施彥龍 李應(yīng)福 謝興文 李寧 魏國(guó)俊 郭宏剛 錢敏 柳博

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730030 2.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州 730050 3.甘肅省中醫(yī)院，甘肅省中醫(yī)藥研究院，甘肅 蘭州 730050 4.西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730030

OP的特征在于骨量減少、骨組織微觀結(jié)構(gòu)破壞，表現(xiàn)為骨板多孔并變薄，骨小梁變細(xì)、數(shù)量減少、發(fā)生斷裂，典型臨床特征是骨強(qiáng)度降低、脆性增加及結(jié)構(gòu)退化而易致骨折[1-7]。由于OB形成的新骨量比OC吸收的舊骨量少，所以骨代謝平衡軸發(fā)生紊亂，產(chǎn)生負(fù)平衡效應(yīng)，骨總量過度丟失導(dǎo)致OP的發(fā)生。其總體方向雖然明晰，但對(duì)具體機(jī)制的研究，部分仍未完全明確。目前關(guān)于OP相關(guān)信號(hào)通路的研究比較深入的主要有BMP/Smads、OPG/RANK/RANKL 2條通路，其中BMP/Smads主要調(diào)控OB，影響骨的形成；而OPG/RANK/RANKL則主要負(fù)責(zé)調(diào)控OC，以影響骨的吸收為主[5]。本文通過對(duì)中國(guó)知網(wǎng)、PubMed、維普和萬方數(shù)據(jù)庫(kù)中“骨質(zhì)疏松”、“BMP/Smads”、“OPG/RANK/RANKL”、“信號(hào)通路”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，篩選出近5年相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析與總結(jié)，旨在進(jìn)一步明確OP的發(fā)病機(jī)理，為OP的預(yù)防與治療開拓新的思路，提供新的理論依據(jù)。

1 BMP/Smads、OPG/RANK/RANKL 2條信號(hào)通路的研究進(jìn)展

1.1BMP/Smads信號(hào)通路

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)又稱骨形成蛋白，是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor-β，TGF-β)超家族的一員，在骨基質(zhì)中大量存在[8]。它能使肌肉和筋膜周圍游離且沒有分化的間充質(zhì)細(xì)胞和成纖維細(xì)胞向骨系細(xì)胞轉(zhuǎn)化，起到促進(jìn)骨折愈合的作用。并通過刺激細(xì)胞的復(fù)制以及DNA的合成，來促進(jìn)OB的分化[9]，是目前已知的最具特異性的骨形成誘導(dǎo)因子[5]。在調(diào)節(jié)骨代謝過程中，有經(jīng)典Smads途徑和非經(jīng)典MAPK途徑[10]。經(jīng)典途徑以BMP2、Smad-1，5，8為主要誘發(fā)分子，且BMP2通過Smad-1，5，8介導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來調(diào)控OB的分化與成熟。非經(jīng)典途徑主要包含ERK通路和P38通路，激活ERK通路可顯著提高OB活性；P38通路的激活則通過改善OB的礦化、提高BMP2蛋白的表達(dá)來促進(jìn)骨的形成[11]。此信號(hào)通路功能的缺失往往會(huì)導(dǎo)致骨量減少，從而誘發(fā)OP[12]。有研究[13-14]表明，BMP 2在OB的分化過程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，當(dāng)小鼠OB中 BMP 抑制劑 Noggin 過表達(dá)或BMP受體BMPR1不足時(shí)，OB的增殖和分化都會(huì)受到一定的抑制，甚至?xí)?dǎo)致小鼠發(fā)生OP，這在一定程度上證實(shí)了BMP信號(hào)通路能夠促進(jìn)OB分化的理論。孫雨晴等[9]研究發(fā)現(xiàn)，通過藥物作用上調(diào)BMP 2/Smads1及其通路中的其他重要相關(guān)mRNA蛋白分子，可明顯促進(jìn)體內(nèi)OB的分化，且表達(dá)關(guān)系非常密切。柴爽等[15]對(duì)去卵巢大鼠的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，通過藥物作用上調(diào)BMP 2蛋白和Smads1基因的表達(dá)，可明顯促進(jìn)OB的分化。這一系列新發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步表明BMP/Smads信號(hào)通路參與OB的增殖與分化并影響其活性及功能，一定程度上影響OP的發(fā)生及發(fā)展，可能會(huì)是OP發(fā)生機(jī)制與藥物治療方面新的研究熱點(diǎn)[10]。

1.2OPG/ RANK/RANKL 信號(hào)通路

骨保護(hù)蛋白(osteoprotegerin，OPG)、核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-kappa，RANK)和核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor -kappa B ligand，RANKL)通路的三聯(lián)體成分是腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)受體超家族的成員[16]。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[17-19]，此信號(hào)通路可能涉及以下途徑：①NF-κB途徑：RANK與TNF受體相關(guān)因子6(TNF receptor associated factor-6，TRAF6)結(jié)合后可以激活核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)誘導(dǎo)激酶，而后NF-κB復(fù)合物會(huì)由胞漿入核，進(jìn)而誘導(dǎo)OC成熟；② JNK途徑：RANK與TRAF6結(jié)合，也激活JNK，進(jìn)而誘導(dǎo)c-Jun/Fos活化蛋白-1(AP-1)活化并磷酸化c-Jun，活躍破骨前體細(xì)胞功能，產(chǎn)生OC；③Akt途徑：又稱蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)途徑，RANK與TRAF6結(jié)合并激活磷脂酰肌醇，參與到NF-κB的活化過程，加速OC分化；④鈣調(diào)磷酸酶/活化T細(xì)胞核因子(calcineurin/nuclear factor of activated tcells，CN/NFATc1)途徑：CN活化NFAT并快速入核，參與OC基因表達(dá)。

OPG由OB、骨髓間質(zhì)細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞分泌產(chǎn)生，其多肽鏈由一段信號(hào)肽、腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factorreceptor，TNF-R) 結(jié)構(gòu)域、2個(gè)同源性死亡(death domain homologous，DDH) 結(jié)構(gòu)域、1個(gè)肝素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(heparin binding domain) 共4個(gè)部分組成[20-21]。N端的D1-D4是生理功能部分，能和OC分化過程中的關(guān)鍵因子RANKL、免疫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的TNF相關(guān)細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)配體TRAIL相結(jié)合，它是抑制骨吸收，增加皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨密度、面積以及骨強(qiáng)度的關(guān)鍵細(xì)胞因子[17]。在骨組織中，OPG主要由OB產(chǎn)生，且隨著細(xì)胞的分化成熟進(jìn)一步增加，是目前發(fā)現(xiàn)對(duì)OC有直接負(fù)向調(diào)控作用的因子[22]。在OC分化微環(huán)境中，OPG又由OB和基質(zhì)細(xì)胞共同分泌，并與二者表面表現(xiàn)出高度親和力[23]。其主要發(fā)揮競(jìng)爭(zhēng)性抑制RANKL的功能性受體RANK與之結(jié)合，阻斷OB誘導(dǎo)的破骨前體細(xì)胞分化，進(jìn)而調(diào)控OC的功能[24]。有文獻(xiàn)[18]報(bào)道，將OPG給予卵巢切除術(shù)后小鼠，其骨小梁會(huì)顯著增多，而不給予OPG的小鼠則出現(xiàn)骨小梁減少，表明OPG可在一定程度上抑制骨吸收、預(yù)防骨丟失。喬松等[25]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)比非OP高齡患者，OP高齡患者血中OPG水平明顯下降(P<0.05)，表明OPG水平下降可能是OP高齡患者的發(fā)病原因之一。

RANK是一種I型同源三聚體跨膜蛋白，是目前已知的RANKL唯一受體激活劑[16,21]。在體內(nèi)主要表達(dá)于單核和巨噬細(xì)胞系，主要功能是在OC及其祖細(xì)胞表面與RANKL結(jié)合，直接促進(jìn)OC的分化成熟并阻止其凋亡。在體內(nèi)的存在方式有可溶型與跨膜蛋白型兩種，前者存在于血液中，能阻斷RANKL對(duì)OC的促分化生長(zhǎng)；后者存在于OC表面，可通過與RANKL選擇性結(jié)合促進(jìn)骨吸收[26]。有文獻(xiàn)[17,26]報(bào)道，小鼠RANK基因被敲除后，OC會(huì)明顯缺乏，導(dǎo)致非致命性石骨癥的形成。相反地，如果RANK基因出現(xiàn)過度表達(dá)，OC數(shù)量會(huì)顯著增加，骨吸收速度也會(huì)隨之加快，在臨床上主要表現(xiàn)為變形性骨炎(Paget病)。

RANKL是TNF家族II型同源三聚體蛋白，是影響骨形成和吸收的偶聯(lián)關(guān)鍵，其mRNA在骨組織與骨髓中表達(dá)最高[23]。有RANKL 1、2、3 3種亞型[27]，其中RANKL1、2是跨膜蛋白，對(duì)OC前體細(xì)胞增殖有增強(qiáng)作用；RANKL3為分泌蛋白，可抑制OC前體細(xì)胞的增殖。最新實(shí)驗(yàn)研究表明[20]，當(dāng)大鼠RANKL 過表達(dá)時(shí)，會(huì)增加骨吸收，導(dǎo)致骨脆性增大，誘發(fā)骨密度降低和其他OP相應(yīng)臨床表現(xiàn)。因此RANKL是維持OC功能并促進(jìn)其分化、延緩OC凋亡的關(guān)鍵因素[28]。曹燕明等[29]研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)比骨質(zhì)疏松性骨折(OPF)組患者與對(duì)照組患者骨折斷面內(nèi)骨組織總RNA，采用RT-PCR技術(shù)檢測(cè)并比較兩組間各蛋白因子mRNA表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)OPF組患者RANKL因子表達(dá)明顯升高(P<0.05)，表明OPF與RANKL因子破骨作用增強(qiáng)有關(guān)。

2 BMP/Smads、OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路在骨質(zhì)疏松中的杠桿作用

2.1BMP/Smads信號(hào)通路影響骨形成的機(jī)制

BMPs在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)的分化及增殖為OB的過程中起到中樞性作用，主要通過BMP2和Smads信號(hào)通路來引發(fā)細(xì)胞應(yīng)答[30]。在BMP2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，OB中的BMP2/Smads信號(hào)通路可通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子核心結(jié)合蛋白(Cbfα1/Runx2)和OB特異性轉(zhuǎn)錄因子(Osterix)的表達(dá)，進(jìn)一步影響OB的分化[31-32]。大體機(jī)制為BMP2與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的Smads蛋白并使其磷酸化，然后由胞質(zhì)進(jìn)入胞核，作用于下游靶基因，激活特定轉(zhuǎn)錄，影響OB的分化，防止OP的發(fā)生[33]。此過程中，Smads蛋白作為關(guān)鍵輔助調(diào)節(jié)因子，需與Cbfα1/Runx2和Osterix相互作用，影響成骨相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，使骨前體細(xì)胞進(jìn)一步分化并啟動(dòng)OB特異因子的表達(dá)，從而促進(jìn)骨形成[9]。在Smads信號(hào)通路中，具有絲氨酸/蘇氨酸酶激活性的I、II型受體和細(xì)胞中所含有的Smads蛋白將信號(hào)從細(xì)胞表面?zhèn)魅爰?xì)胞核內(nèi)，BMP首先與II型受體結(jié)合使其磷酸化，之后II型受體磷酸化I型受體的GS 區(qū)，結(jié)合后形成活化復(fù)合物，將諸多下游受體調(diào)節(jié)Smads(R-Smads)激活。磷酸化的R-Smads與受體分離，在核內(nèi)與其他相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，調(diào)節(jié)下游基因轉(zhuǎn)錄來上調(diào)Runx2和Osterix的表達(dá)，進(jìn)一步影響OB的分化，促進(jìn)骨形成來減少OP的發(fā)生[8]。羅艷等[34]選取了60例OP導(dǎo)致的股骨大轉(zhuǎn)子骨折患者，隨機(jī)分為對(duì)照組和觀察組，每組各30例，對(duì)照組予常規(guī)手術(shù)內(nèi)固定治療，觀察組在此基礎(chǔ)上給予鮭魚降鈣素鼻噴劑治療，評(píng)定兩組患者骨折愈合情況后，發(fā)現(xiàn)觀察組骨折愈合情況明顯優(yōu)于對(duì)照組。術(shù)后15 d和30 d分別采取清晨空腹靜脈血，常規(guī)分離血清后采用酶聯(lián)免疫吸附法(Elisa法) 測(cè)定兩組患者血清內(nèi)BMP2水平，發(fā)現(xiàn)觀察組指標(biāo)明顯優(yōu)于對(duì)照組。這表明BMP2在OP所致的骨折愈合過程中起到了重要的促進(jìn)作用。此外劉小鈺等[35]報(bào)道，補(bǔ)骨脂素能上調(diào)BMP2基因的表達(dá)，并且能提高Smad-1，Smad-5以及Smad-8的磷酸化水平，促進(jìn)OB的分化與增殖，加快鈣鹽的沉積，發(fā)揮抗OP的作用。

2.2OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路影響骨破壞的機(jī)制

RANKL通過與RANK結(jié)合，使破骨前體細(xì)胞接收信號(hào)分子，促進(jìn)其向OC分化[24]。OPG可競(jìng)爭(zhēng)性抑制并有效阻斷RANKL與破骨前體細(xì)胞上的RANK結(jié)合，延緩前體OC的活化，抑制骨吸收，達(dá)到維持骨代謝平衡的目的[36]。OPG/RANKL的比率是評(píng)價(jià)骨健康與調(diào)節(jié)骨吸收平衡的重要杠桿指標(biāo)[16,37-38]。當(dāng)OB釋放的RANKL與破骨前體細(xì)胞表面的RANK受體相結(jié)合后，TRAFs會(huì)與RANK胞質(zhì)區(qū)快速結(jié)合，成功結(jié)合后可將下游信號(hào)通路激活，最終達(dá)到促進(jìn)OC分化、成熟、生存的作用[26,37,39]。除RANKL的天然偽受體OPG外，G 蛋白偶聯(lián)受體48(GPR48)，是RANKL的一個(gè)重要受體，通過參與OC分化過程，與RANK競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合RANKL，抑制OC生成過程中活化T細(xì)胞核因子的表達(dá)和活性，從而抑制RANK/RANKL信號(hào)軸OC分化和骨吸收[40]。有研究表明[39]，在OP小鼠模型中GPR48胞外域可治療RANKL誘導(dǎo)的骨量丟失，可能在一程度上為治療OP提供了一些新的思路和方法。李佳凌等[41-42]報(bào)道，諸多補(bǔ)腎中藥均能通過影響OPG/RANK /RANKL信號(hào)通路來達(dá)到抑制OC功能、防治OP的作用。如骨碎補(bǔ)可上調(diào)OPG/RANKL比值，來阻礙OC分化，從而減緩OP的發(fā)生；淫羊藿苷能明顯上調(diào)OB中OPG蛋白表達(dá)指標(biāo)，且能提高OPG/RANKL的比值來影響骨吸收。

3 總結(jié)與展望

通過近些年的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)在OP這個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程的發(fā)生與發(fā)展中所涉及到的分子信號(hào)通路的認(rèn)識(shí)已經(jīng)取得一定成果，從本文所搜集到的文獻(xiàn)資料來看，目前普遍認(rèn)為BMP/Smads信號(hào)通路通過調(diào)控OB的活化來影響骨形成過程；而OPG/RANK/RAKNL信號(hào)通路則通過調(diào)節(jié)OC的活化和成熟來促進(jìn)骨吸收，參與骨的重建過程。

當(dāng)然我們也應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到目前所面臨的困境，在OP發(fā)生過程中所涉及到的信號(hào)通路數(shù)量非常龐雜，機(jī)制也復(fù)雜異常，并且各信號(hào)通路在OP發(fā)生過程中的作用也不是單一的。如目前雖然己經(jīng)明確BMP信號(hào)通路在OB的生成和活化過程中具有重要作用，但是也有報(bào)道[8]指出，其也間接地在OC的生成中發(fā)揮重要作用，如BMP2在OC分化作用前期時(shí)抑制其形成，而在RANKL作用之后又促進(jìn)OC的形成。另外骨代謝過程中信號(hào)通路間還存在一定的交織與協(xié)調(diào)，如柴爽等[15]研究發(fā)現(xiàn)BMP/Smads信號(hào)通路可以通過上調(diào) OPG 的表達(dá)來抑制OC的分化。但目前想通過綜合調(diào)控各條信號(hào)通路來防治OP尚缺乏有效臨床報(bào)道[43]，這可能也是以后需要進(jìn)一步的研究來解決的熱點(diǎn)問題。

雖然現(xiàn)在我們面臨諸多困局，但祖國(guó)醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展為我們提供了新的突破口。近年來，有很多中醫(yī)藥通過激活相關(guān)信號(hào)通路提高OB的功能活性來促進(jìn)骨形成，從而防治OP的文獻(xiàn)報(bào)道[9]。如柴爽等[15]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將由補(bǔ)骨脂、淫羊藿、肉蓯蓉等10 味中藥組成的方劑作用于去卵巢大鼠絕經(jīng)后OP模型，發(fā)現(xiàn)此方劑可以通過調(diào)控BMP2 / Smads通路的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來上調(diào) Runx2 基因的表達(dá)，從而促進(jìn)OB的分化，可以使去卵巢大鼠絕經(jīng)后OP模型的骨密度得以提高，生物力學(xué)性能得以改善。有文獻(xiàn)[44]指出，補(bǔ)腎中藥主要通過 BMP/Smads、Wnt /β-catenin等信號(hào)通路促進(jìn)OB的成骨作用，通過OPG/RANK/RANKL、雌激素等信號(hào)通路抑制OC的破骨作用，達(dá)到預(yù)防OP的目的。其中淫羊藿、補(bǔ)骨脂通過上調(diào) BMP/Smads信號(hào)通路中BMP2、Smad1、5、8以及Wnt信號(hào)通路中的β-catenin等關(guān)鍵蛋白與基因的表達(dá)，促進(jìn)OB的形成，對(duì)OP的預(yù)防可能有一定的指導(dǎo)意義。這充分說明中醫(yī)藥在防治OP的應(yīng)用方面有著較為廣闊的前景，研究?jī)r(jià)值巨大。但同時(shí)我們也要清楚地認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)階段對(duì)中醫(yī)藥防治OP的研究，主要集中在分子生物細(xì)胞學(xué)水平，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型研究領(lǐng)域比較單一，缺乏大樣本、多層次和多中心的臨床及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，且具體機(jī)制還有待深入研究，特別是中醫(yī)藥發(fā)展領(lǐng)域[45]。這啟示我們今后要多開展與中醫(yī)藥相關(guān)的臨床及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，將傳統(tǒng)中醫(yī)藥與分子生物細(xì)胞學(xué)充分結(jié)合，深入揭示中醫(yī)藥防治OP的具體機(jī)理，提高中醫(yī)藥在防治OP過程中的安全性和有效性，以期為進(jìn)一步深層次了解和利用祖國(guó)中藥材積極防治OP提供可靠的依據(jù)，指明正確的方向。