血清外泌體與LOX-1/NF-κB信號(hào)軸在糖尿病性骨質(zhì)疏松的研究進(jìn)展

司惠玲，張琦，劉亞倩，段奇黨，劉靜*

（1. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院(甘肅省人民醫(yī)院),甘肅 蘭州 730000；2. 甘肅省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，甘肅 蘭州 730000）

1 糖尿病性骨質(zhì)疏松癥(diabetic osteoporosis，DOP)

糖尿病性骨質(zhì)疏松是我國(guó)常見(jiàn)的內(nèi)分泌代謝性疾病引發(fā)的并發(fā)癥，其發(fā)病率隨著人民生活水平和方式的變化而日益上升，其主要發(fā)病機(jī)制與高血糖、胰島素、細(xì)胞因子及糖基化終末產(chǎn)物等有關(guān)。機(jī)體內(nèi)長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致破骨細(xì)胞骨吸收速度超過(guò)成骨細(xì)胞骨形成速度，破環(huán)骨重塑和微損傷修復(fù)作用的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致骨量減少或骨質(zhì)破環(huán)，最終引發(fā)DOP的發(fā)生[1]。據(jù)報(bào)道，近乎50%的糖尿病患者可并發(fā)骨質(zhì)疏松[2]。這種疾病是無(wú)法完全治愈的，目前最為安全有效的治療手段是通過(guò)藥物來(lái)延緩病程進(jìn)展。因此，對(duì)此病好發(fā)人群（絕經(jīng)后婦女、骨質(zhì)減少患者及中老年人等）來(lái)開(kāi)展?fàn)I養(yǎng)科普宣教是十分有必要進(jìn)行的，日常生

活保健中可以考慮通過(guò)多進(jìn)行戶外運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)充富含有機(jī)鈣、鐵、鎂、鋅的天然食物，如優(yōu)質(zhì)奶乳制品、海鮮、香蕉，以及絕經(jīng)后婦女遵醫(yī)囑補(bǔ)充相應(yīng)的激素等預(yù)防骨質(zhì)疏松問(wèn)題的進(jìn)一步發(fā)生。本文就SDEs和LOX-1/NF-κB信號(hào)軸與糖尿病性骨質(zhì)疏松之間的關(guān)系展開(kāi)綜述，旨在為該病的診療防治提供科學(xué)依據(jù)。

2 外泌體

2.1 外泌體概述

1967年，Peter Wolf首次用電鏡觀察到由血小板釋放的外泌體，但是當(dāng)時(shí)這一發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有引起研究人員的重視，它被認(rèn)為是沒(méi)有任何生物學(xué)功能的細(xì)胞碎片或廢物。1983年，外泌體被科學(xué)家們?cè)诰d羊網(wǎng)織紅細(xì)胞中觀察到，其表面被檢測(cè)到含有源自網(wǎng)織紅細(xì)胞的遺傳物質(zhì)[3]。1987年，Johnstone將這些囊泡正式命名為“外泌體”，并將其進(jìn)一步定義為直徑在30～100nm之間脂質(zhì)雙分子層的細(xì)胞外囊泡[4]。細(xì)胞外囊泡可根據(jù)其大小分為小型(直徑＜200 nm，也稱為外泌體)和中型(直徑＞200nm，也稱為微囊泡)[5]。

2.2 外泌體形成過(guò)程

細(xì)胞通過(guò)質(zhì)膜內(nèi)陷和內(nèi)吞的作用方式將細(xì)胞外液成分?jǐn)z入胞內(nèi)，形成早期核內(nèi)體；成熟為晚期核內(nèi)體后體腔再次內(nèi)陷形成多囊泡小體，其中含有各種胞質(zhì)內(nèi)遺傳物質(zhì)的囊泡；成熟后的多囊泡小體一部分與溶酶體融合，其內(nèi)容物被降解。剩下的部分通過(guò)肌動(dòng)蛋白與微管細(xì)胞骨架相互作用運(yùn)輸?shù)劫|(zhì)膜結(jié)合后釋放到細(xì)胞外液中，即為外泌體[6]。然而，外泌體的釋放（多泡小體的形成、囊泡的萌發(fā)）還需要一些蛋白質(zhì)的輔助觸發(fā)，如ESCRT、RAB家族、GTPase和SNARE，并且這些蛋白質(zhì)是否啟動(dòng)依賴于細(xì)胞類型，如一些細(xì)胞需要ESCRT或RAB機(jī)制來(lái)釋放外泌體，但是其他細(xì)胞就不需要[7,8]。

2.3 外泌體的組成及生理功能

真核生物、原核生物以及所有細(xì)胞都可以釋放外泌體，在健康或疾病狀態(tài)下維持細(xì)胞間通訊[9]。外泌體攜帶其母細(xì)胞的各種生物大分子蛋白質(zhì)，包括室膜、質(zhì)膜及細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)，但不包括線粒體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞核的蛋白質(zhì)[10]，還有酶類、轉(zhuǎn)錄因子、脂質(zhì)、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白和核酸[11]。外泌體表征蛋白也參與免疫識(shí)別，與受體蛋白的質(zhì)膜相互作用，典型的外泌體標(biāo)記蛋白有：熱休克蛋白（Hsp70、Hsp90）、抑癌基因101（Tsg101）、四環(huán)素（CD9、CD63、CD81）、肌動(dòng)蛋白等，這些蛋白表達(dá)不受外泌體來(lái)源的限制[5]。然而。外泌體中所含的脂質(zhì)是具有特異性的，根據(jù)細(xì)胞來(lái)源而異，主要有膽固醇，鞘磷脂（鞘磷脂和神經(jīng)酰胺）、甘油磷脂對(duì)于外泌體的形成，受體細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)以及外泌體表面形狀的維持都具有重要意義[5]。

供體細(xì)胞將外泌體釋放到細(xì)胞外環(huán)境發(fā)揮各種生物學(xué)功能，包括細(xì)胞內(nèi)通訊以及母細(xì)胞與周圍細(xì)胞進(jìn)行蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)（DNA、mRNA及microRNA）的信息交換[12]。外泌體可以激活或抑制免疫系統(tǒng)[13]，具有雙重調(diào)控作用。目前外泌體已在臨床癌癥免疫治療中發(fā)揮重要作用，因其表面的特異性腫瘤生物標(biāo)志物，在腫瘤的靶向藥物治療中意義重大[14],腫瘤細(xì)胞可以將生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子轉(zhuǎn)移到細(xì)胞表面，并釋放外泌體與細(xì)胞外液中的其他細(xì)胞進(jìn)行信息傳遞，從而建立腫瘤的侵襲性生長(zhǎng)。由于含有豐富的的miRNA和mRNA，外泌體也是一種潛力較高的生物基因傳遞系統(tǒng)[15]這種細(xì)胞外囊泡在幫助基因傳遞、疾病診斷、細(xì)胞內(nèi)通訊、藥物傳遞和生物標(biāo)志物驅(qū)動(dòng)療法方面的巨大潛力已逐漸成為近幾年的研究熱點(diǎn)[14]。

2.4 血清外泌體與糖尿病性骨質(zhì)疏松

血清外泌體可以穩(wěn)定地提供一些腫瘤疾病的特異性信息，樣本便于獲得，外泌體的提取不受血液數(shù)量及存儲(chǔ)時(shí)間的限制，可以減少疾病檢測(cè)需要帶來(lái)的侵入性手術(shù)。通過(guò)篩選不同的信號(hào)分子，找到不同疾病的特異性生物標(biāo)志物，從而進(jìn)行相應(yīng)的靶向治療。例如，血清外泌體miR-122被認(rèn)為是結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移診斷和預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物[16]。各種來(lái)源不同的外泌體參與了骨重建過(guò)程中的多個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程，其中含有多種生物活性物質(zhì)可調(diào)控骨重建過(guò)程。定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，骨質(zhì)疏松患者的血清外泌體參與抑制體內(nèi)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程[17]。研究表明，骨質(zhì)疏松減少患者的血清外泌體能夠促進(jìn)破骨細(xì)胞的黏附和活化以及新骨量的形成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在骨質(zhì)減少患者的SDEs中被發(fā)現(xiàn)淀粉樣前體蛋白、核仁蛋白和細(xì)胞質(zhì)核糖體蛋白的成員含量上升，而淀粉樣前體蛋白和核仁蛋白與破骨細(xì)胞的細(xì)胞粘附和存活有關(guān)[17]。研究骨質(zhì)減少患者血清外泌體的病理生理功能，對(duì)于我們探索出糖尿病性骨質(zhì)疏松患者新的臨床診斷和治療方法具有一定的價(jià)值[18]。

3 LOX-1

3.1 LOX-1概述

日本科學(xué)家Sawamura于1997年首次在牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞上研究發(fā)現(xiàn)LOX-1[18]，這是一種相對(duì)分子質(zhì)量為50kDa跨膜糖蛋白，參與氧化低密度脂蛋白的結(jié)合，內(nèi)吞和蛋白降解[19]。LOX-1屬于C型凝集素受體家族，其結(jié)構(gòu)在哺乳動(dòng)物上高度表達(dá)。人類中，LOX-1基因由位于12號(hào)染色體斷臂上的單拷貝基因OLR1（氧化低密度脂蛋白受體1）編碼[20]。

3.2 LOX-1與糖尿病性骨質(zhì)疏松癥

LOX-1是一種多配體受體，可識(shí)別多種配體，并在細(xì)胞中廣泛表達(dá)[21,22]，包括內(nèi)皮細(xì)胞[23,24]，血管平滑肌細(xì)胞[25]，巨噬細(xì)胞及軟骨細(xì)胞[26]。研究報(bào)道[27]，骨吸收破骨細(xì)胞和骨形成成骨細(xì)胞均表達(dá)LOX-1，LOX-1-/-小鼠在穩(wěn)定狀態(tài)下骨量減少，但由于成骨細(xì)胞RANKL表達(dá)受損，因此對(duì)炎癥性骨破壞具有抵抗力。生理?xiàng)l件下，LOX-1是低表達(dá)的，但在氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)期間顯著上調(diào)[28]。Kimiko[29]等人研究表明，Toll樣受體激活會(huì)通過(guò)上調(diào)LOX-1的表達(dá)而促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成增加。LOX-1可以通過(guò)ox-LDL/LOX-1/NF-κB 軸的惡性循環(huán)，促進(jìn) AS的進(jìn)展[24]。研究證明，LOX-1通過(guò)基本抑制破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的細(xì)胞融合來(lái)負(fù)調(diào)控破骨細(xì)胞分化。LOX-1缺失小鼠由于生長(zhǎng)期骨吸收增加，骨小梁質(zhì)量持續(xù)下降[30]。糖尿病患者的高糖環(huán)境通過(guò)上調(diào)LOX-1的表達(dá)，使破骨生成增加，成骨形成減少，骨微環(huán)境失去動(dòng)態(tài)平衡，引發(fā)骨質(zhì)疏松。

4 血清外泌體、LOX-1/NF-κB及糖尿病性骨質(zhì)疏松

NF-κB是一種細(xì)胞內(nèi)核轉(zhuǎn)錄因子，能對(duì)機(jī)體各種刺激立刻做出反應(yīng)，可參與病毒復(fù)制，腫瘤發(fā)生，細(xì)胞凋亡，炎癥和多種自身反應(yīng)性疾病。它有不同亞基的同源或異源二聚體組成，分別屬于Rel蛋 白 家 族(p65(RelA)、RelB、c-rel、p105/p50(NFkB1)和P100/P52(NFKB2)。NFkB1(P50)和NFKB2(P52)缺乏C末端轉(zhuǎn)錄激活域(TADS)，它們的同源二聚體被認(rèn)為是抑制因子[31]。研究表明[32]，在敲除核因子-βp50和/或p52的小鼠模型中，體外骨髓培養(yǎng)中由破骨細(xì)胞前體形成的破骨細(xì)胞數(shù)量較少，此外，一些破骨細(xì)胞上的特異性標(biāo)志蛋白，如TRAP表達(dá)降低。LOX-1在破骨細(xì)胞膜上分布表達(dá)，NF-κB通路的激活是LOX-1的信號(hào)通路下游的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，NF-κB與LOX-1啟動(dòng)子結(jié)合后負(fù)向調(diào)控，導(dǎo)致LOX-1表達(dá)上調(diào)。外泌體中富含的miRNA可激活或抑制相關(guān)信號(hào)通路，調(diào)控基因的表達(dá)水平。許永峰[33]等人通過(guò)血清學(xué)分析篩選出12個(gè)上調(diào)的miRNA和5個(gè)下調(diào)的miRNA作為預(yù)防骨質(zhì)疏松的檢測(cè)指標(biāo)。總之，血清外泌體中miRNA可通過(guò)一定的信號(hào)途徑調(diào)控骨代謝是毋庸置疑的，如miRNA通過(guò)LOX-1/NF-κB、MEPK經(jīng)典信號(hào)途徑，然而至今為止這方面的研究報(bào)道仍較少，這可為我們未來(lái)研究的一個(gè)新方向。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，血清外泌體在治療糖尿病性骨質(zhì)疏松方面有巨大的治療潛力，具體的病理機(jī)制和許多未解決的臨床問(wèn)題需要我們?nèi)ド钊胙芯刻接?，LOX-1/NF-κB信號(hào)途徑在破骨細(xì)胞的增值分化中起著非常重要的作用，基于此信號(hào)軸探索血清外泌體治療骨質(zhì)疏松的新靶點(diǎn)藥物，無(wú)疑具有一定的創(chuàng)新性和強(qiáng)大的臨床前景。