6　調節破骨細胞作用的主要信號通路是什么？

處于生長發育期的骨骼，骨構塑需要骨吸收。同樣，處于礦物質代謝、骨骼修復的骨骼亦需要依靠骨吸收來完成。破骨細胞具有吸收骨基質，啟動軟骨內成骨，引導膜內成骨和骨重建等多種功能。破骨細胞是一種組織特異性的多核巨噬細胞。在病理情況下，甲狀旁腺功能亢進性骨病、鈣受體相關性骨病、維生素D相關性骨病（佝僂病/骨軟化癥）、FGF-23相關性骨病、低骨量與骨質疏松癥、低血磷性佝僂病、高骨量綜合征、骨質硬化癥、腫瘤性骨病、炎癥性與變性性骨病等的病因與發病機制均與破骨細胞的數量或功能異常有直接或間接聯系。

RANK-RANKL-OPG系統被廣泛認為是誘導破骨細胞分化過程中最重要的信號轉導通路，大部分細胞因子都通過這個通路來調控成骨細胞和破骨細胞之間的動態平衡。

核因子-κB受體活化因子（receptor activator for nuclear factor-r，RANK），是腫瘤壞死因子（TNF）受體家族成員之一，在破骨細胞前體細胞及成熟破骨細胞表面均有高度表達。人RANK蛋白有616個氨基酸殘基，與小鼠有70%的同源性，其胞外結構域為N-末端，包含208個氨基酸，主要功能是與RANKL的C-端結合發生作用，產生并傳遞信號，在胞內區域有383個氨基酸，因為其缺乏內在的活性激酶去磷酸化激活下游的信號分子，因此需要轉接分子TRAFs（腫瘤壞死因子受體相關因子）的參與，來誘導激發NF-κB和c-Jun氨基端激酶（JNK）的活性。NF-κB途徑和JNK途徑是RANK和RANKL結合后介導破骨細胞分化的重要調節途徑。

核因子-κB受體活化因子配體（receptor activator for nuclear factor-r ligand，RANKL），是TNF超家族成員之一，RANKL的表達依賴于Cbf-的活性，因此Cbf-也被認為是聯系成骨細胞與破骨細胞的紐帶。人的RANKL蛋白含有317個氨基酸，與小鼠有87%的同源性。RANKL mRNA在淋巴組織及骨組織中含量高，而在心、胎盤、骨骼肌等非淋巴樣組織中僅有低度表達。在體內，RANKL主要以膜結合型和可溶型兩種形式存在，膜結合型RANKL的生理功能較可溶型RANKL更強，關于RANKL的研究大多都是針對結合形式的RANKL。RANKL有三個亞型，分別是RANKL1、RANKL2、RANKL3，在細胞內，這3種亞型形成同源或異源三聚體，這種三聚體結構對RANKL定位到膜上至關重要，并且這3種亞型具有共同的羧基末端活性受體結合域，因此他們能與相同的受體結合發揮作用。RANKL的主要作用就是與破骨細胞前體細胞表面的RANK結合，啟動下游的一系列信號通路，誘導破骨細胞的分化。

護骨因子（osteoprotegerin，OPG）也屬于TNF受體超家族成員，以二聚體的形式分泌到胞外，單體的半衰期要比二聚體更長，而二聚體則比單體有更強的肝素結合能力，但是，二者的熱、酸穩定性很相似，并且都具有抑制破骨細胞形成的能力。人體骨組織OPG主要在成骨細胞合成，淋巴組織中也可產生。OPG主要功能是與RANKL競爭性結合，阻斷RANKL/RANK通路，抑制破骨細胞分化成熟。另外，OPG還可與腫瘤壞死因子相關性細胞凋亡誘導配體（TRAIL）結合，抑制TRAIL引導的細胞凋亡。

成骨細胞表達并釋放RANKL，和破骨細胞前體細胞表面的RANK結合后，募集TNF受體相關因子（TRAFs）結合到RANK的胞質區，其中TRAF2、TRAF5、TRAF6都能與RANK結合，并通過JNK途徑、NF-κB途徑和Akt途徑，啟動并傳遞破骨細胞的分化信號。TRAF2、TRAF5與RANK結合激活c-Jun氨基端激酶（JNK），JNK誘導c-Jun/Fos活化蛋白1（AP-1）活化，調節c-Fos的表達，促進破骨細胞前體發生增生、分化。TRAF6與RANK結合激活磷脂酰肌醇-3-激酶（PI-3K），繼而活化蛋白激酶B（PKB、Akt），參與NF-κB活化，使c-Fos的表達增加，c-Fos與活化的T細胞核因子（NFAT-c1）結合，啟動破骨細胞特異性基因的轉錄，誘導破骨細胞前體分化為成熟破骨細胞。

OPG可與RANKL競爭性結合，且結合能力要比RANK更強，能有效阻斷RANK/RANKL信號通路，抑制破骨細胞分化，防止破骨細胞過度增長。RANKL/OPG比值關系著破骨細胞分化的強弱，如果比值減小，成骨細胞表面的RANKL全部被OPG競爭性結合，而不能與破骨細胞前體上的RANK結合產生轉錄信號，導致破骨細胞的分化受到抑制；如果比值過度增大，OPG難以拮抗RANKL和RANK的結合，使破骨細胞生成增多，骨吸收能力增強，因此RANKL/OPG保持一定的比值對于維持破骨細胞分化和骨代謝平衡具有重要意義。

總結來說，破骨細胞生成的關鍵調節步驟：成骨細胞產生的RANKL與破骨細胞前體細胞上的RANK結合，從而激活NF-xB，促進破骨細胞分化；以及成骨細胞分泌的OPG，可作為RANKL的受體，與RANK競爭性結合RANKL抑制破骨細胞的生成。絕經后女性由于雄激素水平降低，導致RANKL增加，RANKL/OPG比值升高，過多的RANKL與破骨細胞前體及破骨細胞表面的RANK結合，從而促進破骨細胞分化、激活，導致其骨吸收作用增強，此時，骨吸收和骨形成呈負平衡狀態，骨密度和骨強度下降，導致骨質疏松癥發生。

以RANK-RANKL-OPG這一關鍵通路為靶點，通過研究產生了多種OPG、RANKL衍生物，近年來，人源化RANKL抑制劑地舒單抗（denosumab）應運而生，地舒單抗與體內RANKL相結合，阻止RANKL與破骨細胞表面的RANK結合，從而抑制破骨細胞的激活、分化和存活，從而達到抗骨質疏松的治療目的。

（羅湘杭）