赫明超 王娜妮 杜塵 張巖 付勇芳 施杞 王擁軍*

1. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院脊柱病研究所，上海200032 2. 教育部筋骨理論與治法重點實驗室，上海 200032 3. 浙江省中醫(yī)藥研究院，浙江 杭州310007 4. 上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中醫(yī)婦科，上海 200437

骨骼是人體運動系統(tǒng)的一部分，具有運動、支持和保護身體、造血、儲藏鈣和磷酸鹽的作用。骨骼一直被認(rèn)為是惰性器官，近年來研究發(fā)現(xiàn)骨骼還具有內(nèi)分泌功能，具有感知和整合不同刺激以及向其他組織發(fā)送信號的能力[1]，骨源性因子如骨鈣素、脂質(zhì)運載蛋白2等能穿越血腦屏障，調(diào)節(jié)大腦功能[2-3]。骨與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的交互作用越來越受到人們重視，本文就骨骼對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控作用作一綜述。

1 骨源性因子

1.1 骨鈣素

骨鈣素(osteocalcin，OCN)是由成骨細(xì)胞分泌的一種非膠原酸性糖蛋白，因其分子中含有依賴維生素K的羧基谷氨酸殘基，故又名羧基谷氨酸蛋白[4]。OCN不僅是骨形成的代表指標(biāo)，還具有調(diào)節(jié)葡萄糖代謝、刺激胰島素釋放、影響性激素產(chǎn)生的作用[5]。臨床和動物實驗均證明體內(nèi)OCN的水平和認(rèn)知功能呈正相關(guān)，與年齡呈負(fù)相關(guān)。小鼠2月齡到9月齡間循環(huán)OCN水平下降了70 %，與 2～3歲的恒河猴相比，13～15歲的恒河猴循環(huán)OCN水平下降超過50 %，人類的循環(huán)OCN水平也隨著年齡的增長呈現(xiàn)下降趨勢[6]?？赡艿脑蚴荗CN可以通過血腦屏障，促進海馬區(qū)神經(jīng)元樹突棘密度增加，突觸可塑性增強。Khrimian等[7]將正常3月齡小鼠的血漿注射到16月齡的老年小鼠體內(nèi)時，老年小鼠高架十字迷宮實驗中在開臂中停留的時間更長、進入的次數(shù)更多，Morris水迷宮實驗中找到平臺所需時間明顯減少，而將16月齡小鼠的血漿及3月齡OCN敲除小鼠的血漿同樣注射到16月齡小鼠體內(nèi)時則并無明顯變化。OCN還可以與腦干、中腦和海馬中的神經(jīng)元結(jié)合，促進單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的合成，抑制γ-氨基丁酸的合成，防止焦慮和抑郁的發(fā)生。OCN敲除小鼠大腦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，神經(jīng)遞質(zhì)水平也出現(xiàn)下降，表現(xiàn)出明顯的焦慮及記憶障礙，腦室內(nèi)注射OCN，可糾正焦慮及記憶障礙[8]。以上研究表明外源性O(shè)CN顯著減少了老年小鼠的焦慮行為、增強了空間學(xué)習(xí)記憶能力和認(rèn)知功能。提示OCN可能具有作為治療衰老引起的認(rèn)知衰退治療靶點的潛力。

1.2 骨硬化蛋白

骨硬化蛋白(sclerostin, SOST)又稱硬骨素，是一種由骨細(xì)胞釋放的糖蛋白，具有抑制成骨細(xì)胞活性和骨形成作用，SOST缺失可導(dǎo)致高骨量疾病硬化癥的發(fā)生[9]。研究顯示，SOST可以與骨組織表面的低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5(low-density lipoprotein receptor-related protein 5, LRP5)及低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6(low-density lipoprotein receptor-related protein 6, LRP6)結(jié)合，抑制Wnt/β-catenin信號通路，促進神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展。Wnt/β-catenin信號具有調(diào)節(jié)記憶和突觸可塑性的作用[10-12]，是阿爾茲海默癥(Alzheimer’s disease, AD)患者認(rèn)知能力下降的關(guān)鍵信號途徑[13]。臨床研究[14]發(fā)現(xiàn)，AD患者腦中β-catenin水平呈進行性下降，且下降水平與癥狀持續(xù)時間正相關(guān)。另外，抑制Wnt/β-catenin信號可以促進tau樣蛋白的磷酸化[15]及淀粉樣前體蛋白加工過程，加速β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein, Aβ)產(chǎn)生，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)認(rèn)知能力下降[16]。SOST的產(chǎn)生受到機械應(yīng)力的調(diào)節(jié)，機械應(yīng)力減少可刺激骨細(xì)胞中SOST的轉(zhuǎn)錄[17]。老年人活動量減少，導(dǎo)致骨骼分泌SOST增多，可能通過抑制Wnt/β-catenin信號通路而影響其認(rèn)知功能，這或許是AD發(fā)病的機制之一，目前仍需相關(guān)研究作進一步驗證。

1.3 Dickkopf相關(guān)蛋白1

Dickkopf相關(guān)蛋白1(Dickkopf-related protein-1, Dkk1)主要由成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞分泌，在骨組織中高表達(dá)[18]。與SOST類似，Dkk1在骨力學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮作用，通過與LRP6結(jié)合抑制Wnt/β-catenin通路[19]。已經(jīng)有研究[20]發(fā)現(xiàn)Dkk1蛋白在AD患者和轉(zhuǎn)基因AD小鼠的大腦中過表達(dá)，Dkk1蛋白在小鼠海馬中的過表達(dá)，導(dǎo)致了學(xué)習(xí)和記憶的損害。此外，神經(jīng)元相關(guān)研究[21-24]表明，Dkk1蛋白表達(dá)增加可能促進神經(jīng)元死亡，誘發(fā)腦缺血、癲癇和神經(jīng)退行性疾病發(fā)生。Ross等[25]開展了一項為期18個月的隨機、雙盲臨床試驗，研究103名社區(qū)老年人的血清Dkk1水平和認(rèn)知功能，發(fā)現(xiàn)血清Dkk1的水平與認(rèn)知呈顯著負(fù)相關(guān)。目前尚不清楚骨骼分泌的循環(huán)Dkk1是否可以穿過血腦屏障，但是循環(huán)Dkk1水平很有潛力成為預(yù)測認(rèn)知惡化的重要診斷因子。

1.4 脂質(zhì)運載蛋白2

脂質(zhì)運載蛋白2(lipocalin 2, Lcn2)是一種主要由成骨細(xì)胞分泌的糖蛋白，Lcn2的表達(dá)隨著成骨細(xì)胞的分化而增加。骨是Lcn2表達(dá)的主要器官，Lcn2在骨中的表達(dá)水平是脂肪組織的10倍以上[26]。研究表明，Lcn2具有調(diào)節(jié)腎小管細(xì)胞氧化應(yīng)激、胰島素釋放和能量代謝作用。Lcn2能夠穿過血腦屏障在下丘腦積聚，與下丘腦室旁核和腹內(nèi)側(cè)核神經(jīng)元中的黑素皮質(zhì)激素4受體(melanocortin-4 receptor, MC4R)結(jié)合后抑制食欲。Lcn2還能誘導(dǎo)胰島素分泌，維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)[27]，改善葡萄糖耐受性和胰島素敏感性[28]，2型糖尿病患者血清Lcn2水平與體重呈負(fù)相關(guān)。在病理條件下，Lcn2通過免疫細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞，特別是小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的募集和激活來促進神經(jīng)炎癥[29]。帕金森病患者黑質(zhì)中Lcn2表達(dá)較正常同齡人顯著升高，多巴胺能神經(jīng)元的缺失可能與腦中Lcn2表達(dá)的增加有關(guān)[30]。也有基礎(chǔ)研究[31]發(fā)現(xiàn)，帕金森病動物模型星形膠質(zhì)細(xì)胞的Lcn2表達(dá)較正常組上調(diào)。這些都提示，抑制Lcn2的表達(dá)或活性可能有助于保護大腦黑質(zhì)紋狀體多巴胺系統(tǒng)，防治帕金森病。

1.5 成纖維細(xì)胞生長因子23

成纖維細(xì)胞生長因子23(fibroblast growth factor 23, FGF23)是由成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞分泌的含有251個氨基酸殘基的多肽激素[32]，主要作用是保持血磷穩(wěn)態(tài)及抑制維生素D合成，在骨骼、下丘腦、海馬及腦脊液等均有表達(dá)[33-35]。研究表明，腦脊液中FGF23水平與沖動程度相關(guān)。Li等[36]檢測了96名正常中國男性腦脊液中FGF23的水平，發(fā)現(xiàn)腦脊液中FGF23水平為12.8～99.3 pg/mL，且腦脊液FGF23水平與Barratt沖動量表(BIS-11)得分呈正相關(guān)。血清FGF23水平升高與慢性腎臟病患者心血管發(fā)病率增加和認(rèn)知障礙也密切相關(guān)[37-38]。FGF23過表達(dá)小鼠表現(xiàn)為嚴(yán)重的低磷血癥，在Morris水迷宮實驗中逃避潛伏期明顯延長，定位平臺的路徑長度也明顯延長，基底前腦處乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶陽性神經(jīng)元減少，海馬區(qū)三磷酸腺苷含量下降，表現(xiàn)出認(rèn)知功能障礙、空間學(xué)習(xí)受損和記憶障礙，而高磷酸鹽飲食攝入改善了FGF23過表達(dá)小鼠的上述癥狀[39]。在神經(jīng)元中，維生素D可抑制氧化應(yīng)激及神經(jīng)炎癥，刺激神經(jīng)營養(yǎng)因子的形成，從而提供神經(jīng)保護[40]。FGF23過表達(dá)可能通過繼發(fā)性低磷血癥及抑制維生素D合成，間接介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常。

2 骨源性細(xì)胞

2.1 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)是存在于骨髓中的非造血干細(xì)胞，具有向神經(jīng)元、骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、心肌細(xì)胞分化的潛能[41-43]。BMSCs能夠進入外周循環(huán)，穿過血管壁到達(dá)靶組織[44]，并通過分泌趨化因子、生長因子等幫助組織再生[45]。Yao等[46]將含有BMSCs的水凝膠注射進創(chuàng)傷性腦損傷大鼠的腦部，發(fā)現(xiàn)BMSCs可以通過營養(yǎng)供應(yīng)和抑制凋亡，加速腦損傷區(qū)域的愈合過程，促進內(nèi)源性神經(jīng)細(xì)胞的存活和增殖，從而促進神經(jīng)功能的恢復(fù)。Sun等[47]發(fā)現(xiàn)尾靜脈注射BMSCs可減少AD大鼠Aβ沉積及Morris水迷宮實驗中找到平臺所需時間。

2.2 骨髓來源的小膠質(zhì)樣細(xì)胞

近期研究證明，腦內(nèi)除了固有存在的小膠質(zhì)細(xì)胞，還存在另外一種骨髓來源的小膠質(zhì)樣細(xì)胞(bone marrow-derived microglia-like cells, BMDML)[48]。BMDML在病理條件下受到集落刺激因子(colony stimulating factor -1, CSF-1)影響[49]，穿過血腦屏障分化為小膠質(zhì)細(xì)胞，高表達(dá)CD1lc，具有比腦內(nèi)固有小膠質(zhì)細(xì)胞更強的抗原提呈和吞噬能力[50]，經(jīng)Aβ激活后聚集在Aβ周圍[51]，在減少Aβ沉積中發(fā)揮主要作用。研究發(fā)現(xiàn)，原代培養(yǎng)的小鼠BMDML具有吞噬Aβ的能力，而且將BMDML注射進AD模型小鼠海馬區(qū)，可觀察到BMDML向Aβ斑塊方向遷移并吞噬，使Aβ斑塊的數(shù)量和面積均有減少，同時AD小鼠模型的認(rèn)知功能障礙也得到了明顯改善[52]，表明BMDML具有治療AD的潛力。

3 總結(jié)

骨骼可通過分泌骨源性因子(OCN、SOST、Dkk1、Lcn2、FGF23)和骨源性細(xì)胞(BMSCs、BMDML)調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，其中OCN水平與大腦認(rèn)知功能呈正相關(guān)，而SOST、Dkk1、FGF23水平與大腦認(rèn)知功能呈負(fù)相關(guān)，Lcn2水平與大腦神經(jīng)炎癥、帕金森病密切相關(guān)，腦部注射BMSCs、BMDML都具有治療AD的潛力。但目前仍存在一些問題，如骨骼分泌的骨源性因子能否通過血腦屏障直接發(fā)揮生物調(diào)控作用，BMSCs到達(dá)靶組織的過程十分復(fù)雜，如何提高BMSCs的歸巢能力和長期植入損傷部位的能力都影響著其治療效果。但加深骨中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控作用的研究與認(rèn)識，對于尋找中樞系統(tǒng)疾病治療干預(yù)的新靶點有著重要意義。