骨保护素/核因子-κB受体活化因子配体/核因子-κB受体活化因子信号通路与骨质疏松的研究进展①

李盛村，鲍捷，王静，王国祥

骨保护素/核因子-κB受体活化因子配体/核因子-κB受体活化因子信号通路与骨质疏松的研究进展①

李盛村，鲍捷，王静，王国祥

运动对骨质疏松症有积极作用，但其治疗的分子生物学机制仍未清楚。骨保护素/核因子-κB受体活化因子配体/核因子-κB受体活化因子(OPG/RANKL/RANK)信号通路的发现，有助于骨质疏松症的治疗。机械应力可以调节OPG/RANKL/RANK信号通路，参与预防和治疗骨质疏松进程。本文就应力敏感信号通路OPG/RANKL/RANK与骨质疏松的关系进行综述。

骨质疏松症；应力；骨保护素；核因子-κB受体活化因子配体；核因子-κB受体活化因子；信号通路；综述

[本文著录格式]李盛村，鲍捷，王静，等.骨保护素/核因子-κB受体活化因子配体/核因子-κB受体活化因子信号通路与骨质疏松的研究进展[J].中国康复理论与实践,2014,20(3):250-252.

骨质疏松症(osteoporosis)是一种骨代谢障碍疾病，它以骨量减少、骨脆性增加和骨折风险增加为主要特征。骨质疏松症好发于绝经后妇女和老年人群[1]。正常骨组织中新骨与旧骨更替而保持动态平衡[2]。骨吸收异常增加或骨形成异常减少，均是骨质疏松发生的生理学基础。

适宜运动是骨质疏松症的有效疗法，然而有关其治疗的分子生物学机制尚未清楚。近年来的研究发现，骨保护素/核因子-κB受体活化因子配体/核因子-κB受体活化因子(OPG/ RANKL/RANK)信号通路与骨质疏松的发生和治疗有密切联系[3]，而运动应力可以调节OPG/RANKL/RANK信号通路。因此，综合分析应力刺激和OPG/RANKL/RANK信号通路的关系以及两者对骨质疏松的影响，可以为骨质疏松的治疗提供新的线索[4]。

1 OPG/RANKL/RANK信号通路

骨保护素(osteoprotegerin,OPG)是Simonet在给新生大鼠肠cDNA测序时发现的，包含5个外显子，其N端D1～D4区富含半胱氨酸，结构与肿瘤坏死因子受体2(tumor necrosis factor receptor 2,TNFR2)和CD40有高度的保守性，为发挥生理功能所必需[5]。OPG可抑制破骨细胞活性，也被称为骨保护蛋白或护骨素[6]。OPG前体是包含401个氨基酸的糖蛋白，去除21个信号肽后，形成含380个氨基酸的成熟OPG蛋白[7]。OPG基因敲除小鼠出现严重的骨质疏松症，骨皮质和骨小梁均减少；而过度表达OPG的转基因小鼠则出现严重的骨硬化症[8]。可见OPG在骨代谢中起重要作用。

人核因子-κB(NF-κB)受体活化因子(receptor activator of NF-κB,RANK)是Ⅰ型跨膜糖蛋白，其cDNA由616个密码子编码而成，属于TNF超家族成员[9]。RANK编码基因组成包含29个氨基酸信号肽、细胞外编码区183个氨基酸、跨膜区21个氨基酸和细胞质区383个氨基酸[10]。RANK蛋白和其他TNF超家族成员一样，以三聚体形式实现对细胞外信号进行接收和转导[11]。

人NF-κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)是由317个氨基酸构成的Ⅱ型跨膜蛋白，在基质/成骨细胞、软骨细胞和淋巴细胞中广泛表达[12]。骨中的RANKL可结合破骨细胞表面受体RANK，激活破骨细胞。活化的破骨细胞分泌大量H+、Cl-等离子进入骨陷窝，从而溶解骨质[13]。

在骨组织中，多种因素均可以通过调节OPG/RANKL之间的比例而影响骨的生理和病理[14]。成骨/基质细胞分泌RANKL与破骨细胞表面的RNAK结合，导致骨吸收增强[15]；成骨细胞分泌OPG可以结合RANKL，阻碍RANKL与RANK结合，从而抑制破骨细胞活性[16]。如果RANKL过度表达或OPG异常降低，骨吸收大于骨形成，最终发生以骨量和骨密度减少为特征的骨质疏松症[7,17]。

2 骨质疏松与OPG/RANKL/RANK信号通路

2.1 OPG/RANKL/RANK信号通路与骨质疏松发生

研究发现，可溶性RANKL过量表达的大鼠，骨骼组织中出现类似绝经后骨质疏松症状，包括骨吸收增加、骨密度减少和骨骼脆性增加[18]。Bashir等发现，骨质疏松模型大鼠骨组织中RANKL表达升高，而采用雌激素和雷洛昔芬(raloxifene)治疗12个月后，骨密度增加，同时RANKL降低[19]。由此可知，RANKL的异常增加和骨质疏松发生密切相关，而雌激素或适宜应力刺激均可以降低骨组织中RANKL水平，起到延缓骨质疏松进程的作用。

有研究发现，OPG基因敲除大鼠产生骨质疏松症状[20]，这与缺乏OPG而不能阻止RANKL和RANK的结合有关。程少丹等通过非频密繁殖法获得OPG-/-小鼠，发现与同龄野生型小鼠比较，OPG基因缺失小鼠骨密度、股骨承受最大载荷、股骨刚度、腰椎椎体骨小梁数目和腰椎椎体骨小梁厚度均显著下降[21]，证实与大鼠一样，OPG基因缺失的小鼠也产生骨质疏松初期症状。Bergstrm等将112名绝经后妇女随机分为对照组和运动组，分别在实验初期和1年运动训练结束后检测血清OPG、RANKL水平，发现与对照组相比，运动组OPG明显增加，但RANKL水平变化不显著[22]。

2.2 OPG/RANKL/RANK信号通路与骨质疏松治疗

OPG/RANKL/RANK信号通路的发现为阐明骨质疏松症的分子机制奠定了基础，也可能为骨质疏松的靶向治疗提供理论依据[23]。OPG被认为是RANKL的天然拮抗剂，在一期临床试验中发现，OPG可以降低尿中80%的骨吸收标志物urinary NTx[24]。West等发现，OPG感应运动应力刺激而抑制骨吸收；然而随着时间的延长，特异性OPG抗体也增加，从而削弱其长期治疗效果[25]。董洁琼发现，大鼠切除卵巢后，成骨细胞和骨髓基质细胞OPG蛋白和mRNA表达降低；运动3个月后，成骨细胞和骨髓基质细胞OPG蛋白和mRNA表达升高[26]。

RANKL在骨质疏松患者骨组织中异常升高，研究特异性RANKL抑制剂对骨质疏松治疗有重要意义。目前，正在开发的Denosumab(AMG162)单克隆抗体[27]，可通过结合RANKL，抑制破骨细胞活性[28]。Lewiecki等对绝经后骨质疏松妇女每6个月皮下注射Denosumab 60 mg，可以增加她们的骨密度，减少骨吸收标志物[29]。

3 应力调节OPG/RANKL/RANK信号通路

以往认为，通过运动改善绝经后妇女雌激素的分泌，可改善骨质疏松患者骨密度[30-32]。值得注意的是，不同的运动方式改变骨密度有明显的部位特异性，即受力越集中的骨骼，骨密度越高[33-34]。房冬梅等对105名不同专项女子运动员7个部位的骨密度进行检测，发现举重运动员整体承受应力最大，各部位骨密度绝对值都高于其他运动员组；自行车运动员前臂骨密度较高，腰椎骨密度较低[35]。此外，网球运动员持拍手的骨密度高于非持拍手，划船运动员脊椎骨密度高于舞蹈和径赛运动员[36]。这种应力引起的骨密度改变不仅仅是激素的全身性效应，也存在力对局部骨组织的直接效应。

大量研究表明，OPG/RANKL/RANK信号通路是力学敏感通路[37]。Kaneuji等发现，对大鼠骨祖细胞施加持续3D机械应力，骨祖细胞OPG基因表达增加[38]。Hou等应用不同振幅机械力(40 Hz,30 min/d)刺激成骨细胞3 d以上，发现成骨细胞表达OPG蛋白增加，RANKL蛋白表达减少；在mRNA转录水平，OPG mRNA表达增强比RANKL表达降低幅度更加明显[39]。Li等探索不同方式的流体剪切力对骨细胞的影响，发现OPG mRNA表达随频率加快和持续时间延长及应力刺激强度加大而下降[40]。Yamamoto等采用自制的静水压力装置模拟牙齿咬合力，对下颌骨来源的成骨细胞施加压力，发现RANKL/OPG比例上升，其中RANKL mRNA和蛋白都上调[41]。Sanchez等采用3D加力方式研究高强度外力(1 MPa和1.6 MPa)对成骨细胞基因表达的影响，发现成骨细胞受大强度应力刺激后，OPG mRNA表达下降，而RANKL mRNA表达没有发生明显变化，RANKL/OPG比例上升[42]。

虽然上述研究结果之间还存在一定分歧，特别是应力刺激对RANKL的影响还不一致，但大部分研究表明，适宜的中等强度应力刺激引起RANKL/OPG比值下降，有利于骨骼发展；而大强度应力刺激引起RANKL/OPG比值升高，不利骨骼发展。此外，有研究认为雌激素对骨骼发挥的作用，可能也与OPG/RANKL/RANK信号通路有关[43-44]。通过适宜应力刺激调节或直接靶向干预OPG、RANKL有望成为治疗骨质疏松的新方法。深入研究骨质疏松和OPG/RANKL/RANK的关系，对预防和治疗骨质疏松症有重要意义。

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Stress Sensitive Signal Pathway Osteoprotegerin/ReceptorActivator of Nuclear Factor-κB ligand/ReceptorActivator of Nuclear Factor-κB and Osteoporosis(review)

LI Sheng-cun,BAO Jie,WANG Jing,et al.School of Physical Education of Soochow University,Suzhou 215021,Jiangsu,China

Exercise is benefic for osteoporosis,without clear molecular biology mechanism.The osteoprotegerin/receptor activator of nuclear factor-κB ligand/receptor activator of nuclear factor-κB(OPG/RANKL/RANK)signal pathway contributes to osteoporosis,which can be mediated by mechanical force.Research progress on osteoporosis and the stress sensitive signal pathway OPG/RANKL/RANK were reviewed in this paper.

osteoporosis;stress;osteoprotegerin;receptor activator of nuclear factor-κB ligand;receptor activator of nuclear factor-κB; signal pathway;review

R681

A

1006-9771(2014)03-0250-03

2013-09-02

2013-11-01)

江苏省2012年度普通高校研究生科研创新计划项目(No.CXZZ12_0787)。

苏州大学体育学院，江苏苏州市215021。作者简介：李盛村(1985-)，男，汉族，浙江温州市人，博士研究生，主要研究方向：运动医学。通讯作者：王国祥，男，教授，博士生导师。

10.3969/j.issn.1006-9771.2014.03.013