王瑞，楊諦

1中國醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院，遼寧沈陽 110002；2遼寧省口腔疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室

骨組織在微觀結(jié)構(gòu)上由骨細(xì)胞、膠原纖維和骨基質(zhì)組成，其作用是為人體提供機(jī)械支持、物理保護(hù)及為全身礦物穩(wěn)態(tài)提供儲(chǔ)存場(chǎng)所等。骨在人的一生中都進(jìn)行著重塑及修復(fù)過程，主要包括三個(gè)階段：破骨細(xì)胞激活并介導(dǎo)骨吸收、破骨細(xì)胞功能抑制和成骨細(xì)胞激活、骨形成[1]。骨組織中細(xì)胞主要是成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞等。成骨細(xì)胞主要負(fù)責(zé)骨形成，還能合成M-CSF、MCP-1、RANKL等細(xì)胞因子調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能[2]，破骨細(xì)胞則介導(dǎo)骨吸收，兩者間的作用是骨重塑及骨修復(fù)的關(guān)鍵。由于破骨細(xì)胞是人體內(nèi)惟一介導(dǎo)骨吸收的細(xì)胞[3]。因此，成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞生成及功能可能成為治療骨相關(guān)疾病新的方向。成骨細(xì)胞主要調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞在骨面的附著、分化、凋亡及在骨重塑逆轉(zhuǎn)階段，抑制破骨細(xì)胞骨吸收等[4]。成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的途徑包括旁分泌途徑、近分泌途徑及旁分泌、近分泌兩途徑協(xié)同[2]。現(xiàn)就成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的機(jī)制及途徑研究進(jìn)展情況綜述如下。

1 成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能的機(jī)制

Rodan和Martin在1981年首次提出成骨細(xì)胞參與破骨細(xì)胞骨吸收功能調(diào)節(jié)的理論[4]。成骨細(xì)胞可以調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞在骨表面的附著、分化和凋亡，還可以抑制骨重塑逆轉(zhuǎn)階段破骨細(xì)胞骨吸收。

1.1 成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞在骨表面的附著 成熟的骨質(zhì)表面被覆一層扁平的成骨細(xì)胞—骨襯里細(xì)胞。研究表明，骨襯里細(xì)胞(成骨細(xì)胞的亞群)與附著在骨上的破骨細(xì)胞密切接觸[5]。如果將破骨細(xì)胞與被覆有骨襯里細(xì)胞的骨組織相接觸，不能發(fā)生骨吸收現(xiàn)象。破骨細(xì)胞生成啟動(dòng)主要取決于覆蓋在骨表面的成骨細(xì)胞受到骨代謝調(diào)節(jié)因子的作用，胞體變圓，從礦化的骨表面移開，同時(shí)分泌蛋白酶，消化骨表面的類骨質(zhì)，暴露礦化的骨面，為破骨細(xì)胞的附著提供條件[3,5]。在成骨細(xì)胞合成的非膠原蛋白中，骨唾酸蛋白及骨橋蛋白等物質(zhì)含有Ary-Gly-Asp氨基酸序列，該序列可與破骨細(xì)胞膜上的整合素結(jié)合，從而提供破骨細(xì)胞與骨基質(zhì)附著的位置。

1.2 成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化 Everts等發(fā)現(xiàn)，骨襯里細(xì)胞(成骨細(xì)胞的亞群)與附著在骨上的破骨細(xì)胞密切接觸。破骨細(xì)胞生成的啟動(dòng)主要取決于這兩個(gè)細(xì)胞之間的相互作用[5]。成骨細(xì)胞能夠分泌巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF),可與破骨細(xì)胞表達(dá)的c-FMS受體結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化[2]。成骨細(xì)胞還能夠產(chǎn)生單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)，可與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞表達(dá)的受體結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[2]。成骨細(xì)胞分泌的基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF-1，也稱為CXCL12)也是破骨細(xì)胞前體候選招募者[2]。

研究發(fā)現(xiàn)，OPG/RANKL在破骨細(xì)胞形成中起著關(guān)鍵作用。RANKL被稱為破骨細(xì)胞分化因子，可由成骨細(xì)胞分泌,并且成骨細(xì)胞的外泌體內(nèi)也檢測(cè)到RANKL[6]。RANK是TNF受體超家族的Ⅰ型跨膜蛋白成員，在破骨細(xì)胞祖細(xì)胞膜上高表達(dá)，RANK與RANKL結(jié)合后，激活TNF受體相關(guān)因子家族。RANK/TRAF通過JNK/AP-1、κK/NF-κB、c-myc和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/NFATC1信號(hào)通路調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化。成骨細(xì)胞也可以產(chǎn)生骨保護(hù)素(OPG),與RANK結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞分化。成骨細(xì)胞還能夠表達(dá)NFATC1,其是破骨細(xì)胞分化及發(fā)揮功能過程中重要的轉(zhuǎn)錄因子[7]。有研究表明，富含亮氨酸的G蛋白偶聯(lián)受體4(LGR4，又稱GPR 48)也是RANKL受體，成骨細(xì)胞表達(dá)RANKL后，RANKL可與LGR4結(jié)合，進(jìn)而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化[8]。在承受疲勞負(fù)荷的骨骼中，凋亡細(xì)胞附近的活骨細(xì)胞除了高RANKL/OPG比外，還表達(dá)增加的血管內(nèi)皮生長因子和單核細(xì)胞趨化蛋白1，從而促進(jìn)局部破骨細(xì)胞增多[2]。成骨細(xì)胞還表達(dá)另一種轉(zhuǎn)錄因子，早期B細(xì)胞因子2，與β-catenin-TCF/LEF協(xié)同結(jié)合并激活OPG啟動(dòng)子，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞分化。近年來，還發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞還可通過EphB4抑制破骨細(xì)胞的分化[9]。HAYASHI等發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞分泌的Sema3A呈劑量依賴性的抑制破骨細(xì)胞生成[10]。SIMS等發(fā)現(xiàn)，溶血磷脂酸(LPA)可由成骨細(xì)胞產(chǎn)生，其可以調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞中鈣的信號(hào)傳導(dǎo)，并誘導(dǎo)NFATc1的核積累[11]，而這個(gè)信號(hào)通路是破骨細(xì)胞生成的重要信號(hào)通路。目前還發(fā)現(xiàn)，分化的成骨細(xì)胞的Wnt信號(hào)誘導(dǎo)RANKL受體骨保護(hù)蛋白的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞分化[12]。研究表明，成骨細(xì)胞分泌Galectin-3可通過干擾RANKL信號(hào)通路抑制破骨細(xì)胞分化[13]。文獻(xiàn)證實(shí)，成骨細(xì)胞表達(dá)游離脂肪酸受體4(FFAR4)，F(xiàn)FAR4通過抑制NK-κβ，從而抑制破骨細(xì)胞分化[14]。成骨細(xì)胞特定的Notch1缺失導(dǎo)致OPG生成減少，從而導(dǎo)致破骨細(xì)胞數(shù)量增加[15]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，神經(jīng)調(diào)節(jié)素(NMB)可由成骨細(xì)胞產(chǎn)生[16]，沉默破骨細(xì)胞神經(jīng)調(diào)節(jié)素受體(NMBR)可抑制破骨細(xì)胞分化。有研究表明，IDH2缺乏癥通過限制成骨細(xì)胞中RANKL的表達(dá)來增加骨質(zhì)，減少破骨細(xì)胞生成[17]。

1.3 成骨細(xì)胞誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡 KRUM等發(fā)現(xiàn)，雌激素通過上調(diào)成骨細(xì)胞FasL的表達(dá)而誘導(dǎo)前破骨細(xì)胞凋亡[18]，他莫昔芬和雷洛昔芬也通過相同的成骨細(xì)胞依賴性機(jī)制誘導(dǎo)前破骨細(xì)胞凋亡。GARCIA等認(rèn)為，17b-雌二醇通過使成骨細(xì)胞表達(dá)的FasL裂解和溶解，介導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡[19]。Wang等發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞通過FAS配體(FASL)/FAS信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡[2]，成骨細(xì)胞中條件性敲除FasL可導(dǎo)致破骨細(xì)胞數(shù)量、活性增加。研究表明，NMB可由成骨細(xì)胞產(chǎn)生，沉默NMBR可促進(jìn)破骨細(xì)胞凋亡[16]。成骨細(xì)胞還可以產(chǎn)生FFAR4(GPR120),誘導(dǎo)破骨細(xì)胞凋亡[20]。

1.4 成骨細(xì)胞抑制破骨細(xì)胞骨吸收 在骨重塑逆轉(zhuǎn)階段，當(dāng)成熟破骨細(xì)胞不與成骨細(xì)胞接觸時(shí)，破骨細(xì)胞介導(dǎo)骨吸收。但當(dāng)破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞接觸時(shí)，骨吸收會(huì)被抑制[21]。

2 成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能的途徑

成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能的具體途徑主要包括旁分泌途徑、近分泌途徑以及旁分泌、近分泌兩途徑協(xié)同作用。

2.1 旁分泌途徑 主要為成骨細(xì)胞分泌一些細(xì)胞因子對(duì)破骨細(xì)胞進(jìn)行間接的調(diào)節(jié)作用。

2.1.1 細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子等作用于破骨細(xì)胞 外泌體是承載細(xì)胞因子的主要介質(zhì)之一。成骨細(xì)胞能夠通過分泌核因子κB受體活化因子配體(RANKL)來調(diào)控破骨細(xì)胞的分化和功能。RANKL是腫瘤壞死因子家族的成員之一，可由跨膜蛋白的形式存在于成骨細(xì)胞，也可以可溶性的形式(sRANKL)由成骨細(xì)胞分泌至胞外，與破骨細(xì)胞表面受體RANK相結(jié)合，啟動(dòng)其下游信號(hào)，促進(jìn)破骨生成。RANKL/RANK及sRANKL/RANK激活活化NFATc1，促進(jìn)NFATc1去磷酸化及核內(nèi)轉(zhuǎn)移，調(diào)節(jié)其下游破骨細(xì)胞特有基因cathepsin K、破骨細(xì)胞相關(guān)受體、抗酒石酸酸性磷酸酶表達(dá)，從而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化，也可以調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的凋亡[7]。成骨細(xì)胞還產(chǎn)生骨保護(hù)素(OPG)，作為RANKL的誘餌受體，阻止RANKL結(jié)合到RANK，從而抑制破骨細(xì)胞分化。RANKL與OPG的比例關(guān)系是成骨細(xì)胞影響破骨細(xì)胞形成、調(diào)控其及活性、調(diào)節(jié)骨重塑過程重要因素，其可作為評(píng)估骨改建過程處于不同階段或狀態(tài)的指標(biāo)。單核細(xì)胞趨化因子1(MCP-1)是骨改建過程中成骨細(xì)胞對(duì)破骨細(xì)胞形成、活性調(diào)節(jié)起重要調(diào)控作用的細(xì)胞因子之一。由成骨細(xì)胞分泌的MCP-1等趨化因子可刺激破骨細(xì)胞前體的遷移及募集，調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化。成骨細(xì)胞也產(chǎn)生LPA，LPA通過作用于成熟破骨細(xì)胞的多個(gè)受體亞型誘導(dǎo)細(xì)胞收縮和提升細(xì)胞胞質(zhì)中Ca2+濃度，激活轉(zhuǎn)錄因子NFATc1，進(jìn)而促進(jìn)破骨細(xì)胞分化。LPA還促進(jìn)破骨細(xì)胞融合，導(dǎo)致形成較大的細(xì)胞[12]；M-CSF也是成骨細(xì)胞調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞重要的細(xì)胞因子。孫俊認(rèn)為，高糖環(huán)境下成骨細(xì)胞通過MCP-1/c-fos/NFATC1通路促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[22]。研究表明，NO是成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞間重要的偶聯(lián)因子，細(xì)胞因子作用于成骨細(xì)胞，刺激成骨細(xì)胞可以產(chǎn)生NO，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞分化，及促進(jìn)破骨祖細(xì)胞的凋亡[23]。成骨細(xì)胞在骨組織中產(chǎn)生Lm-332，在通過抑制破骨細(xì)胞形成來控制正常骨重塑中起關(guān)鍵作用[24]。

2.1.2 破骨細(xì)胞骨吸收釋放基質(zhì)中細(xì)胞因子 成骨細(xì)胞的主要生物學(xué)功能是分泌和形成骨基質(zhì)，在發(fā)揮基礎(chǔ)功能的同時(shí)，成骨細(xì)胞還會(huì)分泌一些細(xì)胞因子，包埋在骨基質(zhì)中，在發(fā)生生理及病理性的骨吸收過程時(shí)，包埋在骨基質(zhì)中的細(xì)胞因子，會(huì)被釋放出來，進(jìn)一步調(diào)節(jié)骨代謝過程，這包括調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化和功能，也能間接調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化和功能[25]。

2.2 近分泌途徑 主要包括細(xì)胞直接接觸、細(xì)胞間縫隙連接。

2.2.1 直接接觸 成骨細(xì)胞膜表面與破骨細(xì)胞膜表面配體和受體相結(jié)合，啟動(dòng)破骨細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化。EphB4受體和其配體ephrinB2是細(xì)胞之間近分泌調(diào)控的重要位點(diǎn)，二者均為跨膜蛋白，通過酪氨酸殘基的磷酸化，介導(dǎo)雙向的信號(hào)傳遞。EphB4表達(dá)在成骨細(xì)胞膜上，其配體ephrinB2可同時(shí)表達(dá)于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞膜上。成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞相接觸后，正向信號(hào)傳遞為ephrinB2-EphB4，EphB4調(diào)控下游的Osx及RunX2來促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，負(fù)向信號(hào)傳遞為EphB4-ephrinB2，ephrinb2抑制c-Fos和NFATC1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)反應(yīng)來抑制破骨細(xì)胞的分化[9]。激活EphB4/ephrinb2介導(dǎo)的雙向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可通過調(diào)控成、破骨細(xì)胞的功能，從而維持骨組織穩(wěn)態(tài)。經(jīng)由EphB4/ephrin b2介導(dǎo)的雙向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，調(diào)控骨改建中骨吸收向骨生成的轉(zhuǎn)化不受RANKL、CSF-1及OPG等因子的調(diào)控。Ephrinb2介導(dǎo)的雙向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，也可通過與其他信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)發(fā)揮作用。

2.2.2 縫隙連接 縫隙連接是由連接蛋白(CX)組成的，是相鄰細(xì)胞之間的通道結(jié)構(gòu)，通道內(nèi)可以通過鈣離子、激素、氨基酸、IP3及環(huán)磷酸腺苷等一些小分子物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間通訊的功能。透射電子顯微鏡照片顯示成熟破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞之間存在縫隙連接[2,26]。研究表明，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間存在縫隙連接，且染料的擴(kuò)散被縫隙連接的抑制劑辛醇抑制[27]。也有研究表明，骨襯里細(xì)胞(成骨細(xì)胞的亞群)與附著在骨上的破骨細(xì)胞密切接觸，兩者之間相互作用，最終促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[5]。CX43、CX37已被證明在成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞中表達(dá)[28]；此外通過使用油酸酰胺預(yù)處理抑制縫隙連接介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊，能夠降低破骨細(xì)胞的骨吸收活性，ILVERSARO等也證實(shí)，抑制縫隙連接將會(huì)導(dǎo)致破骨細(xì)胞的凋亡變化[29]。

2.3 旁分泌與近分泌協(xié)同作用 有研究表明，當(dāng)成骨細(xì)胞表達(dá)EphB4下降時(shí)，RANKL的表達(dá)反而升高。EphB4與其他所有的酪氨酸激酶受體一樣，是一種跨膜蛋白，其胞外區(qū)域與ephrinB2相結(jié)合，胞質(zhì)區(qū)部分含有高度保守具有催化蛋白底物酪氨酸磷酸化的激酶區(qū)。DOKs是存在于胞質(zhì)中與酪氨酸激酶相關(guān)的信號(hào)分子，可以作為Eph的底物而被磷酸化[30]。DOK3是DOK家族中的一員，與骨組織發(fā)育密切相關(guān)。來源于DOK3敲除鼠的成骨細(xì)胞表達(dá)RANKL下降，DOK3-/-成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞前體共培養(yǎng)后，破骨生成能力下降[31]。DOK3作為銜接蛋白，與5′肌醇特異性脂質(zhì)磷酸酶-SHIP1形成復(fù)合物，抑制JNK通路的激活[32]。在成骨細(xì)胞中，RANKL的表達(dá)受到JNK通路的正向調(diào)控[32]。

綜上所述，成骨細(xì)胞可以調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞在骨表面的附著、調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化，調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的凋亡及骨重塑逆轉(zhuǎn)階段抑制破骨細(xì)胞骨吸收，主要通過旁分泌、近分泌及旁分泌、近分泌協(xié)同作用等途徑發(fā)揮作用，這種調(diào)節(jié)在骨重塑及骨修復(fù)的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)有特殊的基因給藥方法可以實(shí)現(xiàn)特異性靶向骨表面，從而準(zhǔn)確使成骨細(xì)胞細(xì)胞因子或者具有重要作用的蛋白穩(wěn)定的表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)治療作用，是一種具有前景的方法[33]。雖然這種治療方法仍有一些不良反應(yīng)未明，仍需大型動(dòng)物相關(guān)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)不良反應(yīng)，但其優(yōu)勢(shì)也是極其明顯的，臨床前景廣闊，具有較強(qiáng)探索及研究價(jià)值。相信未來，基因療法的攻克，就可以通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞因子的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞生成及功能，最終實(shí)現(xiàn)骨重塑和骨重建。