骨保護素在骨修復中應用的研究進展

摘要：骨保護素（osteoprotegerin，OPG）又稱護骨素，是一種新發現的由成骨細胞分泌的糖蛋白，屬于缺乏跨膜結構域的腫瘤壞死因子受體超家族（TNF receptor）成員，主要通過與核因子κB 受體活化因子配體（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL） 結合競爭性抑制核因子κB 受體活化因子（receptor activator for nuclear factor-κB，RANK）與RANKL 的結合，抑制破骨細胞基因的轉錄、分化、活化成熟及誘導破骨細胞的凋亡，從而促進骨的形成，抑制骨的吸收，對骨組織損傷的修復有重要作用。本綜述就骨保護素在骨修復過程中的應用做一闡述。

關鍵詞：骨保護素；骨修復；破骨細胞

1 骨保護素的概況

Simont SW等[1]于1997年發現一種能調控骨吸收的糖蛋白，屬腫瘤壞死因子受體超家族中的一員。在轉基因小鼠的體內研究表明：肝臟分泌的護骨素（OPG）與骨硬化和破骨細胞的分化有關。Tan，HL等[2]進行體外研究后發現重組OPG可抑制前體細胞分化為破骨細胞，而且OPG還可以抑制小鼠卵巢切除后的骨喪失。這些研究表明，對OPG的合理利用可以治療由破骨細胞活性增加引起的骨質疏松等骨修復性疾病。Morinaga等[3]于1998年發現破骨細胞生成抑制因子（ osteoclastogenesis inhibitory factor， OCIF），經cDNA 測序和氨基酸分析表明，OCIF與從不同細胞系中得到的腫瘤壞死因子受體樣分子-1（ the receptor of tumo r necrosis factor-1，TNFR-1） 和濾泡樹突狀細胞受體-1為同一組基因編碼的同一蛋白質分子。美國骨礦研究協會（ The American Society for Bone and Mineral Research，ASBMR）于2000年[4]將這種分子統一命名為骨保護素（OPG）。

人類OPG 基因為單拷貝基因（含5個外顯子），定位于8q23～24，該位點簇集了多個骨相關基因，如與遺傳性多發性外生骨疣有關的基因及編碼骨形態形成蛋白1的基因。OPG mRNA主要有3種： 最多的是約2.2～3.0kb大小的片段， 另外較少的兩種分別為4.2～4.4kb和6.5～6.6kb，由轉錄后剪接位點不同所致[5]。

骨保護素（OPG）/核因子-κB受體活化因子配體（RANKL）/核因子-κB受體活化因子（RANK）系統是調控骨代謝的重要通路之一。其中RANKL由成骨細胞表達，RANK由破骨細胞表達，二者結合可促進破骨細胞的分化和成熟，OPG屬于腫瘤壞死因子受體（TNFR）超家族成員，缺乏穿膜區和細胞質結構域，為可溶性分泌蛋白，故可結合RANKL，以削弱破骨細胞分化成熟能力和功能活性，限制破骨細胞活躍所導致的過度骨吸收[6]。

2 骨保護素對骨修復的影響

Kadri等[7]報道對半月板切除誘導骨關節炎的（osteoarthritis，OA）小鼠腹腔注射OPG（10mg/kg）、IL-1受體拮抗劑（100mg/kg）及磷酸鹽緩沖液，軟骨下骨微CT檢查顯示OPG治療后軟骨下骨骨容積比率（BV/TV）顯著增加，骨小梁分離度顯著減低，且軟骨Mankin評分和含Ⅰ型血小板結合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶（ADAMTS）陽性細胞數顯著下降，但用OPG直接刺激軟骨外植體后蛋白多糖分泌并未出現變化；結論認為，全身性應用OPG可抑制骨和軟骨退變，但對軟骨組織無直接作用。

2.1骨保護素對外傷性骨修復的影響 Wang XF等[8]研究發現OPG/RANKL 在骨折后4 周顯著性增高，提示OPG 及RANKL與骨折愈合過程有極為密切的關系。Giganti MG等[9]證明在骨折修復階段IL-6顯著性增高，TNF-α顯著性降低，而OPG/RANKL 呈增高趨勢，顯示IL-6、TNF-α、OPG、RANKL 在骨折愈合過程中起重要作用。這些研究顯示在骨折愈合的前三期，骨折愈合以成骨為主，這可能與OPG 促進成骨、抑制破骨密切相關。在血管內皮生長因子（ vascularendothelial growth factor，VEGF） 、骨形態發生蛋白（ bone morphogenetic protein，BMP） 等多種炎性因子刺激下，刺激OPG 的生成，OPG與RANKL結合后，競爭抑制RANK 與RANKL的結合，抑制前體破骨細胞向破骨細胞分化，導致破骨細胞生成降低，使骨代謝呈成骨的趨勢。在骨折愈合的四期，骨折愈合以塑形為主，與骨折愈合前三期相比，OPG的表達水平和OPG/RANKL可能較前有所降低。

2.2 骨保護素對骨質疏松骨修復的影響 骨質疏松癥的主要發病機制是機體的骨代謝失衡。人體骨骼在成骨細胞和破骨細胞作用下，使得骨吸收與骨形成保持動態平衡，絕經后雌激素水平下降，IL-1、IL-6、TNF -α基因表達增加，而TGF-β合成減少，促進破骨細胞增殖、分化，抑制其凋亡，使骨吸收增加，從而導致骨質疏松[10]。Nabipour I 等[11]對382 位絕經后婦女行腰椎骨密度測定發現OPG水平及OPG/RANKL比值均與腰椎骨密度成正相關關系，提示OPG/RANKL /RANK 系統參與了絕經后婦女骨質疏松癥的發生。在絕經后骨質疏松的患者中，RANKL/OPG比率增加，OPG與RANKL結合競爭性抑制RANK 與RANKL 相結合的能力相對較弱， 使得RANK 與RANKL 結合增多，引發破骨細胞基因的轉錄，使破骨增加，成骨減少，破壞了骨代謝的平衡，導致骨質疏松癥的發生。Andrea Z LaCroix等[12]對50～79歲400名白種絕經后婦女血清OPG和盆骨骨折的危險性研究發現OPG水平和盆骨骨折的危險性呈線性負相關。

Cao J等[13]研究顯示， 老年性骨質疏松也與OPG 的表達有關， 隨著年齡的增大OPGmRNA表達下降， OPG合成減少， RANKL表達升高。

2.3骨保護素對關節炎中骨修復的影響 類風濕性關節炎：RANKL在類風濕性關節炎骨侵蝕的過程中充當一個重要的中介角色。在類風濕性關節炎患者中，在有骨侵蝕的滑膜的T細胞存在RANKL 的表達，且RANKL 的mRNA 和OPG 有過度表達的趨勢，這些導致了破骨細胞的激活和分化[14]。Assmann G等[15]研究發現在類風濕性關節炎中存在基因突變易感性，RANKL單核苷酸多態性rs35211496 次要等位基因是一個保護性基因。Haynes D 等[16]證明了在類風濕性關節炎滑膜組織中，抗風濕藥物通過減少RANKL/OPG 的比值，抑制破骨細胞的分化，可成功的治療類風濕性關節炎。黃斌[17]等對類風濕性關節炎的患者給予甲氨喋啶片治療前后進行血清OPG含量的比較，之后再與正常對照組比較，結果顯示類風濕性關節炎治療前OPG含量顯著低于治療后及對照組。由此可知OPG/RANKL/RANK 系統與類風濕性關節炎骨侵蝕的發生、發展關系密切，而對OPG/RANKL /RANK 通路進行有效的干預，是治療類風濕性關節炎的一個重要方法。

骨性關節炎：在骨性關節炎中，OPG 和RANKL在軟骨下骨和關節軟骨存在表達。相對于類風濕性關節炎，骨性關節炎中OPG/RANKL 比率在滑液中明顯增多。Rubio 等[18]發現在骨性關節炎患者的軟骨中，塞來昔布通過增加OPG/RANKL 的比率，減低RANKL 的生成。在體外的研究中PGE2 通過炎癥介質的表達和釋放來調控關節軟骨細胞的骨代謝。Kadri A 等[19]研究在患有骨性關節炎的老鼠中應用OPG 后發現，OPG可通過對軟骨下骨的影響來降低關節軟骨退變。這些研究顯示OPG 是調節軟骨下骨破骨細胞生成的一個中心環節，OPG/RANKL/RANK信號通路參與了該疾病發生，因此OPG 及影響OPG 生成的藥物都有可能成為治療骨性關節炎的重要藥物，但目前該類型的藥物在臨床上還沒有應用。Angus R.Upton等[20]對不同程度骨關節炎中RANKL和OPG的表達研究發現2級骨關節炎的細胞中RANKL和RANKL/OPG比值均較0級高。這個結果也意味著RANKL和OPG在骨關節炎的早期就一直存在著變化。

3 骨保護素的研究展望

骨保護素通過影響破骨細胞的分化、成熟和凋亡，在骨形成及骨吸收過程中發揮著主要作用，并且在骨科相關疾病的發生、發展、預防和治療中發揮了重要作用。目前，國內外對于重組人骨保護素藥物的開發研究均處于實驗研究階段，但是隨著OPG 的更深入研究和分子生物學的進一步發展，理想的OPG 藥物終究會研發成功，為各種骨相關疾病的治療提供新的方向。

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編輯/蘇小梅