彭詩意 郭曉英

1.中國醫(yī)科大學第一臨床學院，遼寧 沈陽 110122 2.中國醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院，遼寧 沈陽 110122

骨組織由骨祖細胞、成骨細胞、破骨細胞和骨細胞及骨基質構成，成骨細胞可通過分泌堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)等調節(jié)骨組織的生成，而破骨細胞能釋放多種有機酸、水解酶溶解和吸收骨組織，骨重建依賴于這兩種細胞之間的動態(tài)平衡，從而保持正常的骨強度[1]。作為骨代謝的重要特征之一，骨重建受多種因素的調節(jié)，如甲狀旁腺素、骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMPs)、環(huán)境污染物[2]等，內分泌因子的缺乏以及內分泌干擾物的毒性作用可造成骨量丟失，引發(fā)如類風濕性關節(jié)炎、骨質疏松等骨疾病[3]。

二噁英是一類內分泌干擾物，主要來源于各種燃燒過程，如吸煙、城市和工業(yè)垃圾的焚燒等，廣泛存在日常環(huán)境中。TCDD被認為是毒性最強的二噁英類化合物，研究發(fā)現(xiàn)，TCDD有肝毒性、致癌性、發(fā)育毒性、致畸性等[4]，其生殖內分泌干擾毒性對調節(jié)骨的發(fā)育、礦化和重建也有重要意義[1]。本文將對TCDD對骨發(fā)育與代謝的影響及相關機制的研究進展進行綜述。

1 TCDD對骨物理性質的影響

不同時期暴露于不同劑量的TCDD，可導致骨組織不同程度的病理改變，影響骨的物理特性。Herlin等[5]發(fā)現(xiàn)，成年小鼠暴露于200 μg/kg TCDD導致可AhR(+/+)小鼠骨基質變硬、皮質骨變薄、骨骼機械性變弱，并且最顯著的是骨小梁骨化率增加。Fader等[6]證實，將產后25 d的幼鼠暴露于30 μg/kg TCDD 28 d，其股骨骨小梁體積分數(shù)(bone volume fraction，BVF)增加，這是TCDD損害骨吸收而成骨活動增強的結果。而Dobrzynski 等[9]的實驗表明，5 μg/kg TCDD能增加骨吸收，同時伴隨著成骨作用增強，但由于礦化不全，導致骨硬化，而礦化的不足也將使骨的機械結構性質發(fā)生改變。Yun等[7]通過體外實驗發(fā)現(xiàn)TCDD能抑制ALP的活性與遷移能力以及骨基質細胞的趨化作用，減弱骨基質的礦化。Watson等[8]用0.15 nmol/L和0.3 nmol/L的TCDD對胚胎期的脊椎動物青鳉染毒，發(fā)現(xiàn)TCDD可減少其椎體的骨化。

上述研究結果均為TCDD導致骨形態(tài)畸形的佐證，但TCDD對骨吸收作用研究結果有差異，這可能是由于TCDD染毒劑量、實驗對象和染毒時間不同造成的，具體原因還需研究證實。此外還有大量研究提供了TCDD影響骨物理性質的依據(jù)，相關參數(shù)和結果見表1。學者們還指出，AhR拮抗劑如α-萘黃酮、白藜蘆醇、生育酚等能減輕TCDD對骨的毒害作用，這些結果提示，TCDD影響骨代謝的主要機制可能與AhR有關[7-8]。近年來，低濃度TCDD對生命早期骨骼系統(tǒng)的危害備受關注，研究表明，TCDD對成年骨的損害，在一定程度上是可逆的，但生命早期的致畸作用是否也能通過藥物干預得到有效的控制，未來仍需更多的研究作進一步探討。

表1 TCDD對骨物理及生化特性的影響Table 1 The effects of TCDD on bone physical and biochemical properties

注：CYP1A1，細胞色素P450 1A1；Cox-2，環(huán)氧化酶-2；Runx2，RUNT相關轉錄因子2；ALP，堿性磷酸酶。

2 TCDD影響骨代謝的機制

2.1 TCDD與AhR

TCDD對骨細胞有高親和力，是AhR的強效激活劑[6]。AhR是一種環(huán)境污染物相關受體，是具有螺旋-環(huán)-螺旋結構的配體激活轉錄因子，廣泛存在于全身臟器中[15]。活化的AhR可引起各種生物學效應，如致毒性、免疫應答、骨重建等[1]。TCDD可激活與AhR有關的RANKL、MAPK和Wnt等不同信號通路干擾骨代謝。

2.1.1AhR與RANKL信號通路

核因子κB 受體活化因子配體(RANKL)是一種II型跨膜蛋白，主要來源于骨細胞和成骨細胞等[16]。當成骨細胞表達的RANKL與破骨前體細胞上的核因子κB 受體活化因子(RANK)結合時，與破骨細胞形成有關的腫瘤壞死因子受體6(TRAF6)也與RANK結合，使核因子κB(NF-κB)活化并轉運入核，核內活化的NF-κB與c-Fos和T細胞核因子(NFATc1)等發(fā)生一系列反應后，破骨細胞相關基因開始表達。Izawa等[15]發(fā)現(xiàn)，RANKL/AhR/c-Fos信號軸對破骨細胞的發(fā)生起關鍵作用。在破骨細胞生成的早期階段，RANKL可上調AhR的表達，進而激活c-Fos，誘導破骨細胞終末分化調節(jié)因子NFATc1的表達，且AhR配體激動劑也可激活AhR/c-Fos通路，促進破骨細胞生成。而Yang等[17]證實，TCDD能上調RANKL的表達，而AhR拮抗劑能抑制此作用，說明TCDD對RANKL的調控與AhR有關，但具體機制尚不十分清楚。

此外，TCDD可激活細胞色素P450家族(cytochrome P450，CYP450)中的CYP1a/1b，CYP1是AhR的靶基因，其與AhR相互作用可誘導破骨細胞增生[17-18]。Iqba等[18]在野生型破骨細胞中觀察到，RANKL可顯著上調CYP1A1/2表達，但在AhR-/-的破骨細胞中無此變化，且在缺乏CYP1的細胞中，RANKL和TCDD對破骨細胞的誘導受到抑制，由此得知，TCDD-AhR可通過激活CYP1介導促進破骨細胞生成。

綜上，TCDD與RANKL/AhR信號通路對骨重建的影響主要是通過調控破骨細胞的活動實現(xiàn)的，該信號通路可能對靶向AhR治療骨代謝相關疾病有一定意義。

2.1.2AhR與MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)是動物細胞內廣泛存在的介導細胞反應的重要信號通路，主要包括ERK、JNK和P38。研究發(fā)現(xiàn)，內皮一氧化氮合酶(eNOS)分泌的NO可抑制骨吸收，而活化的ERK 1/2可上調eNOS的表達，下調RANKL的表達，從而促進骨形成，減少骨量丟失[19]。Ge等[20]稱ERK1/2可誘導增強成骨細胞分化的主要轉錄因子Runx2的活化，促進成骨細胞增殖和分化，但Yu等[14]發(fā)現(xiàn)膠原誘導性關節(jié)炎(collagen-induced arthritis，CIA)小鼠的骨組織中AhR高表達，TCDD能通過激活AhR活化ERK通路，抑制成骨細胞增殖和分化，加速骨量丟失，而在加入ERK抑制劑后，TCDD對成骨細胞的抑制作用被逆轉。學者還發(fā)現(xiàn)，TCDD激活MAPKs是誘導AhR依賴基因轉錄和CYP1A1表達的關鍵[22]，活化的AhR可通過增強MAPK/ERK磷酸化顯著抑制成骨細胞的增殖和分化[14]，但機制尚未明確。

目前研究證實，TCDD對骨代謝的影響與MAPK信號通路密切相關，但TCDD-AhR介導的ERK信號通路在成骨細胞作用存在一定的爭議，且具體的級聯(lián)信號及其生物意義還待進一步探究。

2.1.3AhR與Wnt信號通路

Wnt信號通路可通過經典和非經典Wnt信號通路調控成骨細胞與破骨細胞分化[23]。Wnt3a是經典Wnt信號通路的重要組成部分，能誘導ALP表達，還可間接激活能誘導骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化的BMPs[24]。R-spondin家族是Wnt信號通路的激活蛋白，Rspo1可與Wnt3a協(xié)同激活經典Wnt/β-catenin信號通路，誘導成骨細胞分化和骨保護素(osteoprotegerin，OPG)的表達，而后者可抑制破骨細胞的生成，但Rspo1單獨對Wnt信號通路激活作用不明顯[25]。早期研究稱過度表達的Rspo2可促進成骨細胞生成[26]，但在近期研究中，學者發(fā)現(xiàn)Rsop2可抑制成骨細胞生成和骨礦化，導致骨量丟失[27]。Wnt5a作為非經典Wnt通路的重要組成部分，可激活此通路，誘導RANK的表達，提高破骨細胞的活性[28]。Tong等[29]發(fā)現(xiàn)TCDD可通過激活AhR，下調CIA小鼠骨髓間充質干細胞中的β-catenin表達，抑制成骨細胞生成，而Wnt3a激活Wnt/β-catenin通路可在部分減輕TCDD對成骨細胞的抑制作用。但也有研究稱，TCDD能增強β-catenin的表達[30]。此外，學者還證實，在小鼠腭發(fā)育過程中給予AhR激動劑TCDD，能抑制Wnt5a的活性，干擾腭骨發(fā)育，但是Wnt5a是否由TCDD-AhR途徑發(fā)揮作用還有待研究[31]。

上述結果在一定程度上反映了TCDD激活AhR后可介導Wnts信號通路，調控成骨細胞和破骨細胞生成，但具體效應和作用機制還未明確。近年有報道稱c-Myc可作為β-catenin靶點，以NFATc1依賴或非依賴方式參與RANKL/RANK信號通路對破骨細胞的調控[32]，但是否與TCDD-AhR有關還有待探究。

2.2 TCDD的抗雌激素作用

雌激素可通過雌激素受體(estrogen receptor，ER)介導破骨細胞凋亡和成骨細胞增殖分化，從而調控骨代謝，其水平的下降是導致絕經婦女骨質疏松癥的主要原因[33]。有研究指出，TCDD能介導CuL4BAhR復合物的形成，泛素化修飾ER，促進其降解[34]。另外，胰島素樣生長因子(IGFs)也受到雌激素調控。IGF-II在骨中含量豐富，能促進成骨細胞分化，而胰島素樣生長因子結合蛋白6(IGFBP6)能抑制IGF-II表達。郭磊等[35]發(fā)現(xiàn)雌激素可抑制MC-3T3-E1細胞中IGFBP-6的表達，上調IGF-II的表達，而TCDD可激活AhR干擾ER與IGFBP-6啟動子區(qū)中雌激素受體作用元件ERE的結合，產生抗雌激素效應，抑制成骨細胞的增殖和分化。目前，有關TCDD對骨的抗雌激素作用報道尚少，且也有研究證實TCDD有類雌激素效應[36]，但兩者對骨代謝的影響和機制，以及其相互交叉作用還未十分清楚，希望今后的研究能進一步闡明。

3 結語

流行病學研究表明，TCDD有嚴重的致畸作用，長期暴露于TCDD的人群，其后代脊柱裂、腭裂等先天性缺陷病發(fā)病率增高[4]。動物實驗及體外試驗已經證實，TCDD可通過激活AhR介導不同的信號通路，對骨形態(tài)和代謝產生干擾作用，且MAPK、WnT與RANKL/RANK通路之間也有相互作用，具體機制見圖1，但其中涉及到的信號級聯(lián)及分子機制未來還需大量研究闡明。

圖1 TCDD介導骨代謝的機制Fig.1 Proposed mechanisms of TCDD-mediated bone metabolism

相關臨床研究還發(fā)現(xiàn)，長期吸煙者骨折和患骨質疏松的概率大大增加[18]，即使是暴露于低濃度TCDD，也可能增加罹患骨腫瘤的風險[17]。由于TCDD可呈劑量依賴性地干擾骨代謝，因此，不同性別的個體在不同生命階段暴露于不同劑量的TCDD對骨產生的影響仍待研究。明確相關疾病發(fā)生的機制，可為未來靶向AhR療法和利用AhR拮抗劑治療骨代謝相關疾病提供正確且有效的理論依據(jù)。