荊志慧 薛筱霏 方芷昱 李欣 潘春玲

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院牙周科，遼寧省口腔醫(yī)學(xué)研究所牙周病研究室，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室，遼寧省口腔疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省口腔疾病轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心，遼寧 沈陽(yáng) 110002

脂肪組織是人體重要的儲(chǔ)能器官和最大的內(nèi)分泌器官，分泌一系列生物活性的細(xì)胞因子，被統(tǒng)稱為“脂肪因子”[1]，可根據(jù)功能分為促炎型和抗炎型。其中，內(nèi)臟脂肪組織來(lái)源特異性絲氨酸蛋白酶抑制劑(visceral adipose tissue-derived serine protease inhibitor，Vaspin)是一種抗炎型脂肪細(xì)胞因子，它參與體內(nèi)各種病理過(guò)程，例如食欲調(diào)節(jié)、胰島素抵抗、細(xì)胞增殖凋亡、炎癥反應(yīng)等。此外，Vaspin已顯示出對(duì)治療骨代謝疾病的作用。

骨穩(wěn)態(tài)取決于破骨細(xì)胞中骨溶解活性與成骨細(xì)胞骨形成之間的相對(duì)平衡，并受許多因素的調(diào)節(jié)。在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、牙周炎等慢性炎癥的情況下，由于炎癥因素的影響，成骨細(xì)胞受到抑制，破骨細(xì)胞得到加強(qiáng)，破壞了骨骼的代謝平衡，導(dǎo)致溶骨作用喪失。本文回顧了Vaspin在骨骼代謝方面的研究進(jìn)展，并討論了其與骨骼代謝疾病的關(guān)系。

1 Vaspin表達(dá)

Vaspin是絲氨酸蛋白酶抑制物(Serpin)家族的一個(gè)成員，也稱為SerpinA12[2]。Hida等[3]在2000年比較分析肥胖的自發(fā)性2型糖尿病大鼠模型-OLETF大鼠和非肥胖不發(fā)生糖尿病的大鼠模型-LETO大鼠內(nèi)臟脂肪細(xì)胞及基因表達(dá)的差異時(shí)發(fā)現(xiàn)OL-64的差異表達(dá)，即Vaspin。人類Vaspin cDNA的開放閱讀由1 245個(gè)脫氧核苷酸組成，蛋白質(zhì)分別含415個(gè)氨基酸殘基。人類Vaspin蛋白具有疏水性N端的單肽，相對(duì)分子質(zhì)量45 200。早期人們認(rèn)為只有脂肪組織才能表達(dá)Vaspin，隨著對(duì)Vaspin的研究逐漸深入，發(fā)現(xiàn)Vaspin在人的胃、胰腺、肝臟、皮膚、健康人的腦脊液以及卵巢等組織中均有表達(dá)[4-6]。

2 Vaspin調(diào)節(jié)骨代謝的機(jī)制

2.1 干細(xì)胞

干細(xì)胞的數(shù)量和分化能力是影響組織工程能否成功的關(guān)鍵，也是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，干細(xì)胞的擴(kuò)增可以有效地提高其治療能力。近期研究發(fā)現(xiàn)，Vaspin可參與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)的增殖活動(dòng)。體外實(shí)驗(yàn)[7]證實(shí)，Vaspin可提高BMSCs中Akt和pAkt的表達(dá)水平，提示Vaspin可能通過(guò)促進(jìn)磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑促進(jìn)BMSCs增殖。此外，Vaspin可以激活Wnt/β-連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)信號(hào)通路，上調(diào)成骨分化特異性基因核心結(jié)合因子-1(Runx2)表達(dá)，增加堿性磷酸酶(ALP)活性及基因表達(dá)，促進(jìn)BMSCs成骨分化[8]。

干細(xì)胞的凋亡在骨代謝疾病的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[9]，氧化應(yīng)激可促進(jìn)干細(xì)胞凋亡從而抑制其增殖和分化能力。Zhu等[10]研究發(fā)現(xiàn)H2O2可顯著促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)的凋亡，而預(yù)先經(jīng)Vaspin處理可通過(guò)抑制p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK/p38)信號(hào)通路來(lái)保護(hù)MSCs免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡。

2.2 成骨細(xì)胞

成骨細(xì)胞來(lái)源于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，在骨形成中起重要作用。成骨細(xì)胞凋亡被認(rèn)為是生理性骨周轉(zhuǎn)、修復(fù)和再生的關(guān)鍵組成部分[11]。Zhu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Vaspin可上調(diào)成骨細(xì)胞中抗凋亡因子Bcl-2和降低促凋亡因子Bax的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Vaspin可通過(guò)激活絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(MAPK / ERK)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，上調(diào)Bcl-2或激動(dòng)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶途徑而下調(diào)Bax，從而抑制成骨細(xì)胞凋亡。

成骨細(xì)胞的分化是骨形成的關(guān)鍵，Vaspin可調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化潛能。Wang等[13]體外研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Vaspin 刺激的大鼠原代成骨細(xì)胞成骨能力提高，Runx2的mRNA和蛋白表達(dá)水平上升，并顯著上調(diào)Smad2、Smad3、p-Smad2、p-Smad3的表達(dá)，表明Vaspin是通過(guò)激活 Smad-Runx2信號(hào)通路以促進(jìn)骨形成。

然而Liu等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Vaspin對(duì)小鼠原代成骨細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞株的成骨分化有抑制作用，Vaspin通過(guò)激活PI3K信號(hào)通路而依賴地減弱成骨分化，導(dǎo)致miroRNA-34c水平升高，從而通過(guò)靶向酪氨酸激酶受體c-met反向調(diào)節(jié)PI3K-Akt信號(hào)的激活。我們認(rèn)為矛盾的結(jié)果可能部分歸因于不同細(xì)胞具有不同的物理特性。

2.3 破骨細(xì)胞

破骨細(xì)胞是人體唯一的骨吸收細(xì)胞，在骨的吸收和改建過(guò)程中起著關(guān)鍵作用?；罨疶細(xì)胞核因子( nuclear factor-activated T cell 1，NFATc1) 是破骨細(xì)胞分化過(guò)程中的重要轉(zhuǎn)錄因子。Kamio等[15]研究發(fā)現(xiàn)Vaspin在RAW264.7細(xì)胞和BMSCs中抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成，通過(guò)抑制NFATc1信號(hào)通路的表達(dá)影響組織蛋白酶K和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)，從而起到抑制骨吸收過(guò)程中骨基質(zhì)蛋白降解的作用，證實(shí)Vaspin對(duì)破骨細(xì)胞形成起到負(fù)向調(diào)控的作用。

2.4 軟骨細(xì)胞

由軟骨細(xì)胞主導(dǎo)的軟骨內(nèi)成骨對(duì)個(gè)體四肢發(fā)育有著重要作用。已有研究證實(shí)，炎癥會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的骨吸收和骨形成障礙。炎癥細(xì)胞因子不僅使炎癥持續(xù)存在，而且激活骨骼降解和抑制骨形成的機(jī)制，對(duì)軟骨細(xì)胞有深遠(yuǎn)的影響。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)[16-17]發(fā)現(xiàn)，Vaspin能夠抑制白細(xì)胞介素1β(IL-1β)誘導(dǎo)的MMP2、MMP9、含凝血酶敏感素基序的去整合素金屬蛋白酶-5(ADAMTS-5)和組織蛋白酶D的表達(dá)以及炎癥介質(zhì)一氧化氮合酶、環(huán)氧化酶-2和前列腺素E2的產(chǎn)生[16]，并且Vaspin可抑制瘦素誘導(dǎo)的ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-2和MMP-9的表達(dá)，并抑制瘦素誘導(dǎo)的一氧化氮和腫瘤壞死因子-α的產(chǎn)生[17]，從而逆轉(zhuǎn)IL-1β和瘦素對(duì)軟骨細(xì)胞的破壞。由此可知，Vaspin能通過(guò)核因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路抑制大鼠軟骨細(xì)胞中IL-1β和瘦素誘導(dǎo)的NF-κB的活化、分解代謝和促炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，從而發(fā)揮抗炎和抗代謝的作用。

3 Vaspin與骨代謝疾病的關(guān)系

3.1 骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松癥是導(dǎo)致骨密度降低和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加的系統(tǒng)性骨骼疾病。Kirk等[18]發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)骨骼代謝的脂肪組織可以通過(guò)脂肪因子對(duì)骨骼形成或吸收發(fā)揮作用來(lái)調(diào)節(jié)骨骼重塑，其中關(guān)于血清Vaspin與骨密度(BMD)之間相關(guān)性的研究結(jié)果不盡相同。多發(fā)性硬化癥的患者伴有骨質(zhì)疏松癥和骨折的比率增加，然而在炎癥狀態(tài)下，多發(fā)性硬化癥患者血清Vaspin與BMD之間不具有相關(guān)性[19]。與骨質(zhì)疏松發(fā)展相關(guān)的炎癥性腸病也證明同樣的結(jié)果[20]。

但近期越來(lái)越多的研究證實(shí)Vaspin對(duì)BMD有作用。Tanna等[21]對(duì)絕經(jīng)后婦女(22 %的隊(duì)列患有骨質(zhì)疏松癥)的研究表明，在調(diào)整年齡、身體組成和各種其他參數(shù)后，Vaspin血清水平與股骨頸和全髖關(guān)節(jié)骨密度之間存在顯著的正相關(guān)。同時(shí)，研究[13]發(fā)現(xiàn)給予高脂飲食小鼠口服Vaspin，可逆轉(zhuǎn)高脂飲食引起的小鼠血漿I型前膠原氨基端伸展肽(PINP)和ALP水平降低，血漿Ⅰ型膠原羧基端末肽(CTX)水平升高，從而控制骨形成減少、破骨過(guò)程增多的現(xiàn)象，并在一定程度上提高高脂飲食引起的骨強(qiáng)度降低。此外，用飲食誘導(dǎo)的肥胖(DIO)方法建立大鼠骨小梁丟失模型時(shí)發(fā)現(xiàn)，Vaspin治療組DIO 并沒(méi)有引起骨小梁丟失，這表明Vaspin在肥胖相關(guān)的骨小梁丟失的病理過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3.2 骨關(guān)節(jié)炎

骨關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis，OA)是導(dǎo)致軟骨退化、滑膜炎癥、軟骨下骨重塑和骨贅形成的慢性疾病。OA的病因非常復(fù)雜，包括關(guān)節(jié)損傷、肥胖、衰老和遺傳因素等[22]。骨關(guān)節(jié)炎患者的所有關(guān)節(jié)組織包括軟骨、滑膜、半月板、髕下脂肪墊和骨贅均表達(dá)Vaspin基因[23]，并且Wang等[7]在術(shù)中提取重癥膝OA患者和股骨頸骨折患者的骨髓標(biāo)本檢測(cè)Vaspin和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)水平，發(fā)現(xiàn)OA患者骨髓中Vaspin水平明顯低于對(duì)照組，并且與TGF-β1水平之間存在顯著的相關(guān)性，提示Vaspin可能參與了骨髓微環(huán)境中炎性細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的相互作用，在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展中起著一定的作用。

高膽固醇水平是骨關(guān)節(jié)炎的危險(xiǎn)因素之一，膽固醇水平升高導(dǎo)致軟骨細(xì)胞線粒體功能障礙和活性氧(ROS)增加[24]，從而造成軟骨破壞。He等[25]在大鼠OA模型中發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)軟骨的肝X受體(LXRα)和其他膽固醇外排相關(guān)基因的表達(dá)降低，并且Vaspin水平降低，miroRNA-155(miR-155)表達(dá)增加。進(jìn)一步通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Vaspin不僅可逆轉(zhuǎn)IL-1β引起的Ⅱ型膠原α1(Col2a1)和軟骨聚糖蛋白(Acan)表達(dá)下降以及ADAMTS 5和MMP13表達(dá)上升，并且還能促進(jìn)軟骨細(xì)胞中LXRα和其他膽固醇外排相關(guān)基因的表達(dá)。此外，miR-155模擬物逆轉(zhuǎn)了Vaspin誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中膽固醇外排途徑的表達(dá)變化。由此可知，Vaspin的表達(dá)降低通過(guò)miR155 /LXRα抑制了膽固醇外排途徑的表達(dá)，膽固醇外排途徑的抑制導(dǎo)致膽固醇的積累和OA。

3.3 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatic arthritis，RA)是一種慢性的自身免疫性疾病，主要臨床表現(xiàn)為滑膜炎、軟骨損傷和對(duì)稱性關(guān)節(jié)損傷。Ozgen等[26]對(duì)RA患者和健康人進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)RA患者血清和滑膜液中Vaspin水平均比對(duì)照組的高，而骨關(guān)節(jié)炎(OA)患者則不升高。與RA患者相比，OA患者滑膜液中Vaspin水平降低[27]。對(duì)二者進(jìn)行相關(guān)性的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，即使在調(diào)整體重以消除超重的危險(xiǎn)因素后，自身抗體陽(yáng)性患者發(fā)生RA的風(fēng)險(xiǎn)與血清Vaspin之間存在顯著的相關(guān)性[28]。Rodríguez等[29]在比較RA組和健康對(duì)照組的牙周指標(biāo)和脂肪因子時(shí)發(fā)現(xiàn)，RA組血清Vaspin水平高于對(duì)照組，然而這種增加與牙周狀況無(wú)關(guān)。

不僅如此，Vaspin水平的變化具有治療特異性，使用不同治療RA的藥物，對(duì)Vaspin的水平影響可能不同[30]，接受糖皮質(zhì)激素治療的患者中Vaspin水平的升高，但在阿達(dá)木單抗治療后未受影響，Vaspin的水平可能受到胰島素敏感性的改變的影響，從而對(duì)不同藥物的反應(yīng)不同。

3.4 牙周炎

牙周炎(periodontitis)是由菌斑微生物引起的慢性炎癥性疾病，破壞牙齒支持組織導(dǎo)致臨床附著和骨質(zhì)流失，最終導(dǎo)致牙齒脫落[31]，是導(dǎo)致骨喪失的最常見(jiàn)的疾患之一。

近期研究發(fā)現(xiàn)Vaspin與牙周炎之間存在相關(guān)性，體重正常且牙周健康的患者齦溝液中能檢測(cè)到Vaspin但表達(dá)水平較低，在肥胖和牙周炎的患者其表達(dá)水平較高，并且牙周炎患者在經(jīng)過(guò)牙周基礎(chǔ)治療后能夠有效地減少齦溝液中Vaspin的水平[20-21]。同樣，在研究伴2型糖尿病的慢性牙周炎患者時(shí)得到相似的結(jié)果[32]。

此外，Kim等[33]對(duì)10名慢性牙周炎患者和10名健康個(gè)體的牙齦組織進(jìn)行RNA測(cè)序分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在牙周炎患者中，與健康對(duì)照組相比，有62個(gè)基因被下調(diào)，其中Vaspin mRNA下調(diào)明顯。我們推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異可能是由于此實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的樣本量較少，且未用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。雖然Vaspin與牙周炎相互作用機(jī)制仍然不清楚，但可以證實(shí)Vaspin可由局部的牙周組織產(chǎn)生，并且其含量的多少與細(xì)菌的感染和炎癥的嚴(yán)重程度以及全身健康狀況密切相關(guān)。

3.5 神經(jīng)性厭食癥

神經(jīng)性厭食癥(anorexia nervosa，AN)是一種由于自身營(yíng)養(yǎng)不良導(dǎo)致的低體重的精神障礙。人們?cè)陴囸I的狀態(tài)下，一些激素會(huì)做出適應(yīng)性的調(diào)整，這在短期內(nèi)提供了一種生存優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也引起低骨量和增加骨折的風(fēng)險(xiǎn)[34]。多項(xiàng)研究[35-38]表明，與健康對(duì)照組相比，厭食癥患者組中血清高水平的Vaspin對(duì)AN患者體重有影響，并且患有神經(jīng)性厭食癥的女性青少年唾液中也有高水平的Vaspin[36]。

OPG/RANK/RANKL信號(hào)軸是參與調(diào)節(jié)骨吸收與骨生成平衡的重要途徑，OPG/RANKL比值可作為衡量骨量及骨健康的重要指標(biāo)[39]。Ostrowska等[38]通過(guò)對(duì)患有神經(jīng)厭食癥女孩血清Vaspin與骨代謝之間關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，Vaspin水平與sRANKL呈正相關(guān)，并且與OPG/sRANKL比值之間呈顯著相關(guān)。由此可見(jiàn)，Vaspin是骨形成與吸收過(guò)程之間動(dòng)態(tài)平衡的協(xié)調(diào)者，可通過(guò)OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)參與骨代謝。

4 發(fā)展與展望

Vaspin可通過(guò)多方面調(diào)節(jié)骨代謝的過(guò)程，不僅促進(jìn)干細(xì)胞和成骨細(xì)胞的增殖分化能力，在促炎條件下保護(hù)成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞免受凋亡，還能夠負(fù)向調(diào)控破骨細(xì)胞的分化，調(diào)節(jié)全身的骨穩(wěn)態(tài)平衡。Vaspin與炎性骨疾病如骨質(zhì)疏松、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、牙周炎等疾病的相關(guān)性具有非常重要的臨床意義，然而對(duì)于 Vaspin的作用機(jī)制仍處于初級(jí)階段，需要進(jìn)一步研究，Vaspin的深入探索可為骨代謝和炎性骨疾病的預(yù)防、診斷和治療提供豐富的的臨床價(jià)值。