樊梅　唐芳　馬武開　蘭維婭　李宇　蔣總　蔡鑫

【摘 要】 成骨細胞標志物核心結合因子或Runt相關轉錄因子2（Runx2）作為骨細胞的特異轉錄因子，在成骨細胞的分化、軟骨細胞的成熟、骨基質蛋白的產(chǎn)生等過程中都具有顯著的影響，并對骨形成和重建起著重要作用，是一種公認的關鍵轉錄因子。既往研究發(fā)現(xiàn)，Runx2基因與很多信號通路如骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號通路、Notch信號通路、Wnt/β-catenin信號通路等都有密切的關系。其中與Wnt/β-catenin信號通路關系最為密切，而Wnt/β-catenin信號通路能夠影響骨代謝疾病是毋庸置疑的，Runx2基因作為Wnt/β-catenin信號通路的下游靶基因，經(jīng)證實可以通過Wnt/β-catenin信號通路進而調節(jié)骨代謝相關疾病。文章通過查閱相關文獻，了解Runx2與Wnt/β-catenin信號通路的關系及相關作用機制，并對其在該通路中如何影響骨代謝相關疾病的問題作一綜述，希望能為以后的研究打下基礎。

【關鍵詞】 骨代謝疾病;Runx2基因;Wnt/β-catenin信號通路;綜述

人類骨代謝是一個復雜的動態(tài)平衡過程，首先它需要破骨細胞（OC）將舊骨吸收，其次還需要成骨細胞（OB）形成新骨，只有兩者緊密配合時，人體的骨代謝才能得以正常進行[1]。而Runt相關轉錄因子2（Runx2）作為特異性的轉錄因子，是OB分化過程中所特有的，調節(jié)著眾多基因的轉錄[2]。段志斌等[3]通過實驗證實，Runx2能使骨髓間充質干細胞向軟骨細胞及OB分化、成熟，在骨修復和重建中具有重要影響。而骨形成和骨吸收的過程正是骨修復和重建的過程。骨質疏松癥（osteoporosis，OP）、骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）等是已經(jīng)被證實了的骨代謝性疾病，而這些骨代謝疾病與Wnt/β-catenin信號通路是緊密聯(lián)系的，Runx2作為Wnt/β-catenin信號通路的下游信號因子之一，眾多研究證實其與骨代謝性疾病密切相關[4]，本文主要從以下幾個方面進行闡述。

1 Runx2基因

Runx2，又稱核心結合因子αl（core-binding factoral α1）、多瘤病毒增強子結合蛋白（PEBp2αA）或急性骨髓性白血病因子3（AML3）等[5]。

1993年首次被發(fā)現(xiàn)并被克隆，人類Runx2基因主要位于6pl2.3-p21.1染色體上，其mRNA的長度約為1.4 kb，主要由9個外顯子組成。此外，Runx2根據(jù)起始基因的氨基酸不同，分別含有3種蛋白異構體，Cbfal/P56（Ⅰ型）、Cbfal/P57（Ⅱ型）以及Osf2 /Cbfa1（Ⅲ型），這3種蛋白異構體的3端和Runt結構域沒有顯著差異，而N端序列則明顯不同，但它們都屬同一基因[6]。

Runx2是Runt結構域基因家族的成員之一，該家族共包括3個成員，即轉錄因子Runx1基因、Runx2基因和Runx3基因[7]。這些基因由一個高度保守的128氨基酸DNA結合/蛋白質相互作用域（稱為Runt同源域）定義，Runx2是OB分化的主要決定因素，在軟骨內骨形成過程中調節(jié)軟骨細胞的增殖、分化和肥大，此外，Runx2調節(jié)與腫瘤進展、侵襲和轉移密切相關，并具有促血管生成作用[8]。ZHANG等[9]亦發(fā)現(xiàn)，在Runt結構域的3個成員中，Runx2基因與骨代謝關系最為密切，它是一種特異性轉錄因子，稱為編碼OB的基因。

2 Runx2與Wnt/β-catenin信號通路

經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號通路主要與胞外的Wnt蛋白及其細胞膜上的受體蛋白復合物結合，其受體蛋白復合物即卷曲蛋白（Fz）、低密度脂蛋白受體相關蛋白（LRP5/6）[10]，當Wnt蛋白與胞膜上的Fz、LRP5/6結合后，細胞內的散亂蛋白（Dvl）被激活，導致胞內的結腸息肉瘤息肉蛋白（APC）、軸蛋白（Axin）、糖原合成酶-3β（GSK-3β）、β-連環(huán)蛋白（β-catenin）形成的四聚體瓦解[11]，之后β-catenin與GSK-3β不能進行磷酸化，使β-catenin在細胞內積聚，進而與細胞核內的轉錄因子（TCF/LEF）形成復合物[12-13]，影響細胞周期蛋白（cyclinD1）、原癌基因（C-myc）、Runx2、OB特異性轉錄因子（Osx）、基質金屬蛋白酶（MMPs）等Wnt靶基因的表達，啟動下游靶基因的轉錄[14]。劉洪彥等[15]發(fā)現(xiàn)，Wnt靶基因包含參與細胞增殖、凋亡、炎癥和質代謝的基因，如MMP-3、MMP-13、ADAMTS-4、Runx2等。

3 Wnt/Runx2/骨代謝疾病

Wnt信號通路與間充質干細胞、OB及軟骨細胞都有密切的聯(lián)系[16]。眾多研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號通路中，Wnt3a和Wnt10a可以激活經(jīng)典的Wnt信號通路，使Runx2表達，導致OB分化，影響骨形成的過程[17]。李書琴等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號通路能直接調節(jié)Runx2基因在高磷環(huán)境下表達促進血管平滑肌細胞成骨分化。Runx2還可以與Lef或TCF形成復合物，然后結合成纖維細胞生長因子18（FGF18）啟動子中的復合結合位點，F(xiàn)GF18啟動子是Wnt經(jīng)典信號傳導的直接靶標和骨骼發(fā)育的重要調節(jié)因子[19-20]，故認為Runx2因子與骨代謝性疾病密切相關。研究Wnt信號通路及Runx2基因在骨發(fā)育和代謝中的作用將為骨折、OP、骨量減少、OA、強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）等骨代謝疾病的治療提供重要意義[21]。

3.1 Wnt/Runx2/OA OA是指以關節(jié)軟骨慢性進行性退變?yōu)橹饕攸c的關節(jié)疾病，以繼發(fā)性關節(jié)邊緣骨贅形成、慢性滑膜炎癥為主要特點，多見于50歲以上的中老年人[22]。關節(jié)軟骨是一種結締組織，沒有血管，只有極少數(shù)目的細胞，關節(jié)軟骨內的軟骨細胞會合成軟骨基質，分泌Ⅱ型膠原蛋白（Collagen Ⅱ）和聚集蛋白聚糖（Aggrecan），因此，軟骨細胞的退行性變對OA的病理變化至關重要[23-24]。

馬龍等[25]實驗研究發(fā)現(xiàn)，Runx2作為Wnt/β-catenin信號通路中非常重要的轉錄因子，可以調控軟骨細胞的退變，主要是通過增強下游信號因子如MMPs、X型膠原等的表達而實現(xiàn)的，因為MMPs、X型膠原等因子是調控軟骨細胞肥大的標志因子。亦有研究表明，Wnt/β-catenin信號通路功能紊亂，調節(jié)軟骨代謝的功能便會失調，從而出現(xiàn)軟骨細胞增殖、分化和凋亡機制失調，導致關節(jié)軟骨破壞，OA發(fā)生[21]。THEOLOGIS等[26]發(fā)現(xiàn)，在OA患者中，關節(jié)液和血清中的β-catenin含量都明顯增多，與OA嚴重程度呈正相關，而關節(jié)軟骨組織中β-catenin的水平及TCF-4的表達水平是隨著軟骨組織損害程度的增加而增加的，因此怎樣讓β-catenin維持在一定濃度，使OA不發(fā)生或延緩發(fā)生，已經(jīng)成為當前研究中的重點和難點，而Runx2作為哺乳動物骨骼發(fā)育的關鍵調控因子，它的表達能使間質細胞向OB譜系分化，Runx2缺失會導致鼠OB的分化被抑制，使骨膜成骨和軟骨內成骨不能發(fā)生[27]。因此，Runx2是軟骨細胞成熟必要因子之一，在小鼠肥大的軟骨細胞中顯著表達，并促進軟骨細胞成熟，使軟骨內骨化[28]。

Runx2可以調控堿性磷酸酶（ALP）的活性，促使骨基質蛋白基因在不成熟間質干細胞中的表達，使OB礦化等[29]。此外，β-catenin是調控Runx2基因表達的重要因子之一，主要通過抑制間質細胞Runx2基因的表達，導致間質細胞向OB的轉化過程被阻斷，促使其轉化為軟骨細胞[30]。持續(xù)激活β-catenin，會導致LEF-1對Runx2的抑制作用被增強，表明β-catenin與LEF-1共同參與調控Runx2的活性[31]，雖然Runx2對OA產(chǎn)生影響的具體作用尚需進一步闡明，但其功能異常對OA影響重大是不容忽視的。

3.2 Wnt/Runx2/OP OP是指以骨量減低，骨組織微循環(huán)結構被破壞的一種全身性骨骼疾病，骨的脆性高，易發(fā)生骨折，臨床可分為繼發(fā)性OP和原發(fā)性OP[32]。其發(fā)生主要是由于OC活性增加，導致骨吸收失衡，使骨量丟失。雌激素是一種有效的抗骨質疏松劑，用于防治OP。研究發(fā)現(xiàn)，雌激素替代治療能有效維持骨量并防止骨折[33]。因此，雌激素缺乏與OP的發(fā)生是分不開的，Runx2蛋白在骨骼相關基因的調控中發(fā)揮著顯著的作用，同時Runx2還受體內一些激素、因子及其轉錄產(chǎn)物的調節(jié)。

OB主要是指參與骨形成、骨代謝等細胞，在骨形成過程中主要經(jīng)歷4個階段，即OB的增殖、細胞外基質的成熟、細胞外基質礦化以及OB的凋亡[34]。LING等[35]發(fā)現(xiàn)，Runx2是OB分化的重要轉錄因子，在野生型小鼠中，Runx2在未成熟OB中強烈表達，但在OB成熟過程中下調，這些研究表明，骨骼的成熟和周轉率取決于Runx2的功能水平，Runx2缺乏在雌激素缺乏癥中造成骨丟失。OB中的雌激素受體可以結合Runx2，促進Runx2的轉錄，并可增加表達Runx2的前OB的數(shù)量，從而增加骨量，抑制OP的發(fā)生[36]。

此外，眾多研究者發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號通路可上調骨關鍵因子Runx2的表達，使OB分化，在OP性骨折患者中，骨折愈合每個時期都有Wnt/β-catenin信號通路的參加，如軟骨細胞的增殖及分化，軟骨內骨化，骨痂的吸收、重塑和改建等過程，都是通過Wnt/β-catenin信號通路上調Runx2的表達而實現(xiàn)的[37-38]。以上研究表明，在不同時期的OB中，通過激活Wnt/β-catenin信號通路都能增加骨量，顯示出在OP等低骨量疾病治療中的良好應用前景，陳思旭[39]的研究與此不謀而和。

3.3 Wnt/Runx2/其他骨代謝疾病 脊柱關節(jié)炎（spondyloarthritis，SpA）是一組以累及脊柱和外周關節(jié)，或者關節(jié)和韌帶以及肌腱等為主要表現(xiàn)的慢性炎癥性風濕病的總稱，主要包括銀屑病關節(jié)炎（psoriatic arthritis，PsA）、反應性關節(jié)炎、與炎性腸病相關的關節(jié)炎（青少年特發(fā)性關節(jié)炎的亞組）和AS等[40]。最近的臨床觀察和動物研究表明，Wnt蛋白及其抑制劑，如DKK1和硬化素，可能在SpA的強直過程中起重要作用，并可能作為治療SpA的治療靶點[41]。雖然與Runx2的作用機制尚未明確，但Runx2是OB分化必需的因素是不容懷疑的，Runx2缺乏使骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）所誘導的成骨不能進行分化，馮仲鍇等[42]

研究提示，Runx2在AS來源的成纖維細胞、BMP-2和轉化生長因子-β1處理的成纖維細胞中顯著升高。此外，YUAN等[43]在研究血清血紅素氧合酶-1和BMP-7是類風濕關節(jié)炎和AS患者骨代謝的潛在生物標志物時發(fā)現(xiàn)，Runx2可能反映了AS的炎癥活動度，他們認為Runx2是幾種BMP的下游因子，是OB分化的關鍵調節(jié)因子，Runx2還能促進骨基質蛋白的表達，尤其是在OB早期，但抑制OB的成熟，這些均表明，Runx2可能與AS有關系。雖然Runx2可能與其他骨代謝疾病也有關系，但還需進一步研究。

4 展 望

綜上所述，人類對Runx2基因參與Wnt/β-catenin信號通路中骨代謝疾病的研究取得一定進展，明確了Runx2轉錄因子在OB分化、功能表達、軟骨成熟調節(jié)和軟骨血管侵襲中起著非常重要的作用。但對于Runx2的研究尚處于初級階段，對Runx2研究的深入，使我們對骨代謝以及骨代謝失常引起的疾病有了進一步的了解。但是，目前的研究水平有限，如何將Runx2與Wnt/β-catenin信號通路發(fā)生、發(fā)展的機制運用于臨床疾病的診斷仍是難題。希望通過對Runx2的學習，能為臨床治療OA、OP、AS等疾病尋找新的突破點，不斷地提供更多新靶點。

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