基質(zhì)細胞蛋白CCN1/CYR61 在骨再生中的作用

王 菲（綜述）， 王佐林（審校）

（上海牙組織修復(fù)與再生工程技術(shù)研究中心，同濟大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，同濟大學(xué)附屬口腔醫(yī)院口腔種植科，上海 200072）

骨再生是由多種細胞參與的精細調(diào)控過程，其中，全身激素變化、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、血管形成、局部機械力（包括牙齒移動）、生長因子及細胞因子均可對該生理或病理過程產(chǎn)生影響[1-4]。 該過程涉及許多細胞類型及多種細胞內(nèi)和細胞外的分子信號通路，并具有確定的時間和空間順序，以實現(xiàn)具有特定結(jié)構(gòu)的骨骼再生及恢復(fù)骨骼肌功能。 CCN1/CYR61（cellular communication network factor 1/cysteine-rich protein 61）是基質(zhì)細胞蛋白CCN 家族中的一員，最初在血清刺激后的小鼠成纖維細胞中鑒定發(fā)現(xiàn)[5]。CCN1 是由生長因子誘導(dǎo)的即刻早期基因編碼的富含半胱氨酸的分泌型基質(zhì)蛋白，其相對分子質(zhì)量為42 000，在骨骼、心臟、肝臟、腎臟、胰腺、肺和胚胎等多種組織中均有表達[6]。 研究表明，CCN1 在心血管發(fā)育炎癥、 損傷修復(fù)和癌癥進展中起著關(guān)鍵性作用， 它存在于細胞外基質(zhì)中， 激活與細胞增殖、分化、衰老、凋亡、黏附及細胞外基質(zhì)合成相關(guān)的信號途徑。本文就CCN1/CYR61 在骨再生所涉及的各種生理活動中作用的研究進展作一綜述。

1 CCN1 對骨再生相關(guān)細胞的調(diào)控

現(xiàn)有研究表明，CCN 家族的6 個成員在調(diào)節(jié)骨內(nèi)微環(huán)境的常駐細胞及脊椎動物發(fā)育中的骨生成、軟骨生成、血管生成等生理過程中，都有著重要作用，可影響骨組織的形成和重塑，增加骨量，維持新生骨組織的穩(wěn)定性[7]。CCN1 在正常的成熟皮質(zhì)骨和骨小梁中均有表達，且在骨襯里細胞、立方狀的成骨細胞、 骨小梁和皮質(zhì)骨內(nèi)的骨細胞中， 均可見CCN1 的表達[4]。 在骨組織的整個修復(fù)階段，尤其是在纖維組織和骨膜中， 以及在增殖的軟骨細胞、成骨細胞和未成熟的骨細胞中，也可檢測到CCN1 高水平的蛋白表達[8]。 在山羊骨折模型中，CCN1 蛋白的表達在骨折愈合的早期（2 周時）上調(diào)，并隨著愈合時間的延長而降低，而骨折斷端固定穩(wěn)定性的降低會導(dǎo)致CCN1 蛋白表達下調(diào)及血管形成的減少，從而減緩愈合速度[9]。

1.1 CCN1 對成骨細胞的調(diào)控

CCN1 對成骨細胞的增殖、遷移、分化有促進作用，是骨形成中重要的信號分子。 Schutze 等[10]首次對人類基因hCCN1 的調(diào)控做出報道，在原代人成骨細胞和骨肉瘤細胞系中均可見CCN1 的表達，且1,25-（OH）2維生素 D3（1,25-（OH）2D3）、成纖維細胞生長因子、表皮生長因子、腫瘤壞死因子α、抑癌蛋白M 及促炎因子白細胞介素6、 白細胞介素1β 可上調(diào)CCN1 在成骨細胞中的表達[11]。hCYR61 可從成骨細胞中分泌至細胞外， 獨立發(fā)揮信號肽的作用，可有效促進成骨細胞的增殖、遷移和分化[12]。

CCN1 是 Wnt/β-catenin 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的直接靶標(biāo)，同時，CCN1 也可以在其上游發(fā)揮作用，正向或負向調(diào)節(jié)Wnt 信號。 CCN1 在 Wnt3A 刺激的早期被上調(diào)，其在Wnt3A 誘導(dǎo)的早期成骨細胞分化中發(fā)揮重要作用[13]。 CCN1 也可通過 αvβ3/ILK/ERK 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，上調(diào)BMP-2 的表達，促進成骨細胞的增殖、遷移及分化[14]。

1.2 CCN1 對軟骨細胞的調(diào)控

CCN1 對胚胎軟骨的正常生長、 分化及形態(tài)發(fā)生有重要作用，是軟骨發(fā)育和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)過程中促進軟骨細胞成熟的重要調(diào)節(jié)劑。 CCN1 存在于軟骨形成過程中的胚胎間充質(zhì)層，促進軟骨形成，且重組CCN1 蛋白可有效促進細胞與細胞間的聚集及軟骨細胞的分化[15]。 CCN1 可作為 Wnt/β-Catenin 信號通路的下游靶標(biāo)基因，促進其在原代胸骨軟骨細胞及在軟骨中的表達。在骨骼發(fā)育的后期階段，CCN1 在生長板的肥大軟骨中高表達，半月板/韌帶損傷后也可觀察到軟骨中CCN1 表達的增加[9]。

1.3 CCN1 對破骨細胞的調(diào)控

CCN1 對破骨細胞有負向調(diào)控作用。 在CCN1骨特異性敲除小鼠中，可觀察到破骨細胞的數(shù)量增加， 同時伴隨著RANKL mRNA 表達的明顯升高和OPG mRNA 表達的顯著降低[4]。體外試驗中，在破骨細胞與巨噬細胞內(nèi)沒有檢測到CCN1 的表達，且CCN1 不影響成熟破骨細胞行使骨吸收的功能，然而，它會抑制破骨細胞的增殖與分化，且這種影響不依賴于 αvβ3 和 αvβ5 整聯(lián)蛋白和 RANK 信號通路，其具體機制目前尚不清楚[16]。

1.4 CCN1 對間充質(zhì)干細胞的調(diào)控

間充質(zhì)干細胞的分化遷移是成骨生理過程中的重要環(huán)節(jié)，CCN1 可促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖、遷移和分化[17]。 CCN1 在體外也可促進人類扁桃體間充質(zhì)干細胞向成骨細胞方向分化[18]。 然而其具體作用機制及其在體內(nèi)環(huán)境下對間充質(zhì)干細胞的調(diào)控有待進一步探究。

2 CCN1 對血管生成的作用

CCN1 是血管生成的重要調(diào)節(jié)劑， 在體外和體內(nèi)均有促進血管生成的作用，可調(diào)節(jié)胎盤中的血管分叉和胚胎中的大血管完整性[19]。 血管的生成需經(jīng)歷一系列生物學(xué)過程，包括內(nèi)皮細胞遷移、增殖、不成熟毛細血管的生成，血管內(nèi)壁細胞的募集、基底膜的生成，最終形成具有功能的血管[20]。 CCN1 骨特異性敲除小鼠中，也可觀察到血管數(shù)量的減少及血管內(nèi)皮生長因子A 表達的降低[4]。

CCN1 作為促血管生成調(diào)節(jié)劑， 可在缺氧條件下啟動轉(zhuǎn)錄。 CCN1 可以募集CD34+祖細胞并促進其增殖、遷移及分化，通過整合素 αvβ3、α6β1 受體促進人類微血管內(nèi)皮細胞黏附、增殖、遷移、存活和血管生成，實現(xiàn)血管再生。CCN1 可通過與整合素受體αvβ3 結(jié)合調(diào)控血管生成因子的表達[17]，研究表明，血管生成因子也可促進成骨細胞表達CCN1，成骨細胞表達的CCN1 可誘導(dǎo)毛細血管萌發(fā)， 促進體內(nèi)血管生成，促進骨折愈合。 由此可見，CCN1 可通過促進血管生成間接促進骨再生與骨愈合。

3 CCN1 在炎癥反應(yīng)過程中的作用

炎癥是骨骼修復(fù)中的關(guān)鍵過程，炎癥刺激可募集干細胞到損傷部位，刺激血管生成和成骨細胞分化，并參與骨骼再生的調(diào)控。 越來越多的證據(jù)表明，CCN1 參與炎癥反應(yīng)， 與多種自身免疫性疾病和慢性炎癥疾病，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、Graves 眼病、銀屑病、牛皮癬、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎相關(guān)[20]。 然而，CCN1在骨生成炎癥反應(yīng)階段所起的作用尚待進一步探究。

綜上所述，CCN1 在骨組織愈合中，可通過對間充質(zhì)干細胞、成骨細胞、破骨細胞和軟骨細胞的調(diào)控，促進骨組織再生，同時，CCN1 有明顯的促血管生成作用，這對骨組織愈合有重要意義。由于CCN1在骨組織形成的整個過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用，明確其在骨組織再生機制中的作用對骨再生的預(yù)后具有重要意義，并有助于深入理解骨腫瘤、關(guān)節(jié)炎等骨組織相關(guān)疾病的病理機制。