脂聯素在衰老和損傷中成骨作用的研究進展及主要困惑探討*

龔燕平

（解放軍總醫院第二醫學中心 內分泌科，北京 100853）

我國正逐漸進入老齡化社會，預計到2050年，我國老年人口將接近3.8億，占總人口的27.9%[1]。骨折是老年人群常見且危害最大的并發癥。骨折使患者活動受限、生活不能自理，增加肺部感染、壓瘡發生率，不僅嚴重影響患者生命質量、增加病死率，而且給個人、家庭和社會帶來沉重的經濟負擔。因此，有效促進骨折愈合，降低相關并發癥的發生具有重要意義。目前促進骨折愈合的各種生物制劑、無機質及藥物價格昂貴，且真正能應用于臨床的很少。老年人骨髓脂肪化是其骨質量下降的原因之一，因此脂肪因子脂聯素與成骨作用的關系成為目前研究熱點。

1 脂聯素成骨作用的研究結果不一致，可能與受體后通路不同有關

脂聯素是血漿中最常見的脂肪細胞因子之一，是唯一與脂肪含量呈負相關的脂肪因子。全長脂聯素蛋白（244 個氨基酸）可以被切割成更小的活性成分[2-3]，這些活性成分以球狀結構域或不同分子量的形式存在于循環中。既往進行了大量脂聯素與糖尿病、心血管疾病、胰島素抵抗、肝臟代謝、氧化應激、抗炎等關系的研究，并證實其在代謝和抗炎方面具有重要作用[4-10]。近年來研究發現，骨骼肌[11]、骨細胞[12-13]和淋巴細胞[14]也能產生脂聯素。骨髓脂肪組織（bone marrow adipose tissue,BMAT）、白色脂肪組織（white adipose tissue,WAT）內的脂肪細胞能產生所有脂聯素異構體[15]。每種脂肪組織對骨骼中脂聯素水平的貢獻尚不清楚，其可能隨著年齡和疾病發生相應改變。有研究顯示，人類BMAT 與血清總脂聯素水平呈正相關[16]。

后續研究證實，成骨細胞和破骨細胞中有脂聯素受體1（adiponectin receptor 1,AdipoR1）和脂聯素受體2（adiponectin receptor 2,AdipoR2）的表達，并驗證了脂聯素在骨骼中存在調節作用[17-19]。LENCHIK等[20]在研究脂肪量和骨密度的關系時，首次提出了脂聯素與骨骼呈正相關。然而，脂聯素對骨形成和骨轉換影響的報道卻并不一致。各種體外細胞實驗證實，脂聯素有正向調節成骨、改善骨密度的作用，即隨著成骨細胞分化和活性的增加，破骨細胞生成水平降低[17-27]。但在多個基因刪除/修改脂聯素的小鼠模型實驗、人群橫斷面及RCT 研究中并不能驗證脂聯素的骨骼效應[28-32]（見表1）。

表1 脂聯素成骨作用的不同研究結果

脂聯素成骨作用的爭議限制了藥物臨床轉化，主要原因是全身應用效果欠佳，但其特異作用于骨或骨細胞的效果相對肯定。有研究認為，脂聯素對骨骼的局部作用可能存在與中樞神經系統作用相反的效果[23-25]。還有研究認為，脂聯素多樣性可能是來自其與AdipoR1、AdipoR2 結合的不同，以及結合后激活的通路不同。脂聯素信號通路的復雜性常涉及多個直接和間接的受體后機制。因此進一步探索脂聯素信號通路，以充分了解促進或抑制脂聯素在骨骼調節中的作用是非常必要的[26-30]。

2 脂聯素對成骨細胞分化和遷移的作用機制研究

AdipoR1 和AdipoR2 在小鼠成骨細胞、人骨細胞前體骨髓基質細胞（bone marrow stromal cells,BMSC）[33-34]和破骨細胞前體人類外周血單核細胞（peripheral blood mononuclear cell,PBMC）中均有表達。而在所有細胞中，AdipoR1 的表達量均明顯高于AdipoR2（可達100 倍）。在多數情況下，AdipoR2甚至低到不能被檢測到，比如在MC3T3 小鼠骨細胞前體細胞、健康人類脛骨成骨細胞中均未發現脂聯素受體[35]。此外，AdipoR1 對脂聯素的球狀域有較高親和力，而AdipoR2 則對所有脂聯素具有中等親和力。因此在同一細胞內與不同蛋白受體結合也很可能產生不同的細胞反應。骨骼AdipoR2 低表達說明骨組織可能主要受球形脂聯素影響。

脂聯素通過AdipoR1 影響多個通路，包括單磷酸腺苷活化的蛋白激酶（protein kinase,AMPK）、磷脂酰肌醇-3-羥激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositide 3-kinases/protein kinase B,PI3K/PKB）、絲裂原激活蛋白激酶（p38 Mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK）、過氧化物酶體增殖物激活受體-γ 共激活物-1α（Peroxisome proliferator activated receptor-γ coactivator-1α,PGC-1α）、信號轉導和轉錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）等（見圖1）。脂聯素可增加成骨細胞骨橋蛋白（Osteopotin,OPN）和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）的表達。雌激素受體（estrogen receptor,ERα）傾向于激活脂聯素受體信號，觸發MAPK通路，ERα和特異蛋白1（specific protin 1,SP1）磷酸化，導致下流信號改變。筆者前期研究也表明，局部應用脂聯素可通過旁分泌作用增加AdipoR1 數量，上調骨形成蛋白-2（bone morphogenetic protein,BMP-2），促進骨折修復[12]。大多數體外骨細胞模型研究結果表明，骨肉瘤細胞系AdipoR1 表達升高可調節骨細胞分化，但在小鼠成骨細胞系（MC3T3）中并未發現相應的反應[12,34]。在小鼠胚胎成纖維細胞（C3H10T1/2）中，siRNA 抑制AdipoR1 的表達，并顯著降低了脂聯素誘導的體外成骨細胞分化[36]。在5 周齡的脂聯素KO 鼠中，BMSCs 轉化成骨細胞的相關基因表達降低，例如促進溶酶特異性組蛋白去甲基化基因（KDM4B、KDM6B）、過氧化物酶體增生劑激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor-g,PPARg）基因，從而使BMSCs 的分化由成骨轉化為成脂[37]。

圖1 AdipoR1受體后通路圖

高水平的CXCL12 能夠吸引表達CXCR4 的細胞遷移。系統性球狀脂聯素輸注提高了血清CXCL12水平，促進nestin+BMSC 從骨髓進入外周血。生物活性脂質-鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate,S1P）也可影響成骨細胞和破骨細胞前體遷移[38-39]。S1P 通過鞘氨醇激酶磷酸化鞘氨醇在細胞內合成，在脂聯素過表達的轉基因小鼠中可以觀察到循環S1P 升高。然而目前關于脂聯素對SIP 調控遷移的機制知之甚少。

3 脂聯素在老年人中的作用與年輕人不同

老年人群的脂聯素研究結果與青年人不一致。在56 周齡AdipoR1 過表達的轉基因小鼠中，可以觀察到骨密度（bone mineral density,BMD）更高，以及抗酒石酸酸性磷酸酶5b（tartrated resistant acid phosphatse,Trap5b）陽性破骨細胞數減少，但在8 周齡或32 周齡的幼齡鼠中卻沒有觀察到[40]。KAJIMURA等[41]的研究表明，6 周齡脂聯素敲除小鼠的骨量和成骨細胞數量增加，表明脂聯素能抑制幼齡小鼠骨量積累；然而在12 周齡脂聯素敲除小鼠骨中，成骨細胞分化標志物runt 相關轉錄因子（runtrelated transcription factor-2,runx2）和鋅指轉錄因子的基因表達并沒有明顯變化，脂聯素不能再繼續限制骨形成。同樣地，AdipoR1 缺乏的30 周齡小鼠骨小梁體積、厚度、數量和間距減少，同時成骨細胞數量減少；而在4 周齡幼鼠中AdipoR1 的缺失未影響骨細胞數量。有研究者認為，脂聯素信號通路通過AdipoR1 維持成骨細胞的生存和活性至關重要，并且隨著年齡增長也能調節破骨細胞的凋亡，而成骨與破骨之間的平衡影響著骨量變化[42]。

4 目前脂聯素成骨作用研究的主要困惑

目前對脂聯素的研究仍存在許多問題，在許多領域有待進一步證實。①研究主要集中在血漿脂聯素水平與骨的關系，對骨局部組織的研究相對較少；②鮮有研究對細胞的礦化能力與脂聯素的關系進行評估；③體外細胞研究中有很多未去除培養液中血漿和蛋白的影響；④脂聯素T 鈣黏蛋白（Tcadherin）受體潛在信號機制還未得到充分研究；⑤仍需要充分了解這些相互作用及其功能后果，以及脂聯素調控成骨細胞和破骨細胞遷移的其他潛在分子機制；⑥所有研究幾乎集中在青少年或成人，而探討脂聯素在胎兒和新生兒骨骼發育中作用的研究非常有限；⑦脂聯素在老齡化中的作用仍有待進一步探索；⑧AdipoR1 敲除的模型研究相對較少，明確定位骨敲除的小鼠模型更少。AdipoR1 受體后作用在全身和局部應用中存在哪些差異，從而導致作用的差異，目前并不明確；⑨對脂聯素的人群研究，仍需要更詳細的縱向研究，混雜因素如BMI等需要仔細匹配，以充分了解循環脂聯素水平與不同年齡組骨密度和骨折率的相互作用。

5 總結

既往研究中脂聯素作用效果不明確是限制脂聯素臨床應用轉化的主要原因。探究脂聯素對骨骼生物學的調控作用有助于藥物開發和非藥物（生活方式）干預方式的研究。針對脂聯素信號進行干預，可能有助于維護衰老過程中的骨健康和損傷后的骨骼修復。對脂聯素骨骼作用的研究，在破除脂聯素臨床應用困境的同時，也為骨折愈合的治療提供了新的思路和方向。