韓 濤綜述，丁佑銘審校

骨橋蛋白（OPN）是一種分泌型磷酸化糖蛋白，最早在骨基質(zhì)中被發(fā)現(xiàn)，參與骨基質(zhì)的礦化和重吸收[1]，是一種重要的細胞粘附及趨化因子，可由體內(nèi)多種細胞（如骨細胞、成骨細胞、破骨細胞、軟骨細胞、上皮細胞、內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、活化的T淋巴細胞、單核/巨噬細胞系、神經(jīng)細胞、多種腫瘤細胞等）合成并分泌。作為一種細胞因子，OPN參與多種生命現(xiàn)象，如骨的重塑、泌尿系統(tǒng)結(jié)石的形成、腫瘤的浸潤轉(zhuǎn)移、免疫調(diào)節(jié)及炎癥反應(yīng)等。它主要通過兩種機制發(fā)揮細胞信號分子的作用：一是以分子內(nèi)RGD基元與整合蛋白家族分子結(jié)合；二是與細胞表面黏附性糖蛋白CD44以非RGD依賴方式結(jié)合。兩種作用方式均通過激活細胞內(nèi)特異性信號傳導(dǎo)系統(tǒng)而介導(dǎo)細胞粘附、遷移和增殖。近來它在膽囊膽固醇結(jié)石中的作用已經(jīng)引起人們的關(guān)注。本文將近年來對OPN的基因結(jié)構(gòu)、表達調(diào)控、分子生物學(xué)特征、生理功能及其在各系統(tǒng)疾病中作用的研究進展綜述如下。

1 OPN的生物學(xué)特性

1.1 OPN的分子結(jié)構(gòu)特點 OPN是一種帶負電的非膠原性骨基質(zhì)糖蛋白，其相對分子質(zhì)量約44 kD，約含300個氨基酸殘基，具體大小取決于其翻譯后的修飾程度，其氨基酸序列富含谷氨酸、絲氨酸和天門冬氨酸，在不同天門冬氨酸殘基位置上發(fā)生不同程度的磷酸化[2,3]。OPN分子內(nèi)部含有一特殊結(jié)構(gòu)谷氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（Arg-Gly-Asp RGD）序列，該序列是促進細胞粘附的蛋白質(zhì)中的特有結(jié)構(gòu)。其自身序列中含有蛋白酶敏感位點，將序列中的整合蛋白和CD44結(jié)合位點分開，凝血酶能通過識別片段中的糖原合成酶保守序列而水解OPN，使其含有RGD序列的氨基端結(jié)構(gòu)域活化進而磷酸化，與其受體整合蛋白（αvβ3 integrin）結(jié)合發(fā)揮作用[2-4]。OPN分子的氨基端區(qū)域與外分泌有關(guān)，羧基端參與粘附功能的調(diào)節(jié)[5]。

1.2 OPN的基因結(jié)構(gòu)及表達調(diào)控 不同種屬的OPN cDNA具有中度的同源性，但在羥基末端區(qū)域、氨基末端區(qū)域及含RGD序列區(qū)域呈高度保守。OPN基因是一個獨立編碼基因，人OPN基因定位于第4號染色體，含7個外顯子和6個內(nèi)含子。OPN基因的表達具有組織細胞特異性，并且受多種生長因子、激素、原癌基因表達產(chǎn)物及腫瘤促進劑的調(diào)控。

OPN的表達受到很多細胞因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的調(diào)節(jié)，如：TATA 盒、RE-l（responsive element-1）、反向 CCAAT 盒、維生素D反應(yīng)元件、雌激素及雌激素受體、乳腺癌轉(zhuǎn)移抑制因子 1、轉(zhuǎn)錄因子 Hoxc8 等[4，6，7-10]。 反向 CCAAT 盒位于 OPN啟動子區(qū)域，能與src結(jié)合并調(diào)控OPN的表達，如v-Src和c-Src能刺激OPN在轉(zhuǎn)化的NIH3T3鼠成纖維細胞中表達；糖皮質(zhì)激素受體、SP-1、八聚體結(jié)合蛋白Oct-1和E盒結(jié)合因子分別與RE-lb和RE-1α結(jié)合協(xié)同促進OPN表達[4]；維生素D受體是核受體轉(zhuǎn)錄因子超家族中的一種配體依賴型磷酸化蛋白成員，與OPNN啟動子5’端附近的VDRES結(jié)合而促進OPN表達，1,25-二羥基維生素D3則通過抑制OPN的磷酸化而減少OPN與αvβ3整合素結(jié)合進而參與調(diào)節(jié)相關(guān)信號[4，6]；BRMS1與OPN基因啟動子區(qū)域的NF-κB結(jié)合位點相結(jié)合，減少p65的乙?；?，抑制IκBα的磷酸化，減少p65和p50入核，阻斷NF-κB信號的活化而抑制OPN的表達[8，9]，從而抑制乳腺癌和黑素瘤的轉(zhuǎn)移[8]；雌激素和ER主要通過ERα和雌激素受體相關(guān)受體α與OPN啟動子區(qū)域的SFRE樣序列結(jié)合而誘導(dǎo)OPN表達[4，6]；AP-1與OPN啟動子區(qū)順式調(diào)控位點TGACACA結(jié)合而促進OPN轉(zhuǎn)錄表達，而ER和VDR也可以促進AP-1的表達[4]；Lei等[10]發(fā)現(xiàn)，Hoxc8能直接與OPN基因啟動子區(qū)的Hoxc8結(jié)合序列結(jié)合，抑制OPN表達，在小鼠胚胎成纖維細胞中轉(zhuǎn)染pcDNA4-Hoxc8質(zhì)粒后，OPN的表達明顯下調(diào)。這些表達在正常組織中受到精密調(diào)節(jié)，在腫瘤中往往異常，如在OPN啟動子區(qū)就發(fā)現(xiàn)了很多與腫瘤發(fā)生相關(guān)的蛋白因子結(jié)合元件：Tcf-4是轉(zhuǎn)錄因子中T細胞因子家族中的一種，一般與β-catenin通過經(jīng)典的wnt/β-catenin信號通路調(diào)控轉(zhuǎn)錄，促進OPN的表達，在沒有β-catenin存在時，Tcf-4與OPN啟動子區(qū)域的ATATCAAAG序列結(jié)合，抑制OPN的轉(zhuǎn)錄表達[4，6]；Ras活化的增強子RAE和 Tcf-4 等[4，6，7]，RAE 能夠與 Ras反應(yīng)因子 RAF 結(jié)合 ，當 Ras信號活化時調(diào)控OPN的表達[7]。腫瘤發(fā)生時OPN表達水平明顯上調(diào)，如在黑素瘤、乳腺癌、消化系統(tǒng)腫瘤、頭頸部癌、前列腺癌等腫瘤中，尤其是在轉(zhuǎn)移性腫瘤中其表達水平更高[11-13]，因此OPN被認為是一個腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白[11]。

2 OPN的生理功能

OPN是一種帶負電的非膠原性骨基質(zhì)糖蛋白，由多種組織細胞合成與分泌，最先是在骨骼中被發(fā)現(xiàn)，隨后發(fā)現(xiàn)廣泛分布于多種組織如：腎、牙、腦、膀胱、肌肉、軟骨的上皮細胞和巨噬細胞、自然殺傷細胞、血管平滑肌細胞等。

OPN的主要功能有：①參與細胞的移動過程；②與鈣離子有多種相互作用；③與骨的羥基磷灰石基質(zhì)相結(jié)合，刺激骨的礦化[14]；④RGD序列結(jié)合于細胞表面，介導(dǎo)細胞-基質(zhì)，細胞-細胞的相互作用；⑤破壞晶體網(wǎng)陣，從而抑制草酸鈣晶體的增長；⑥刺激巨噬細胞和淋巴細胞，參與對微生物感染的非特異性反應(yīng)過程；⑦影響一氧化碳的產(chǎn)生、鈣調(diào)節(jié)和基因的表達。

3 OPN在各系統(tǒng)病變中的功能

3.1 OPN是體內(nèi)廣泛存在的細胞因子和趨化因子 最先在骨骼中被發(fā)現(xiàn)，是成骨細胞的表型之一。免疫細胞化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，OPN在編織骨中成骨細胞、骨細胞的胞漿中都有分布，軟骨內(nèi)化骨、膜內(nèi)化骨區(qū)域含量豐富[15]。在骨代謝中、骨基質(zhì)的礦化和吸收過程中起重要作用[16]。OPN由成骨細胞分泌以后存在于基質(zhì)中，與骨基質(zhì)連接在一起，另外在編織骨向板層骨的轉(zhuǎn)化過程中起重要作用，在骨吸收時從骨基質(zhì)中暴露出來，繼而對周圍的成骨細胞又產(chǎn)生粘附作用[17]。OPN可能刺激成骨細胞增殖、鈣化，促進破骨細胞與骨基質(zhì)的粘附并提高破骨細胞的溶骨活性，介導(dǎo)機械應(yīng)力引起的骨代謝變化。

3.2 OPN在動脈粥樣硬化形成和發(fā)展過程中起重要作用在人主動脈、頸動脈及冠狀動脈粥樣硬化斑塊中均存在高水平的OPNmRNA和蛋白。OPN在心血管特別是血管重塑過程中起重要調(diào)節(jié)作用[18]。Giachelli最早提出OPN可能參與新生內(nèi)膜生成并可作為血管平滑肌細胞激活的標志，損傷后2～7 d，血管平滑肌細胞中OPNmRNA及蛋白表達增高，損傷4周后，平滑肌細胞遷移至最低，內(nèi)膜增厚明顯減緩，此時OPN含量也明顯減少，說明OPN參與了新生內(nèi)膜的生成[19]。對于慢性穩(wěn)定型心絞痛患者，高血漿OPN水平是其未來不良心血管事件的一個獨立預(yù)測因子，并且可能對危險分層有用。OPN是血管平滑肌由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)化的標志基因，又是血管細胞的主要粘附及趨化因子，還與動粥樣硬化斑塊的鈣化密切相關(guān)[20]。作用機理可能是OPN直接與羥基磷灰石晶體結(jié)合成一層蛋白衣，阻止羥磷灰石晶體的進一步析出，抑制動脈鈣化[21]。

3.3 OPN與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系 有許多報道，人及嚙齒類動物原癌基因轉(zhuǎn)化為癌基因后，細胞的OPN分泌增加。OPN主要位于腫瘤浸潤的前沿，而且OPN在細胞的表達部位隨腫瘤惡化發(fā)展而改變，OPN與整合素分子、CD44及其突變體結(jié)合介導(dǎo)的多條信號通路與機體多種生理病理過程有關(guān)，尤其是參與了多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展。OPN通過其RGD片段和非RGD片段與儀V133和CD44相互作用參與細胞的炎癥反應(yīng)，促進細胞遷移、粘附及相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)與腫瘤發(fā)生、發(fā)展相關(guān)基因的表達，促進細胞外基質(zhì)的降解，抑制機體對腫瘤的免疫作用，加速腫瘤的進展。已播散癌癥患者血清OPN濃度升高，在腫瘤促進劑的作用下某些細胞的OPN表達增多，OPN的表達還與某些腫瘤相關(guān)基因如vnlyc等的表達密切相關(guān)[22]。OPN在肝癌組織中及癌周組織中有表達[23]。

3.4 OPN在組織器官中的分布與表達 經(jīng)檢測證實有OPN分布與表達的消化器官和組織有：胃，小腸，闌尾，大腸，膽囊上皮，肝內(nèi)膽管，胰腺，唾液腺管和唾液腺黏液細胞。有研究用超微結(jié)構(gòu)免疫方法顯示，OPN在膽囊柱狀上皮細胞中位于高爾基復(fù)合體，由糖和膜結(jié)合胞質(zhì)顆粒[24]。胃腸道肌內(nèi)神經(jīng)叢的神經(jīng)節(jié)，肝臟的巨噬細胞也有OPN的表達。膽囊含有比其他組織豐富的OPN，膽汁中也含有較豐富的OPN，其中OPN為膽囊多糖蛋白復(fù)合物的一種成分，已證明多糖蛋白復(fù)合物中含有黏液樣物質(zhì)，推測膽囊中OPN可能與粘蛋白類似的特性與結(jié)石的形成有關(guān)[25]。利用差異顯示技術(shù)證明，平滑肌細胞由收縮型向合成型轉(zhuǎn)換的標志基因[26]。在筆者的研究中，OPN在膽固醇膽囊結(jié)石膽囊上皮細胞質(zhì)和細胞質(zhì)管腔有免疫反應(yīng)，并提示OPN在膽固醇結(jié)石膽囊上皮中表達明顯高于正常膽囊上皮，有統(tǒng)計學(xué)差異。筆者認為OPN這種異常細胞外基質(zhì)的表達明顯增強標志著膽囊上皮細胞不再處于正常時相對靜止的狀態(tài)，其原有的生物學(xué)行為已發(fā)生改變，向成纖維細胞轉(zhuǎn)化，膽囊黏膜的正常分泌、吸收功能受到影響，導(dǎo)致膽囊上皮選擇性吸收膽汁膽固醇和磷脂的能力下降。Conter等[27]認為膽囊結(jié)石形成早期磷脂與膽汁酸比值升高，膽汁濃縮，產(chǎn)生促成核作用。膽汁的濃縮伴隨著膽汁的酸化，而酸化能提高鈣在膽汁中的溶解度，有利于膽囊結(jié)石的形成。而分泌至細胞外的OPN可與胞膜上的CD44分子相結(jié)合，通過OPN-CD44-Ras途徑調(diào)控LECs分泌多種細胞外基質(zhì)，這些細胞外基質(zhì)在膽囊內(nèi)無規(guī)律的排列、聚集成團塊狀，使膽囊平滑肌收縮舒張功能減退，導(dǎo)致膽汁的輸出功能障礙，而已形成的膽固醇結(jié)晶不能被及時的排入腸道，導(dǎo)致結(jié)石的形成。

3.5 腎小管細胞和腎乳頭表面細胞均可分泌OPN 它在體外可抑制草酸鈣晶體的成核，生長和聚集[28]，正常人尿中OPN的濃度為6×10-8mol/L，足以抑制草酸鈣結(jié)晶，其在尿中濃度可以反映尿抑制結(jié)石形成的能力[29]。草酸作為OPN表達的一種激活物[30]，能夠使腎小管上皮細胞反應(yīng)性分泌OPN的過程隨著尿液草酸濃度的變化而改變。尿液草酸濃度升高的初始階段，腎OPN主要表達于集合管，此處尿液草酸濃度在整個重吸收過程中最高。而后髓袢也開始出現(xiàn)OPN的表達，這可能是因為髓袢位于腎臟髓質(zhì)的深部，該處是尿液高度濃縮的區(qū)域。

3.6 在淋巴細胞的表達 Cantor等發(fā)現(xiàn)OPN在淋巴細胞，包括T細胞及NK細胞亞群，被非特異結(jié)合后不久即開始表達，因此描述OPN為早期T細胞活化基因1，另外在對抗感染的非特異性免疫及自身免疫中OPN起一定作用，其對巨噬細胞有化學(xué)誘導(dǎo)的作用，因而有人認為可以把其看作一種細胞因子[31]。OPN還可以與CD44相互作用，能引起CD44依賴的化學(xué)趨化性增高[32]，而CD44的變異型能與OPN的C端或N端結(jié)合，而不依賴于RGD序列[33]。分泌至細胞外的OPN可與胞膜上的CD44分子相結(jié)合，通過OPN-CD44-Ras途徑調(diào)控LECs分泌多種細胞外基質(zhì)。

總之，OPN作為一個重要的細胞因子，被廣泛而深入地研究，從其所受調(diào)節(jié)的復(fù)雜多樣性到其參與的各種病變過程中的復(fù)雜性，為各種相關(guān)疾病的診斷、治療提供了很多新的靶點和方向，但其詳細作用機制和分子特異性等問題仍然沒有解決。雖然已經(jīng)有人對OPN的研究做了大量的工作，但仍有很多未解決問題，值得人們?nèi)ジ钊氲匮芯俊?/p>

[1]Heinegard D,Hultenby K,Oldberg A,et al.Macromolecules in bone matrix.Connect Tissue Res,1989,21(1-4):3-11.

[2]Jain S，Chakraborty G，Bulbule A，et a1.Osteopontin：an emerging therapeutic target for anticancer therapy[J].Expert Opin Ther Targets，2007，11(1)：81-90.

[3]Rangaswami H，Bui Bulbule A，Kundu C.Osteopontin：role in cell signaling and cancer progtession[J].Trends Cell Biol，2006，16(2)：79-87.

[4]El-tanani MK，Campbell FC，Kurisetyy V，et a1.The regulation and role of osteopontin in malignant transformation and cancer[J].Cytokine Growth Factor Rev，2006，17(6)：463-474.

[5]Takahashi K,Takahashi F,Tanabe KK,et al.The carboxylteminal fragment of osteopontin suppresses arginine-glycineasparatic acid-dependent cell adhesion[J].Biochem Mol Int,1998,46(6):1081.

[6]Wai PY，Kuo PC.Osteopontin：regulation in tumor metastasis[J].Cancer Metastasis Rev，2008，27(1)：103-118.

[7]Tuck AB，Chambers AF，Allan AL.Osteopontin over expression in breast cancer：knowledge gained and possible implications for clinical management[J].J Cell Biochem，2007，102(4)：859-868.

[8]Samant RS，Clark DW，F(xiàn)illmore RA，et al.Breast caneer metastasis suppressor 1(BRMSI)inhibits osteopontin transcription by abrogating NF-kappaB activation[J].Mol Cancer，2007，6:6.

[9]Vaidya KS，Welch DR.Metastasis suppressors and their roles in breast carcinoma[J].J Mammary Gland Biol Neoplasia，2007，12(2-3)：175-190.

[10]Lei H，Juan AH，Kim MS，et al.Identification of a Hoxc8 regulated transcriptional network in mouse embryo fibroblast cells[J].Proc Natl Acad Sci USA，2006，103(27)：10305-10309.

[11]Rittling SR，Chambers HA，Mbers AF.Role of osteopontin in tumour progression[J].J Cancer，2004，90(10)：1877-1881.

[12]Brown LF，Papadopoulos-Sergiou A，Berse B，et al.Osteopentin expression and distribution in human carcinomas[J].Am J Pathol，1994，145(3)：610-623.

[13]闞 軒，魯建光，金德均，等.骨橋蛋白和整合素αV表達與喉和下咽鱗狀細胞癌侵襲轉(zhuǎn)移的相關(guān)性[J].腫瘤，2008，28(8)：689-693.

[14]劉 宏，王勤濤，吳織芬,等.rhBMP-2h對人牙牙周細胞骨橋蛋白表達的影響[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2000，35(5):330.

[15]Mark MP,Prince CW,Osawa T,et al.Immunohistochemical demonstration of a 44-KD phosphoprotein in developing rat bones[J].Histochem Cytochem,1987,35(7):707.

[16]Reinholt FP,Hultenby K,Oldberg A,et al.Osteopontin-a possible anchor of osteoclasts to bone[J].Proc Naltl Acad Sci USA,1990,87(12):4473.

[17]王立平，黨耕町.骨橋蛋白在骨愈合中的基因表達[J].北京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,1998，30(4)：355.

[18]孫愛軍.骨橋蛋白在血管重塑中的作用[J].國外醫(yī)學(xué)生理病理科學(xué)與臨床分冊，200l，2l(6)：474.

[19]Giachelli CM,Bae N,Almeida M,et al.Osteopontin is elevated during neointima formation in rat arteries and is a novel component of human atherosclerotic plaques.J Clin Invest,1993,92(4):1686-1696.

[20]許麗輝，韓 梅，溫進坤.基質(zhì)金屬蛋白酶-2和骨橋蛋白基因在動脈粥樣硬漢組織中的表達[J].中國老年學(xué)雜志，200l，21：41.

[21]Demer LL,Titut Y.Osteopontin between a rock and a hard plaque[J].Girc Res,1999,84:250.

[22]張紅軍.骨橋蛋白的功能及與消化系統(tǒng)等疾病的關(guān)系[J].國外醫(yī)學(xué)生理病理及臨床分冊，1999，19(6)：524.

[23]賀 斌，劉銀坤，湯釗猷，等.肝癌中骨橋蛋白表達的臨床意義[J].中華肝臟病雜志，1998，6(4)：208.

[24]Qu H,Brown LF,Senger DR,et al.Ultrastructural immunogold localization of osteopontin in human gallbladder epithelial cells[J].Histochem Cytochem,1994,42:351-61.

[25]Brown LF,Papadopoulos-Sergiou A,Beres B,et al.Osteopontin expression and distribution in human carcinomas[J].Amathol,1994,145(3):610.

[26]Yamamoto M,Aoyagi M,Azuma H,et a1.Changes in osteopontin mRNA expression during phenotypic transition of rabbit arteral smooth muscle cell[J].Histochem Cell Bid,1997,107:279.

[27]Conter RL，Reslyn JJ，Porter Fink V,et a1.Gallbladder absorption increase during early cholesterol gallstone formation[J].Am J Surg,1986,151(1):184-191.

[28]常連勝，馮 陶，郭應(yīng)祿，等.結(jié)石患者尿骨橋蛋白測定的臨床意義[J].中華泌尿外科雜志，2000，2l(12)：709.

[29]常連勝，馮 陶，郭應(yīng)祿，等.維生素D和維生素K對結(jié)石大鼠腎臟骨橋蛋白r-RNA表達的影響[J].北京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，1999，31(5)：429.

[30]Saeed R，Khan，Joanne M，et a1.Expression of osteoponfin in rat kidneys：induction during ethylene glycol induced calcium oxalate nephrolithiasis.J Am Soc，2002.168：1173-1181.

[31]Patarca R，Saavedra RA，Cantor H.Molecular and cellular basis，of geneticresistance to bacterial infection:the role of the early T-lymphocyte activation-1/osteopontin gene[J].Crit Rev Immunol，1993，13(3-4)：225.

[32]Weber GF，Ashkar S，Glimcher MJ，et al.Receptor-ligand interaction between CD44 and osteopontin(Eta-1)[J].Science，1996，27l(1)：509.

[33]Katagiri YU，Sleeman J，F(xiàn)ujii H，et al.CD44 variants but not CD44s cooperate with beta l-containing integrins to permit cells to bind to osteopontin independently of arginie-glycine-aspartic acid,thereby stimulating cell motility and chemotaxis[J].Cancer Res,1999,59(1):219.