骨質(zhì)疏松的分子生物學(xué)研究

1、會(huì)計(jì)學(xué)1骨質(zhì)疏松的分子生物學(xué)研究骨質(zhì)疏松的分子生物學(xué)研究第1頁/共56頁第2頁/共56頁第3頁/共56頁第4頁/共56頁第5頁/共56頁第6頁/共56頁第7頁/共56頁第8頁/共56頁第9頁/共56頁第10頁/共56頁第11頁/共56頁第12頁/共56頁第13頁/共56頁Horowitz MC, et al. Immunol Rev. 2005;208:141-153.單核細(xì)胞巨噬細(xì)胞多能前體前單核細(xì)胞Pu.1GM-CSFNF-B, c-FosNFAT 單核破骨細(xì)胞前體 成熟破骨細(xì)胞RANKRANK+RANKLAbbreviations: GM-CSF, granulocyte macroph

2、age colony-stimulating factor; NF-B, nuclear factor kappaB; NFAT, nuclear factor of activated T-cells; RANK, receptor activator for nuclear factor kappa B.第14頁/共56頁干細(xì)胞骨髓間充質(zhì)細(xì)胞CBFA1BMPsTGFs增殖增殖BMPsTGF-sCBFA1Msx-2PTHTGF-IGF-I, IIVitamin D3c-fos增殖CBFA1Glucocorti-coidsVitamin D3PGE2PTH TGF- IGF-I, II成熟的成

3、骨細(xì)胞CBFA1Dlx-5fra-2/jun-D礦化成骨細(xì)胞Lian JB, et al. In Osteoporosis. 2nd ed. Marcus R, et al, eds. Stanford, CA: Academic Press, 2001.承諾沒有回頭路骨母細(xì)胞第15頁/共56頁確定如何隨著時(shí)間的推移激活許多單位都確定的分化，功能，這些細(xì)胞和祖細(xì)胞的死亡信號，如何積極和平衡的基本多細(xì)胞單位，是否在周期結(jié)束時(shí)，骨量會(huì)獲得丟失，或穩(wěn)定Canalis E et al. N Engl J Med 2007;357:905-916第16頁/共56頁成骨細(xì)胞堆積成新的板層骨成骨細(xì)胞堆積成新

4、的板層骨. 骨細(xì)胞是骨基質(zhì)中的成骨細(xì)胞骨細(xì)胞是骨基質(zhì)中的成骨細(xì)胞破骨細(xì)胞吸收骨基質(zhì)破骨細(xì)胞吸收骨基質(zhì)第17頁/共56頁OsteocytesOsteoclasts反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)凋亡的破骨細(xì)胞凋亡的破骨細(xì)胞Lining Cells骨細(xì)胞骨細(xì)胞激活激活Osteocytes骨形成骨形成成骨細(xì)胞成骨細(xì)胞Osteocytes骨吸收骨吸收靜止期靜止期破骨細(xì)胞破骨細(xì)胞破骨細(xì)胞破骨細(xì)胞類骨質(zhì)類骨質(zhì)襯細(xì)胞襯細(xì)胞骨細(xì)胞骨細(xì)胞前成骨細(xì)胞前成骨細(xì)胞第18頁/共56頁第19頁/共56頁第20頁/共56頁All bone cells participate in remodeling Considerable energy ex

5、pended to remodel the skeleton所有骨細(xì)胞參與重塑 相當(dāng)多的能源消耗重塑骨架第21頁/共56頁 成骨細(xì)胞及骨髓基成骨細(xì)胞及骨髓基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)質(zhì)細(xì)胞表達(dá)RANKL，與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞或破骨細(xì)胞表面上的或破骨細(xì)胞表面上的RANK結(jié)合后，促進(jìn)破結(jié)合后，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化和激活骨細(xì)胞的分化和激活，并抑制破骨細(xì)胞的，并抑制破骨細(xì)胞的凋亡。由成骨細(xì)胞分凋亡。由成骨細(xì)胞分泌的泌的OPG可以與可以與RANKL結(jié)合，競爭性結(jié)合，競爭性抑制抑制RANKL與與RANK之間的結(jié)合，從而抑之間的結(jié)合，從而抑制成熟破骨細(xì)胞的生制成熟破骨細(xì)胞的生成成Whyte M. N Engl

6、 J Med 2006;354:860-863OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)與破骨細(xì)胞系統(tǒng)與破骨細(xì)胞第22頁/共56頁第23頁/共56頁骨形態(tài)發(fā)生蛋白： 多肽的轉(zhuǎn)化生長因子超家族，其中包括activins和抑制素的成員。這些蛋白質(zhì)結(jié)合并激活特定的受體啟動(dòng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和影響內(nèi)導(dǎo)致osteoblastogenesis的事件Wnt信號： 使用一個(gè)Wnt-catenin信號通路。 Wnt信號綁定到特定的受體，低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5和6（LRP5和LRP6的）。這穩(wěn)定的translocates進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)基因表達(dá)的-catenin的。IGF-I:： 在肝臟和其他組織，包括骨骼，介導(dǎo)生長激素的縱向

7、骨生長的影響。 IGF-對骨的直接行動(dòng)，是對骨骼發(fā)育和維持骨量的必要。同時(shí)作為循環(huán)增長激素依賴性激素和PTH的影響作為一個(gè)地方的骨骼生長因子。 IGF-I的主要影響成骨細(xì)胞的分化功能，防止成骨細(xì)胞凋亡Canalis E et al. N Engl J Med 2007;357:905-916Wnt/-catenin信號通路與成骨細(xì)胞信號通路與成骨細(xì)胞第24頁/共56頁DkkDkk WntWntFrizzledFrizzledLiganded Liganded StateStateAPCAPCaxinaxinGsk3Gsk3 -Catenin-Catenin -Catenin-Catenin -

8、Catenin-CateninDshDshFrat-1Frat-1 -Catenin-Cateninp300/CBPp300/CBPSMRT/ SMRT/ NCoRNCoRTcf/LdfTcf/LdfAltered Altered Transcription Transcription of Genesof GenesNuclear Nuclear LocalizationLocalizationNucleusNucleus BONE BONE FORMATIONFORMATION WIF sFRPWIF sFRPOSTEOBLASTOSTEOBLASTWith permission from

9、With permission fromShoback D. Shoback D. J Clin Endocrinol Metab.J Clin Endocrinol Metab. 2007;92:747-753. 2007;92:747-753. 第25頁/共56頁DkkDkk WntWntFrizzledFrizzled配體狀態(tài)配體狀態(tài)APCAPCaxinaxinGsk3Gsk3 -Catenin-Catenin -Catenin-Catenin -Catenin-CateninDshDshFrat-1Frat-1 -Catenin-Cateninp300/CBPp300/CBPSMRT/

10、 SMRT/ NCoRNCoRTcf/LefTcf/LefAltered Altered Transcription of Transcription of GenesGenes核定位核定位細(xì)胞核細(xì)胞核成骨細(xì)胞成骨細(xì)胞 骨形成骨形成 WIF sFRPWIF sFRPAPCAPCP P蛋白酶體降解蛋白酶體降解LRPLRPFrizzledFrizzledKremeKremen naxinaxin -Catenin-CateninGsk3Gsk3( (沒有新骨形沒有新骨形成成DkkDkk Unliganded Unliganded StateStatePathway DeadPathway Dead

11、With permission fromWith permission fromShoback D. Shoback D. J Clin Endocrinol Metab.J Clin Endocrinol Metab. 2007;92:747-753. 2007;92:747-753. 第26頁/共56頁第27頁/共56頁第28頁/共56頁襯里細(xì)胞休眠Bone骨吸收在一個(gè)密封吸收空泡內(nèi) 破骨細(xì)胞吸收骨Bone反轉(zhuǎn)凋亡破骨細(xì)胞前成骨細(xì)胞Bone成熟的成骨細(xì)胞，骨樣組織礦化建設(shè)骨形成BoneIllustration Copyright 2009 Nucleus Medical Art, All

12、rights reserved. 第29頁/共56頁休眠BoneBone反轉(zhuǎn)BoneBone骨形成骨吸收GM-CSFIL-1IL-6 RANKLPGE2TNF-FormationOPGTGF-EstrogenResorptionAbbreviations: GM-CSF, granulocyte macrophage colony-stimulating factor; IL, interleukin; OPG, osteoprotegerin; RANKL, RANK-ligand, PGE2, prostaglandin E2; TGF, transforming growth facto

13、r; TNF, tumor necrosis factor.Illustration Copyright 2009 Nucleus Medical Art, All rights reserved. 第30頁/共56頁成骨細(xì)胞成骨細(xì)胞激活破骨細(xì)胞激活破骨細(xì)胞人骨髓巨核人骨髓巨核系祖細(xì)胞系祖細(xì)胞前融合破骨細(xì)胞前融合破骨細(xì)胞多核破骨細(xì)胞多核破骨細(xì)胞激素激素生長因子生長因子細(xì)胞因子細(xì)胞因子PTHPGE2GlucocorticoidsVitamin DIL-11IL-6IL-1PTHrPTNF-RANKLRANKLRANKRANKBone FormationBone FormationBone Res

14、orptionBone ResorptionAdapted from Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342.M-CSFM-CSFCFU-M = colony forming unit macrophageCFU-M = colony forming unit macrophageM-CSF = macrophage colony stimulating factorM-CSF = macrophage colony stimulating factor第31頁/共56頁For Internal Use Only. Amgen Confidentia

15、l.HormonesHormonesGrowth factorsGrowth factorsCytokinesCytokinesBone FormationBone FormationAdapted from Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-342.骨吸收抑制骨吸收抑制破骨細(xì)胞形成，功能和生存抑制破骨細(xì)胞形成，功能和生存抑制CFU-MCFU-MOsteoclastOsteoclastPrecursorPrecursorCFU-M = colony forming unit macrophageCFU-M = colony forming unit m

16、acrophageM-CSF = macrophage colony stimulating factorM-CSF = macrophage colony stimulating factorOsteoblastsOsteoblastsRANKLRANKLRANKRANKOPGOPG第32頁/共56頁RANK LigandRANK LigandOPGOPG防止防止OC activationOC activation促進(jìn)促進(jìn)OC activationOC activationOsteoclast ActivityOsteoclast Activity1Hofbauer LC, et al. J

17、AMA. 2004;292:490-5.2Lacey DL, et al. Cell. 1998;93:165-76.3Boyle WJ, et al. Nature. 2003;423:337-42.OC = osteoclast雌激素糖皮質(zhì)激素第33頁/共56頁Normal 4 weeks of ageOPG ApoE Tg 8 weeks of ageRANKL KO 4 weeks of ageOPG KO 8 weeks of ageRANK KO4 weeks of age第34頁/共56頁第35頁/共56頁第36頁/共56頁第37頁/共56頁EnzymesCollagenase,

18、 MMPsOsteoclast PrecursorsActivated Osteoclasts12345Cytokines & ChemokinesIL-1, TNF-,PGE2, IL-6 12345第38頁/共56頁Drees P et al. (2007) Mechanisms of Disease: molecular insights into aseptic loosening of orthopedic implants Nat Clin Pract Rheumatol 3: 165171 doi:10.1038/ncprheum0428第39頁/共56頁第40頁/共56頁人工關(guān)

19、節(jié)松動(dòng)的藥物和基因治療進(jìn)展中國矯形外科雜志2009第41頁/共56頁第42頁/共56頁第43頁/共56頁第44頁/共56頁第45頁/共56頁Bekker PJ, et al. J Bone Miner Res. 2004;19:1059-1066. Data on file, Amgen.Elliott R, et al. Osteoporos Int. 2007;18:S54. Abstract P149.McClung MR, et al. New Engl J Med. 2006;354:821-31.Model of DenosumabTNF = tumor necrosis fact

20、or; TRAIL = TNF-related apoptosis-inducing Ligand第46頁/共56頁RANKLRANKLRANKRANKDenosumabDenosumabBone FormationBone FormationHormonesHormonesGrowth factorsGrowth factorsCytokinesCytokinesBone Resorption InhibitedBone Resorption InhibitedOsteoclast Formation, Function, Osteoclast Formation, Function, an

21、d Survival Inhibitedand Survival InhibitedCFU-MCFU-MPre-FusionPre-FusionOsteoclastOsteoclastProvided as an educational resource. Do not copy or distribute.OsteoblastsOsteoblasts第47頁/共56頁第48頁/共56頁第49頁/共56頁第50頁/共56頁第51頁/共56頁第52頁/共56頁第53頁/共56頁骨形態(tài)發(fā)生蛋白： 多肽的轉(zhuǎn)化生長因子超家族，其中包括activins和抑制素的成員。這些蛋白質(zhì)結(jié)合并激活特定的受體啟動(dòng)的

22、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和影響內(nèi)導(dǎo)致osteoblastogenesis的事件Wnt信號： 使用一個(gè)Wnt-catenin信號通路。 Wnt信號綁定到特定的受體，低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5和6（LRP5和LRP6的）。這穩(wěn)定的translocates進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)基因表達(dá)的-catenin的。IGF-I:： 在肝臟和其他組織，包括骨骼，介導(dǎo)生長激素的縱向骨生長的影響。 IGF-對骨的直接行動(dòng)，是對骨骼發(fā)育和維持骨量的必要。同時(shí)作為循環(huán)增長激素依賴性激素和PTH的影響作為一個(gè)地方的骨骼生長因子。 IGF-I的主要影響成骨細(xì)胞的分化功能，防止成骨細(xì)胞凋亡Canalis E et al. N Engl J Med 2007;357:905-916Wnt/-catenin信號通路與成骨細(xì)胞信號通路與成骨細(xì)胞第54頁/共56頁休眠BoneBone反轉(zhuǎn)BoneBone骨形成骨吸收GM-CSFIL-1IL-6 RANKLPGE2TNF-FormationOPGTGF-EstrogenResorpt