破骨細胞分化發(fā)育中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄因子研究進展

1、綜述與講座破骨細胞分化發(fā)育中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄因子研究進展趙晴瀟,何愛民(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,吉林吉林132000)關(guān)鍵詞:破骨細胞;巨噬細胞集落刺激因子;細胞核因子B受體活化因子配基;B;激活蛋白1;活化T細胞核因子c1;小眼相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子中圖分類號:Q2文獻標(biāo)志碼:A文章編號:10022(01112,程中起重要作用。因子(M2CSF)與細因配基(RANKL)、增殖。RANKL結(jié)合于其受體RANK后,RANK的胞內(nèi)區(qū)首先與破骨細胞內(nèi)的腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白(TRAFs)結(jié)合。TRAFs家族蛋白經(jīng)活化后可進一步誘導(dǎo)多條信號途徑如NF2B、分裂原激活蛋白激酶(MAPK)、活化的T細胞核因子c

2、1(NFATc1)和Src的激活。正常情況下,二聚化的NF2B可與NF2B的抑制蛋白家族(IB)成員IBa、IBb、IBe、IBg和bcl23相互作用而于胞質(zhì)中保持失活狀態(tài)。在外源信號(如細胞因子、病原體、壓力等)的刺激下,IB蛋白可被磷酸化、泛素化后降解并激活NF2B。在IB蛋白被降解后,NF2B蛋白可轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi),啟動一系列基因的轉(zhuǎn)錄。MAPK作用途徑在真核細胞內(nèi)是高度保守的,大致過程為促分裂原活化蛋白激酶(MAPKKK)分裂原激活蛋白激酶(MAPKKMKK)MAPK調(diào)節(jié)細胞功能。破骨細胞內(nèi)的MAPK家族主要包括細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)、C2Jun氨基末端激酶(JNK)和

3、p38絲裂原活化蛋白激酶(p382MAPK)三種激酶,與其對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分別稱為ERK,使分化中的破骨細胞表達特異性基因,。在此過程中,轉(zhuǎn)錄因子(PU.1)、核轉(zhuǎn)錄因子B(NF2B)、活化T細胞核因子c1(NFATc1)、激活蛋白1(AP21)、小眼相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(Mitf)等轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)節(jié)破骨細胞的生物學(xué)行為?，F(xiàn)對破骨細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及參與破骨細胞分化和發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子的研究進展作一綜述。1破骨細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)成骨細胞/基質(zhì)細胞產(chǎn)生包括M2CSF和RANKL在內(nèi)的細胞因子,誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)破骨細胞祖細胞分化為成熟破骨細胞。其中M2CSF結(jié)合于破骨細胞祖細胞上的M2CSF受體,提供其存活和增殖信號,

4、調(diào)控破骨細胞伴隨骨吸收而發(fā)生的細胞骨架改變,激活RANKL及白介素下游的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。缺乏功能性M2CSF的小鼠通常因缺少巨噬細胞和成熟的破骨細胞而患有骨硬化病。TNF配體家族成員RANKL通過與RANK受體結(jié)合促進破骨細胞分化、增強成熟破骨細胞的活力并阻止其凋亡,是破骨細胞分化、活化、存活和增殖所必需的調(diào)節(jié)因子。研究發(fā)現(xiàn),RANKL基因敲除小鼠患有嚴(yán)重的骨硬化病,體內(nèi)缺少成熟的破骨細胞,并伴有免疫系統(tǒng)異常、缺乏成熟的T細胞和B細胞、甲狀腺和淋巴結(jié)發(fā)育不良等病癥;RANK基因敲除小鼠亦因明顯的破骨細胞分化障礙而患有骨硬化病,缺乏周圍淋巴結(jié)和成熟的T、B淋巴細胞,但胸腺發(fā)育正常。而TNF受體

5、超家族成員骨保素(OPG)可與RANK競爭性結(jié)合RANKL,從而阻斷RANKL與RANK結(jié)合以抑制破骨細胞的分化、抑制成熟破骨細胞的骨通路、JNK通路和p38通路。ERK1/2和JNK的下游催化底物是AP21。AP21主要由Jun和Fos兩大亞類蛋白質(zhì)組成,ERK1/2可誘導(dǎo)激活c2Fos,而JNK通過磷酸化c2Jun來增加AP21的轉(zhuǎn)錄活性。激活的p382MAPKs可直接磷酸化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(STAT1),并啟始一系列基因的轉(zhuǎn)錄。此外,RANKL可通過Ca2+信號通路誘導(dǎo)并激活NFATc1。瞬間釋放的胞內(nèi)儲存Ca2+及從Ca2+通道中轉(zhuǎn)運出的Ca2+使得NFATc1蛋白的胞質(zhì)組分脫磷酸

6、化,轉(zhuǎn)移至核內(nèi)激活一系列破骨細胞特異性基因表達1。2破骨細胞分化過程中的轉(zhuǎn)錄因子M2CSF、RANKL和其他一些因子激活破骨細胞祖細胞中的NF2B組分p50或p52,AP21組分c2Fos或c2Jun,NFATc1和Mitf誘導(dǎo)破骨細胞分化,并由此啟始TRAP、降鈣吸收活性并誘導(dǎo)其凋亡。OPG基因敲除小鼠的破骨細胞數(shù)量增多、活性增強,并患有嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松癥。在未成熟成骨細胞中,RANKL/OPG值高,促進破骨細胞分化,增加其活性;而在成熟成骨細胞中RANKL/OPG值低,對破骨細胞呈負(fù)調(diào)節(jié)。因此,RANKL、RANK和OPG組成網(wǎng)絡(luò),在破骨細素受體、組蛋白酶K、碳酸苷酶II(CaII)等基因的

7、轉(zhuǎn)錄。不同的轉(zhuǎn)錄因子如PU.1、NF2B、AP21、NFAT、Mitf在破骨細胞分化、活化、增殖的不同階段中起重要作用。2.1PU.1PU.1是一個含有EST結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子,對111于髓系和淋巴系細胞的發(fā)育非常重要。破骨細胞的不同分化階段中均有PU.1mRNA表達,且表達量隨破骨細胞的分化可提高3倍以上。PU.1基因敲除小鼠患有骨硬化病,并缺乏破骨細胞及巨噬細胞;RANK基因表達受到抑制,而通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)在PU.12/2小鼠中強制性表達RANK后,則可恢復(fù)RANK基因的表達,從而實現(xiàn)破骨細胞的分化,提示PU.1可通過調(diào)控RANK基因的表達以影響破骨細胞的分2.4NFATc1破骨細胞中NFAT

8、c1的轉(zhuǎn)錄活化可由RANKL/TRAF6/Fos信號通路介導(dǎo),在Fos2/2的破骨祖細胞中,NFATc1表達水平降低。在RANKL存在的情況下,向缺乏c2Fos的破骨祖細胞中轉(zhuǎn)入NFATc基因,可使破骨細胞特異性基因轉(zhuǎn)錄,形成破骨細胞,恢復(fù)骨吸收;而在無RANKL存在的情況下,轉(zhuǎn)入NFATc基因不能有效誘導(dǎo)Fos2/2的破骨祖細胞向成熟破骨細胞分化。此表明Fos2/2破骨祖細胞的分化障礙是由NFATc1表達缺乏所造成的,誘導(dǎo)NFATc1轉(zhuǎn)錄是c2Fos在破骨細胞分化過程中的一項重要功能。而在c2Jun失活的轉(zhuǎn)基因小鼠中,RANKL促進破骨細胞形成的活化。此外,還發(fā)現(xiàn)PU.1可與NFATc1協(xié)同

9、作用可調(diào)控RANKL誘導(dǎo)的組蛋白酶K基因的轉(zhuǎn)錄2,而PU.1和Mitf相互作用則可調(diào)控破骨細胞中TRAP基因的表達3。2.2NF2BNF2B家族有五個轉(zhuǎn)錄因子成員,分別是p50(NF2B1)、p52(NF2B2)、p65(RelA)、c2Rel和RelB,表達性喪失,通過轉(zhuǎn)基因恢復(fù)NFAT表后,即便是在缺乏RANKL的條件下,TRAP陽性的于多種細胞中,通過調(diào)控一系列炎癥細胞因子而在免疫和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。TRAF6通過IKK磷酸化NF2B的抑制蛋白IB,使得NF2B釋放并轉(zhuǎn)移至核內(nèi),與一系列基、因如IL21、IL26、TNF2粒2巨區(qū)域的B結(jié)合位點結(jié)合,現(xiàn),p50和p52有骨硬化病。,

10、RANKL及其他細胞TRAP陽性破骨細胞的過程中必不可少。在人類IKKg的X420W位點突變可導(dǎo)致伴X染色體骨硬化癥,表現(xiàn)為淋巴水腫、先天性外胚層缺陷、無汗性外胚葉發(fā)育不全及骨硬化癥4。2.3AP21AP21主要由Fgs蛋白(c2Fos、FosB、Fra21和Gra22)和Jun蛋白(c2Jun、JunB和JunD)組成,在破骨細胞形,說明RANKL調(diào)21和NFATc1協(xié)同調(diào),NFATc1蛋白共同誘導(dǎo)破骨細胞的特異性基因如抗、降鈣素受體、組蛋白酶K和3整聯(lián)蛋白基因的表達。2.5Mitf可通過不同途徑參與破骨細胞的分化過程。M2CSF通過一個保守的MAPK位點誘導(dǎo)Mitf和TFE3磷酸(OSCA

11、R)基因的表達。Mitf和TFE3還可通過作用于組蛋成過程中有重要作用。骨細胞系和免疫細胞系的共同祖先向骨骼細胞還是向免疫細胞分化取決于配體結(jié)合于何種細胞表面受體。當(dāng)結(jié)合于RANK時發(fā)育為破骨細胞,而結(jié)合于Toll樣受體時(TLRs)則發(fā)育為單核巨噬細胞。RANK和白酶K啟動子上的三個順式作用元件,在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控組蛋白酶K的表達。Mitf基因敲除小鼠中雖具有單核破骨細胞,但這些細胞不能正常融合為多核細胞,缺乏明顯的皺褶緣,喪失了骨吸收功能,患有骨硬化病。提示Mitf基因失活小鼠的破骨細胞缺陷發(fā)生于破骨細胞分化的晚期。3展望TLRs均能激活轉(zhuǎn)錄因子NF2B和AP21,c2Fos/AP21的作用是

12、促進向破骨細胞的分化而抑制向巨噬細胞及樹突狀細胞的分化。c2Fos基因敲除小鼠患有骨硬化病,盡管如此,含有巨噬細胞表面標(biāo)志F4/80和Mac22的陽性細胞數(shù)目卻有所提高,含有破骨細胞系的早期標(biāo)志922kD的型膠原酶(MMP29)的陽性細胞數(shù)目較多。RANKL信號通路會激活Fos調(diào)控的靶基因如Fra21和NFATc1的轉(zhuǎn)錄。破骨細胞的分化發(fā)育是一個涉及多種調(diào)控機制的復(fù)雜過程。近年來雖發(fā)現(xiàn)幾條較重要的信號通路,但僅僅是對破骨細胞的分化發(fā)育機制有了初步認(rèn)識。細胞因子、轉(zhuǎn)錄因子和多重信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在破骨細胞分化過程中的作用還有待證實。除此之外,骨代謝與免疫系統(tǒng)之間亦密切相關(guān)。揭示破骨細胞分化發(fā)育的分子機

13、制,有助于深刻認(rèn)識破骨細胞相關(guān)疾病的發(fā)生機制,可為尋找新的治療方法、開發(fā)新的藥物提供作用靶點和思路。參考文獻:1TakayanagiH,KimS,Koga,T,etal.InductionandactivationofthetranscriptionfactorNFATc1(NFAT2)integrateRANKLsignalinginterminaldifferentiationofosteoclastsJ.DevCell,2002,3(6):8892901.2KogaT,InuiM,InoueK,etal.CostimulatorysignalsmediatedbytheITAMmotif

14、cooperatewithRANKLforbonehomeostasisJ.Na2ture,2004,428(6984):7582763.3MatsumotoM,KogawaM,WadaS,etal.Essentialroleofp38mito2gen2activatedproteinkinaseincathepsinKgeneexpressionduring相較于c2Fos,目前對于Jun家族還知之甚少。Kenner等構(gòu)建了c2Jun和JunB在破骨細胞等細胞系中特異性失活的條件性基因敲除小鼠,發(fā)現(xiàn)其破骨細胞形成能力下降,然而破骨細胞的形成并未被完全阻斷,提示Jun家族蛋白成員在破骨細胞的發(fā)

15、生過程中可彼此彌補功能的不足。有報道,利用TRAP基因啟動子使c2Jun基因在破骨細胞系中顯性負(fù)突變而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)基因小鼠由于破骨細胞發(fā)育障礙而患有骨硬化病5。這個顯性負(fù)突變體雖缺乏反式激活結(jié)構(gòu)域,卻可與Fos、Jun、ATF家族成員二聚化,直接或間接抑制所有AP21復(fù)合物的活性。證實AP21活性對于破骨細胞的分化十分重要。此外,AP21還可促進破骨細胞中碳酸苷酶表達,并可與NFATs協(xié)同作用調(diào)控多種基因轉(zhuǎn)錄。112osteoclastogenesisthroughassociationofNFATc1andPU.1J.JBiolChem,2004,279(44):45969245979.with

16、thetartrate2resistantacidphosphatasegenepromoterduringos2teoclastdifferentiationJ.Bone,2004,34(2):2372245.5DoffingerR,SmahiA,BessiaC,etal.X2linkedanhidroticectodermaldysplasiawithimmunodeficiencyiscausedbyimpairedNF2kappaBsignalingJ.NatGenet,2001,27(3):2772285.6TakayanagiH.Mechanisticinsightintooste

17、oclastdifferentiationinosteoimmunologyJ.JMolMed,2005,118(4):5652570.7楊麗,張榮華,朱曉峰,等.骨代謝與TGF2、BMP23的關(guān)系J.山東醫(yī)藥,2004,44(15):15217.8鄧廉夫,何濤.骨質(zhì)疏松癥破骨細胞的形成與骨吸收活性的研究J.江蘇醫(yī)藥,2002,28(8):9211.(收稿日期:2009203220)經(jīng)驗交流20例近期療效觀察劉春香(齊河縣人民醫(yī)院,2008年2月20例腰椎間盤突出癥患者行C型臂導(dǎo)引下經(jīng)皮髓核切吸術(shù)聯(lián)合臭氧注射,近期效果滿(疼痛消失,無運動功能障礙,恢復(fù)正常生活和工作)13例,良(間歇性輕度腰痛

18、或放射痛,但不影響正常生活和輕體力勞動)6例,差(癥狀體征無改善)1例,優(yōu)良率95%。未出現(xiàn)硬膜囊、神經(jīng)、血管損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥。討論:經(jīng)皮髓核切吸術(shù)是治療腰椎間盤突出癥的有效方法,其機制為:顯著降低椎間盤內(nèi)壓:因椎間盤自身具有明顯的體積彈性模量特性,當(dāng)纖維鉆孔并切除部分髓核后,椎間盤內(nèi)壓可顯著下降。減少突出部分的椎間盤內(nèi)容:在切除椎間盤中央部分的髓核時亦可切除突出部位的部分髓核,特別是對于髓核纖維化程度較高的患者,采用髓核夾取鉗及在負(fù)壓切吸下,有可能取出較大的髓核碎塊,從而獲得部分類似開放手術(shù)直接減壓的效果。改變髓核的突出方向:經(jīng)后外側(cè)入路切除部分髓核,同時在椎間盤纖維環(huán)的后外側(cè)鉆孔、開窗,使

19、局部纖維環(huán)對髓核的包容力消失,有助于椎間盤的長期減壓。O3治療腰椎間盤突出癥的機制為:氧化髓核內(nèi)的蛋白多糖,使髓核滲透壓降低,水分丟失,發(fā)生變性、干涸和萎縮。通過拮抗炎癥介質(zhì)釋放,刺激血管內(nèi)皮細胞及血小板源性生長因子等引起血管擴張,改善靜脈回流,從而促進炎癥吸收,減輕神經(jīng)根水腫及粘連。通過局部注射后直接作用于神經(jīng)末梢,刺激抑制性中間神經(jīng)元釋放腦啡肽等鎮(zhèn)痛物質(zhì),同時還可刺激抗氧化酶過度表達。從而清除致痛物質(zhì)氧自由基以及拮抗炎癥介質(zhì)釋放等。本文結(jié)果顯示,經(jīng)皮髓核切吸術(shù)聯(lián)合O3注射治療腰椎間盤突出癥優(yōu)良率高。我們認(rèn)為,先切吸髓核,再O3注射的聯(lián)合方式較為合理。操作于透視下進行,定位準(zhǔn)確,操作簡單,安全;患者痛苦小,費用低;具有療程短、見效快,不易復(fù)發(fā)等特點,值得借鑒。(收稿日期:2009203213)意?，F(xiàn)報告如下。資料與方法:20例腰椎間盤突出癥患者,男18例,女2例;年齡1656歲,平均36歲;病程3