粥樣硬化的影響

AS是指一組以動脈壁增厚、變硬和彈性減退為特征的動脈疾病。高脂血癥被認(rèn)為是其主要危險(xiǎn)因素。載脂蛋白是低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)的一種成分，可介導(dǎo)與LDL受體的結(jié)合，LDL受體或APOE的缺失破壞了脂蛋白的清除，則LDL在內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)中積累，并通過活性氧、過氧化物酶和脂氧合酶進(jìn)行氧化修飾形成Ox-LDL。Ox-LDL是一種公認(rèn)的AS前體顆粒，Ox-LDL結(jié)合清除內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上的清道夫受體(scavenger receptor，SR)和Toll 樣受體(Toll-like receptor,TLR)，刺激細(xì)胞因子的產(chǎn)生并激活額外的巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞，活化的巨噬細(xì)胞積聚Ox-LDL成為含脂的“泡沫”細(xì)胞，與平滑肌細(xì)胞一起，開始形成鈣化的動脈粥樣硬化斑塊[13]。因此，Ox-LDL是引起AS的關(guān)鍵因素。

3 Ox-LDL對成骨細(xì)胞的影響

骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量低下，骨微結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致骨脆性增加，易發(fā)生骨折為特征的全身性代謝性骨病。骨是一個(gè)活躍的不斷重塑的組織，涉及由成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成和由破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收之間的平衡。氧化脂質(zhì)的生物活性在血管系統(tǒng)和平滑肌細(xì)胞中得到公認(rèn)，近年來，有研究發(fā)現(xiàn)其對骨和成骨細(xì)胞亦有影響。Ox-LDL在動脈粥樣硬化和骨質(zhì)疏松之間起著重要作用，但究其對骨的作用機(jī)制尚極少有人闡述清楚。

3.1 過氧化物酶體增殖激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors γ,PPARγ)PPARγ特異表達(dá)于脂肪組織，在脂肪形成過程中，PPARγ是脂肪細(xì)胞的必需因子。Ox-LDL為PPARγ的天然配體，Ox-LDL能夠產(chǎn)生氧自由基，而氧自由基能破壞骨髓細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致骨吸收增加，骨形成減少。研究表明，不同濃度的PPARγ內(nèi)源性配體Ox-LDL干預(yù)大鼠成骨細(xì)胞后，Ox-LDL呈劑量依賴性下調(diào)成骨細(xì)胞RANKL、ALP、OPG mRNA的表達(dá)水平，同時(shí)上調(diào)PPARγ、 RANK、TRAP mRNA的表達(dá)水平。結(jié)果提示，Ox-LDL能激活PPARγ轉(zhuǎn)錄活性，抑制成骨細(xì)胞分化[4]。配體激活PPARγ轉(zhuǎn)錄活性對破骨細(xì)胞分化及活性的影響目前仍有爭議，值得進(jìn)一步研究。

3.2 Wnt信號通路Wnt是一類分泌型糖蛋白，經(jīng)相關(guān)信號通路把信號轉(zhuǎn)到細(xì)胞核，阻斷β-catenin降解，并經(jīng)轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF介導(dǎo),促進(jìn)靶細(xì)胞增殖、分化。Wnt信號通路活化，能促進(jìn)骨髓干細(xì)胞形成成骨細(xì)胞，促進(jìn)成骨細(xì)胞生長、增殖。氧化應(yīng)激引起脂質(zhì)氧化，促進(jìn)IL-1、IL-6、TNF等炎癥因子轉(zhuǎn)錄水平增加，使得Cx43、Wisp1等 Wnt相關(guān)蛋白降低，成骨前Wnt配體Wnt6、Wnt10b減少，引起骨丟失[14]。Ox-LDL可能通過激活PPARγ[4]，促進(jìn)MSC轉(zhuǎn)向脂肪細(xì)胞的分化，抑制Wnt信號，而減弱β-catenin / TCF/LEF轉(zhuǎn)錄。因此，脂質(zhì)氧化抑制Wnt信號通路，使得MSC的成骨細(xì)胞分化減弱，成骨細(xì)胞減少，引起骨質(zhì)疏松。

Fig 1 Ox-LDL ascommon pathogenesis of AS and OP

3.3 無機(jī)磷酸鹽(Pi)信號通路Pi是骨吸收過程中釋放的信號因子，通過ERK和PKC激酶誘導(dǎo)OPN基因的表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞礦化。氧化應(yīng)激作用抑制成骨細(xì)胞的Pi信號傳導(dǎo)和Pi誘導(dǎo)的礦化。Ox-LDL通過ERK/JNK和AP1/CREB損害Pi信號,下調(diào)成骨細(xì)胞特異性基因的表達(dá)，如Cbfa1/Runx2、OPN和RANKL。因此，Ox-LDL抑制Pi信號通路，減少成骨細(xì)胞礦化，在骨中形成負(fù)面作用[15]，

3.4 sirt1和runx2Sirt1(NAD-依賴性乙?；竤irtuin-1)是人類基因組中由Sirt1基因編碼的蛋白，其功能是蛋白質(zhì)上的去乙?；，F(xiàn)已證明在調(diào)控成骨細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞分化中也起著關(guān)鍵作用。Runx2是一種早期的轉(zhuǎn)錄因子，附著在DNA的特定區(qū)域，啟動成骨譜系的轉(zhuǎn)錄程序，參與了骨細(xì)胞的發(fā)育。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchyml stem cell，BMSC)長期暴露于Ox-LDL可降低sirt1和runx2的表達(dá)，Ox-LDL對Apoe-/-小鼠成骨分化過程中，誘導(dǎo)sirt1表達(dá)成時(shí)間依賴性下降[16]。不同濃度Ox-LDL對成骨細(xì)胞的影響不一樣，低濃度的Ox-LDL誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的增殖[17]，高濃度的Ox-LDL對細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用，這可能是Ox-LDL誘導(dǎo)的激素樣效應(yīng)特征[18]。所以，Ox-LDL對成骨細(xì)胞的影響與濃度和時(shí)間有關(guān)，但具體的濃度和時(shí)間下Ox-LDL是如何降低sirt1和runx2表達(dá)的，還未見報(bào)道。

3.5 RANKL信號通路氧化應(yīng)激參與RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化[19]，在小鼠中，Ox-LDL抑制Pi誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞分化和礦化的同時(shí)增強(qiáng)RANKL誘導(dǎo)的ROS生成，對RANKL下游信號ERK、p38、JNK 激酶和NFkappaB、 NFAT轉(zhuǎn)錄因子傳導(dǎo)起到抑制作用，降低RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞前體分化[20]。在人成骨細(xì)胞中， Cu2+-Ox-LDL通過信號通路ERK、NFkappaB和NFAT的參與，增強(qiáng)人成骨細(xì)胞樣細(xì)胞中RANKL的表達(dá)，其氧化脂質(zhì)的部分調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的骨重建之間的關(guān)系[21]。Ox-LDL通過RANKL信號通路對破骨細(xì)胞的作用還存在爭議，有待考究。

3.6 氧化特異性表位氧化特異性表位是脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生高反應(yīng)性降解的產(chǎn)物，如Ox-LDL，與蛋白質(zhì)和其他脂質(zhì)上的氨基反應(yīng)形成物質(zhì)的統(tǒng)稱，其可與細(xì)胞上的SRs和TLRs結(jié)合，刺激細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子。在成骨細(xì)胞中，破骨細(xì)胞和骨髓巨噬細(xì)胞存在SRs和TLRs，增加了氧化特異性表位的生理或病理生成，影響骨穩(wěn)態(tài)的可能性[22]。E06單鏈抗體和IK17單鏈抗體可分別阻斷PC-OXPL和MDA的作用，降低Ox-LDL的促炎活性，抑制骨丟失[23]。

有趣的是，眾所周知，血管鈣化可能是HDL在動脈壁作用的一個(gè)靶點(diǎn)。相關(guān)研究表明，HDL對成骨細(xì)胞的作用與Ox-LDL相反，HDL調(diào)節(jié)血管細(xì)胞的成骨細(xì)胞分化和鈣化[5]，阻斷Ox-LDL與成骨細(xì)胞的聯(lián)系，抑制Ox-LDL誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞凋亡[24]，逆轉(zhuǎn)Ox-LDL對成骨細(xì)胞的破壞。 HDL可以通過直接抑制血管細(xì)胞的成骨分化來調(diào)節(jié)血管鈣化，對此機(jī)制尚未清楚。

4 動脈粥樣硬化與骨質(zhì)疏松的共同治療

目前心血管疾病和骨質(zhì)疏松癥都是廣泛流行的疾病，臨床上已將骨測量與動脈粥樣硬化相關(guān)的測量聯(lián)系起來[25]，并表明他汀類藥物(一種用于預(yù)防心血管疾病的降膽固醇藥物)有利于改善患者骨密度水平[26]，骨質(zhì)疏松癥和他汀類藥物治療之間的聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。丹參一直以來都是作為典型的治療心血管疾病的藥物，具有活血化瘀，疏通血管的藥理作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，丹參有效成分在治療骨質(zhì)疏松上有一定的療效,闡述了脂溶性丹參醇通過KLF15 /PPARγ2/ FoxO3a/Wnt途徑抑制脂肪形成而減輕受損的骨形成[27]，水溶性丹參素、丹酚酸B可以顯著減輕地塞米松處理的大鼠骨組織有害氧化變化和氧化應(yīng)激[28-29]，這提示我們可以通過抗脂質(zhì)過氧化治療骨質(zhì)疏松和心血管疾病，這為治療動脈粥樣硬化和骨質(zhì)疏松提供了統(tǒng)一途徑。

5 總結(jié)與展望

隨著年齡的增長以及生活方式的改變，血脂代謝異常、相關(guān)炎癥因子等因素引起的心血管疾病和老年性疾病存在密切聯(lián)系。近年來，隨著對老年性疾病的不斷研究，發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激在老年性相關(guān)疾病中發(fā)揮主要作用[30]。因此，尋找引起動脈粥樣硬化和骨質(zhì)疏松癥之間的轉(zhuǎn)導(dǎo)因素，有望成為治療動脈粥樣硬化伴隨骨質(zhì)疏松癥的新靶點(diǎn)。