維生素D調控破骨細胞生命歷程研究進展

閔雯嫣 李賽慧 張 闖 馬天洪 顧建紅 *，卞建春 劉學忠 袁 燕 劉宗平

（1，揚州大學獸醫學院 225009；2，江蘇高校動物重要疫病與人獸共患病防控協同創新中心 225009）

骨是一個不斷更新的動態組織，包含破骨細胞（Osteoclast，OC），軟骨細胞，成骨細胞（Osteoblast，OB）及骨細胞等多種細胞類型[1]。OC是一種終末分化的多核細胞，源于骨髓造血干細胞，在多種細胞因子及激素的調控下分化形成OC前體，進一步相互融合形成OC，是機體內唯一具有骨吸收功能的細胞，對于維持骨骼穩態具有重要作用。OC數量及活性的異常與骨代謝相關疾病的發生有關，如佝僂病，軟骨病，骨硬化，骨質疏松等。維生素D是一種類固醇類激素，具有抗佝僂病作用，又稱抗佝僂病維生素。維生素D家族成員中最重要的成員是人體皮下儲存的維生素D3（膽鈣化醇）和植物中的維生素D2（麥角鈣化醇）[2]。維生素D2和維生素D3需要在體內轉化成具有活性的結構，一般先在肝臟代謝成骨化二醇，然后進一步轉化成骨化三醇。維生素D受體（Vitamin D Receptor，VDR）屬于類固醇激素甲狀腺激素受體超家族的成員，VDR在其激活配體1，25(OH)2D3的作用下發揮的生理功能已得到廣泛的研究[3]。維生素D通過直接或間接的方式參與調控機體內鈣離子平衡及骨代謝過程，且維生素D的水平與OC增殖、分化、活化及凋亡等生命歷程的調控存在密切聯系，因此，本文針對目前維生素D參與調控OC生命歷程的研究進行綜述。

1 維生素D對OC的間接調控作用

1.1 維生素D通過M-CSF/c-Fms信號影響OC增殖

骨髓巨噬細胞作為OC的前體，受到許多因子的調節，包括巨噬細胞集落刺激因子（Macrophage colony stimulating factor，M-CSF）、 骨保護素（Osteoprotegerin，OPG）、 核因子 κB受體活化因子配體（Receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）、CD47、合胞素1（Syncytin-1）以及樹突狀細胞特異性跨膜蛋白（DC-STAMP）和破骨細胞-刺激跨膜蛋白（OCSTAMP）這兩種重要的跨膜蛋白[4]。CD47通過伴侶細胞膜之間的廣泛接觸來調節OC前體的融合[5]。研究表明，csf1基因突變的op/op和tl/tl小鼠M-CSF功能缺失，OC無法形成。因為，M-CSF與破骨細胞前體上的受體c-Fms結合，可使c-Fms細胞質尾部特異性酪氨酸殘基自動和反式磷酸化，從而促進破骨細胞前體的增殖。研究表明，c-Fms細胞質尾部特異性酪氨酸殘基包括Y559，Y697，Y721及Y921，能調節OC前體的增殖和存活。磷酸化的Y559激活c-Fms并與c-Src相互作用，形成Y559/c-Src復合體招募PI3K和c-Cbl復合體，激活Akt信號的同時也導致c-Fms的泛素化。磷酸化的Y721直接與PI3K相互作用激活Akt信號。磷酸化的Y697和Y974與Grb2相互作用激活ERK[6]。因此，M-CSF/c-Fms在骨髓巨噬細胞增殖成為OC前體細胞中發揮重要調節作用。維生素D可以刺激OB、軟骨細胞產生M-CSF[7，8]，從而使骨髓巨噬細胞上的c-Fms與M-CSF結合，促進一系列信號的激活，刺激OC前體的增殖。

1.2 維生素D通過RANK/RANKL/OPG信號影響OC分化和活化

當骨髓單核巨噬細胞增殖形成OC前體后，RANKL/RANK信號促進OC前體分化為OC。RANKL和RANK的結合會導致腫瘤壞死因子受體相關因子（TNF receptor-associated factor，TRAF）適配蛋白從細胞質中被招募到TRAF結構域，TRAF6是OC形成和發揮功能最重要的調節因子[9]。TRAF6可以調節RANKL/RANK信號下游NF-κB，c-jun氨基末端激酶（c-jun-N-teminal kinase，JNK），ERK，P38，Akt，NFATc1 等基因。NF-κB和c-Fos被RANKL激活，激活的NF-κB和c-Fos可以刺激OC生成早期階段NFATc1的表達，c-fos屬于即刻早期基因家族，和jun及活化轉錄因子共同組成一個二聚體復合物，位于細胞核內，是核內磷酸化的蛋白。前期體外研究發現，在破骨細胞前體RAW264.7細胞中，添加VDR激活劑1，25(OH)2D3可促進OC的形成及骨吸收活性[10]。與此相反，在人外周血來源的破骨細胞前體中，VDR激活劑1，25(OH)2D3可以抑制破骨細胞前體中c-Fos和RANK的表達，抑制OC的形成與骨吸收功能[11]。這可能與1，25(OH)2D3對不同來源破骨細胞前體的調控存在差異有關，RAW264.7細胞系來源于Abelson鼠白血病病毒誘導BALB/c小鼠產生腫瘤后得到的細胞株[12]，而人外周血破骨前體更接近于正常生理狀態，其具體分子機制仍需進一步研究。

1.3 維生素D通過FAS/FASL信號影響OC凋亡

生理或病理性的細胞死亡方式通常有3種，細胞凋亡、自噬及壞死。與細胞壞死方式相比，細胞發生凋亡或自噬時，細胞的形態仍舊保持完整且無任何炎癥發生。細胞凋亡過程通過3條主要的信號通路介導，包括線粒體信號通路、死亡受體（The death receptor，Fas）通路及內質網信號通路。其中參與OC凋亡調控的主要信號為線粒體信號通路及死亡受體Fas信號通路。大多參與調控OB或OC分化的細胞因子及激素也參與調控其凋亡過程[13]。研究表明，OB可以通過FAS/FASL信號介導OC凋亡。FASL屬于TNF家族的跨膜蛋白，和FAS受體作用是許多細胞類型中的凋亡信號。在體內，OB條件性敲除FASL后，OC數目增多且活性增強，表明OB產生的FASL對維持骨代謝是必需的[14]。1，25(OH)2D3和雌激素能夠提升FASL在OB中的表達，從而間接調控OC的凋亡。因此，1，25(OH)2D3可以通過OB中的FAS/FASL信號通路促進OC的凋亡[15-17]。

2 維生素D對OC的直接調控作用

維生素D是VDR的激活劑，早期研究發現，VDR-/-或CYP27B1-/-小鼠分離出的脾細胞誘導形成的OC數量與對照組相比是降低的，而單個OC的骨吸收活性及其存活時間卻顯著升高[18，19]。這一發現證實了VDR參與維生素D對OC分化及活化的直接調控作用。近期研究采用成熟OC標致蛋白Cathepsin K啟動子構建了OCVDR或CYP27B1特異性敲除的動物模型，結果發現6周齡的CtskCre/VDR-/-小鼠的骨體積分數下降15%，而CtskCre/Cyp27b1-/-小鼠的骨體積分數無顯著變化。在CtskCre/VDR-/-小鼠中，成熟的OC敲除VDR導致年輕的小鼠模型及雌激素缺乏的小鼠模型骨量嚴重丟失，OC的骨吸收活性增加，但OC的數量沒有顯著的變化[20]。因此，維生素D對OC的調控不僅體現在OC的數量上，還體現在OC的吸收活性上。

3 維生素D對OC調控的雙面性

維生素D作為體內鈣磷代謝的調控因子，對OC的形成具有雙向調控作用。體外研究表明，10-9～10-7mol/L的1，25(OH)2D3能促進OC形成，而超過10-7mol/L或低于10-9mol/L時會抑制OC的形成。體內研究發現，臨床使用的治療骨質疏松的藥物艾爾骨化醇，它能抑制體內OC的形成。由此可見，不同濃度的1，25(OH)2D3及在體內或體外應用產生的結果不一致。這可能是由于維生素D通過調控OB，骨細胞RANKL/OPG的比值對OC的形成和骨吸收功能發揮間接調控作用。此外，長期使用維生素D抑制OC的骨吸收可能是由于抑制了甲狀旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）的產生。VDR調節 RANKL、OPG的表達似乎是受到維生素D、PTH、FGF23等因素的共同作用[21]。

4 展望

目前對于骨組織中表達VDR的細胞類型尚未完全闡明，1，25(OH)2D3能促進VDR基因轉錄水平的表達，而VDR參與調控多個系統及細胞的功能。小腸和腎臟中的VDR通過調節鈣磷的重吸收來間接影響骨代謝過程，骨組織中的VDR通過參與調控骨細胞（OB、OC及軟骨細胞）分化和OC骨吸收而參與骨重建過程。維生素D對OC的調控，不是單一的作用途徑和方式，它受到各種骨細胞及信號的共同調節，從而調控OC的增殖、分化和凋亡等生命歷程。維生素D使用濃度及方式的不同發揮著不同的作用。因此，進一步研究維生素D在體內調控骨細胞的分子和細胞機制，可以為治療骨代謝疾?。ü琴|疏松癥，類風濕性關節炎，牙周炎）的研究提供臨床理論依據。