劉曉輝(綜述)， 崔 舜(審校)

骨是一種礦化結締組織，具有四種類型的細胞：骨祖細胞、成骨細胞、骨細胞和破骨細胞。其中成骨細胞由骨髓間充質干細胞分化而來，負責新骨形成；破骨細胞來源于骨髓單核巨噬細胞，由單核細胞融合而成，參與骨吸收。在骨代謝過程中，成骨細胞和破骨細胞通過骨形成和骨吸收來維持骨骼礦化平衡及自身結構的完整[1]。骨形成與骨吸收之間的動態(tài)平衡也是損傷骨更新與修復的關鍵，一旦失衡，常導致某些代謝性骨病，如骨質疏松癥和炎癥性骨病。

1 晚期糖基化終末產物受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)及其配體概述

RAGE是免疫球蛋白超家族跨膜蛋白中的一員,它是一種多配體受體，能夠與多種內源性、外源性配體結合,并激活炎癥反應[2]。目前發(fā)現可被RAGE識別的配體包括晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)、高遷移率族蛋白B1(high mobility group box-1 protein，HMGB1)、β-淀粉樣肽(amyloid β，Aβ)、S100鈣粒蛋白家族、補體等[3,4]?，F已發(fā)現RAGE及其配體在骨骼穩(wěn)態(tài)和疾病進展中起重要作用：AGEs、HMGB1、Aβ、S100鈣結合蛋白家族等均能影響成骨細胞活性[5]。RAGE在破骨細胞成熟和分化過程中也具有重要意義，研究[6]發(fā)現RAGE敲除小鼠表現出破骨細胞功能缺陷，骨吸收活性降低，顯示出骨硬化樣表型。本文綜述了RAGE及其配體在骨代謝進程中的最新進展，并揭示了它們在骨代謝疾病(如骨質疏松癥、骨關節(jié)炎)中的發(fā)病機制，為骨代謝疾病的靶向治療提供新思路。

2 RAGE及其配體影響骨代謝的作用機制

2.1AGEs對骨代謝的影響 AGEs是蛋白質、脂類或核酸的游離氨基與還原糖的羰基之間通過非酶促糖基化反應生成的穩(wěn)定共價加成物。AGEs與RAGE結合，激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路和核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)等信號通路，從而調控炎癥細胞因子、生長因子和黏附分子的表達[7,8]。AGEs與RAGE結合，負性調控成骨細胞，與多種炎性疾病的骨丟失機制密切相關。AGEs可以通過抑制間充質干細胞的遷移和增殖，間接影響成骨細胞形成，導致骨小梁的損失[9]。此外，AGEs可以減少骨形成相關基因(如堿性磷酸酶和骨鈣素)的表達，并減少骨基質蛋白(如膠原蛋白)的合成和分泌，干擾基質礦化和成熟骨結節(jié)形成，從而減弱成骨細胞活性[10]。AGEs與RAGE相互作用，可以通過以下途徑誘導成骨細胞凋亡：一種是激活caspase-3信號通路誘導細胞凋亡[11]；另一種是通過增加細胞內活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產生，促進MAPK磷酸化，觸發(fā)內在細胞凋亡途徑，最終導致成骨細胞凋亡[12]。研究[13]發(fā)現，低劑量AGEs通過誘導成骨細胞自噬，對其增殖有促進作用，同時降低破骨細胞功能；反之，高劑量AGEs則誘導成骨細胞凋亡。AGEs對破骨細胞影響存在較大爭議。研究[14,15]顯示，AGEs在破骨細胞分化不同階段所發(fā)揮的作用不同。在破骨細胞前體細胞融合階段，AGEs顯著降低了骨吸收；在破骨細胞分化成熟階段，AGEs主要通過增加足小體的數量從而刺激骨吸收。AGEs還可以通過降低膠原更新和蛋白多糖合成速率，導致關節(jié)軟骨細胞合成障礙，降低關節(jié)軟骨細胞在損傷后維持軟骨基質完整性的能力[16]。此外，細胞自噬能夠通過下調金屬蛋白酶減少AGEs對軟骨基質的損傷[17]。

2.2HMGB1對骨代謝的影響 HMGB1是一種進化上高度保守的染色質結合蛋白，可作為炎癥介質在細胞活化、應激、損傷或死亡后釋放到細胞外引起炎癥反應。HMGB1能驅動成骨細胞遷移，并促進骨折部位的血管形成，也可以刺激軟骨內骨形成[18]。體外研究[19]發(fā)現，HMGB1可以激活MAPK通路上重要的信號分子P38和ERK，促進骨髓間充質干細胞分泌各種細胞因子，以刺激成骨分化。對于破骨細胞，HMGB1直接作用于骨髓單核巨噬細胞(破骨細胞前體細胞)，通過激活Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)來影響破骨細胞分化的早期階段。在破骨細胞分化后期，HMGB1可以通過激活RAGE來刺激其分化。凋亡的骨細胞也可以釋放HMGB1信號，通過增強破骨細胞遷移進而促進骨吸收[20]。這一現象是微損傷骨正常修復的基礎，也是衰老和炎癥條件下骨丟失的原因之一。

2.3S100家族對骨代謝的影響 S100家族是一個鈣結合蛋白的獨特亞家族，能夠傳導Ca2+信號，以自分泌或旁分泌的形式在細胞內外發(fā)揮重要生物學活性。其中S100蛋白家族成員S100A4直接抑制破骨細胞分化，其原因可能是通過誘導成骨細胞產生可溶性RAGE[21]。S100A4還可通過激活NF-κB途徑抑制成骨細胞的礦化功能[22]，從而導致骨穩(wěn)態(tài)失衡。研究發(fā)現S100蛋白家族重要成員S100A8能通過促進肌動蛋白環(huán)的形成來刺激破骨細胞活性，使骨吸收能力增強。但S100A8調控骨代謝的作用不由RAGE介導，而是通過結合TLR4影響破骨細胞增殖分化[23]。S100A16蛋白是S100蛋白家族的一個新成員，在不同的組織類型中均有表達[24]。研究[25]表明S100A16在間充質干細胞分化過程中可抑制成骨分化，促進成脂分化，降低成骨細胞轉錄因子2(runt-related transcription factor 2，Runx2)的表達。

2.4Aβ對骨代謝的影響 Aβ是由淀粉樣蛋白前體(amyloid precursor protein，APP)水解產生，在阿爾茨海默病的發(fā)病機制中起著關鍵作用。Aβ在骨髓間充質干細胞、成骨細胞、破骨細胞中均有表達[26]。體內研究[27]顯示，相較于野生鼠，幼年APP轉基因小鼠骨皮質內礦物質沉積率顯著降低，成年小鼠的血清骨鈣素水平也較低，表明APP在小鼠骨形成中有負面作用。此外，Aβ可以通過結合RAGE刺激破骨細胞的增殖，增加破骨細胞活性。但Aβ對于破骨細胞的調控有雙相作用，一定濃度的Aβ可以刺激破骨細胞的增殖分化，而高濃度的Aβ反而對其有抑制作用[28]。

2.5補體對骨代謝的影響 補體活性片段C3a是RAGE的高親和配體[4]。補體對骨代謝的作用是由Sato團隊首次證實的。Sato等[29]早期研究表明，將1,25(OH)2D3添加到小鼠骨髓基質細胞(ST2)和原代成骨細胞里，補體C3逐漸增加，并且C3能促進破骨細胞分化。補體對成骨細胞具有調節(jié)作用，研究[30]發(fā)現C5aR的mRNA在成骨分化過程中顯著上調，且C3a、C5a與炎癥因子IL-1β共同刺激可顯著誘導成骨細胞炎癥因子IL-6和IL-8的釋放。C3a和C5a對破骨細胞生成也具有調節(jié)作用，它們可直接誘導破骨細胞形成，同時補體活性片段能通過調節(jié)炎癥刺激因子IL-6的生成進而調控破骨細胞的分化[30,31]。但補體如何通過結合RAGE影響炎癥狀況下的骨代謝，目前尚無深入的研究。

3 RAGE及其配體對骨代謝疾病的影響

3.1RAGE及其配體對骨關節(jié)炎的影響 骨關節(jié)炎是常見的骨代謝疾病，屬于關節(jié)的退行性病變，其特征是關節(jié)軟骨退化、軟骨下骨硬化、骨贅形成、滑膜肥厚增生。骨關節(jié)炎中RAGE的配體AGEs在軟骨細胞中大量聚集，軟骨中AGEs的水平升高會顯著減少軟骨細胞數量，破壞軟骨細胞外基質，并通過增加膠原分子之間的交聯，增加軟骨的硬度，導致軟骨結構和功能破壞[17]。除了改變軟骨細胞的活性外，研究[32]發(fā)現RAGE的激活還可以影響滑膜細胞的活性。AGEs通過激活滑膜細胞上的RAGE可以促進細胞產生基質金屬蛋白酶1(matrix metalloproteinase 1，MMP1)，釋放蛋白聚糖，增加軟骨降解。除了AGEs，研究[33，34]發(fā)現HMGB1和S100蛋白家族S100A11、S100A4和S100B在軟骨細胞中的表達水平同樣上調，產生基質金屬蛋白酶和多種炎癥因子加速軟骨組織退行性病變。此外，有證據[35]顯示HMGB1從受損或壞死的細胞中釋放出來，并與TLR4和RAGE相互作用以誘導炎癥信號，激活先天免疫細胞，并以RAGE依賴性方式增加滑膜細胞的侵襲性。在骨關節(jié)炎中，骨贅形成也是其主要病理特征之一。關于骨贅形成原因一直具有爭議，目前認為骨關節(jié)炎骨贅形成的主要原因有軟骨降解、成骨細胞骨形成、破骨細胞骨吸收平衡被打破及炎癥因子增加造成骨髓微環(huán)境破壞[36]。在骨關節(jié)炎中，AGEs大量積累，在破骨細胞分化的不同階段影響其吸收[37]。因此，RAGE及其配體結合，上調多種炎癥因子，打破骨內平衡可能會成為骨關節(jié)炎骨贅形成的重要機制。

3.2RAGE及其配體對骨質疏松的影響 骨質疏松是一種常見的全身性骨病，其特征為骨量低，骨組織微結構損壞，導致骨脆性增加，易骨折。RAGE及其配體結合能夠通過增加促炎因子和免疫調節(jié)因子來促進破骨細胞骨吸收，在多種炎性疾病所造成的骨質疏松中扮演重要角色。AGEs對糖尿病并發(fā)骨質疏松的發(fā)病機制起重要作用。糖尿病背景下AGEs大量形成和積累，AGEs及其受體RAGE結合可誘導成骨細胞和破骨細胞產生氧化應激，繼而引起炎癥反應，從而參與糖尿病骨質疏松發(fā)病機制[38]。AGEs-RAGE的相互作用還能抑制成骨細胞的增殖和分化，從而導致糖尿病患者骨密度降低[10,11]。雖然AGEs對破骨細胞的作用爭論較大，但是在體外分化的RAGE蛋白缺陷破骨細胞中，破骨細胞分化被抑制，骨吸收功能降低[6]。AGEs-RAGE系統還能抑制骨髓間充質干細胞遷移以及向成骨細胞的分化[9]，從而間接導致糖尿病患者的骨質疏松癥。抑制骨基質中AGEs的產生，阻斷成骨細胞、破骨細胞和骨髓間充質干細胞之間的AGEs-RAGE系統，可能成為治療糖尿病骨質疏松的新策略。RAGE的另一配體Aβ能抑制成骨細胞的增殖及功能[27]，依齡性調控破骨細胞功能[28]，導致成骨-破骨細胞耦聯失衡，這是造成阿爾茨海默病患者骨質疏松的重要原因。此外，HMGB1也被認為是一種骨活性細胞因子，凋亡骨細胞釋放HMGB1信號促進破骨細胞遷移是炎癥條件下骨質疏松的重要原因[20]。另外補體系統對骨代謝的研究在近年也取得一定進展。體內實驗研究[39]表明，補體C3在卵巢切除術后參與小鼠骨內穩(wěn)態(tài)調控，缺乏補體C3可減少骨質流失，改善骨小梁微結構及骨骼機械性能，這為女性絕經后骨質疏松提供了新的治療思路。

4 結語

RAGE作為固有免疫的重要因子，在骨代謝疾病中發(fā)揮了重要作用。本文綜述了RAGE及其配體在骨代謝進程研究的最新進展，并揭示了它們在骨代謝疾病(例如骨質疏松、骨關節(jié)炎)中的發(fā)病機制。目前，研究者已經針對RAGE及其配體在骨代謝中的作用開發(fā)出一些小分子抑制劑，如TTP488，它可以抑制RAGE結合多種配體的能力；FPS-ZM1能夠防止成骨細胞和骨細胞中RAGE介導的線粒體功能障礙和細胞凋亡[3]。這些小分子抑制劑在骨代謝疾病的治療應用中具有很大潛能。除此之外，研究者還發(fā)現血管緊張素受體阻滯劑厄貝沙坦，能通過抑制AGEs-RAGE介導的氧化應激造成的有害影響，在糖尿病相關的骨損傷中起保護作用[40]。目前對于RAGE及其多種配體在骨骼系統中所發(fā)揮的作用仍處在初步研究階段，它們在骨代謝進程中涉及的不同受體，多種細胞類型，各種細胞因子之間的相互作用及信號通路等尚未完全被發(fā)現，相關骨代謝疾病的靶向治療應用也有待進一步探索。