結締組織生長因子與骨形成蛋白-9在骨代謝中的研究進展

劉彩云 郭 影

(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院，河北 石家莊 050051)

結締組織生長因子(CTGF)是一種細胞外基質分泌蛋白，生理狀態(tài)下，在心、腦、肝、腎等組織器官中呈基礎量表達，病理狀態(tài)下，如在某些增生性或纖維性疾病中，CTGF過度表達與疾病的發(fā)生發(fā)展緊密相關。CTGF調節(jié)細胞功能多樣化，參與體內多種病理生理過程，如胚胎發(fā)育、雌性生殖系統、惡性腫瘤、纖維化疾病等。CTGF是骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)信號通路的靶基因，可作用于BMPs信號通路〔1〕，而BMP-9是已知BMPs中成骨活性最強的成員之一〔2〕。本文重點就CTGF與BMP-9在骨代謝疾病中的相關研究作一綜述。

1 CTGF的來源、結構及生物學功能

CTGF來源于多種細胞，如成纖維細胞、內皮細胞、癌細胞、平滑肌細胞、成骨細胞和軟骨細胞等，屬于即刻早期基因(CCN)家族的成員之一。到目前為止，CCN家族共有6個成員，包括最初的 Cyr61/CCN1，CTGF/CCN2，NOV/CCN3和最新發(fā)現的 WISP-1/CCN4，WISP-2/CCN5，WISP-3/CCN6〔3〕。人 CTGF基因位于染色體6q23.1區(qū)，由5個外顯子和4個內含子組成，第一個外顯子編碼CTGF的分泌信號肽，另外四個分別編碼4個不同的功能結構域，即:胰島素生長因子結合蛋白區(qū)(IGFBP)、血管性假血友病因子C型重復區(qū)(VWC)、血小板反應I型蛋白(TSP-1)和富含半胱氨酸的C末端結合區(qū)(CT)。盡管蛋白編碼區(qū)存在一定相似性，但其啟動子和非翻譯區(qū)具有明顯差異性，表明它們對不同蛋白表達的調節(jié)作用是不同的。CTGF可以綁定不同板塊，如纖維蛋白和聚蛋白多糖，生長因子包括BMP、成纖維細胞生長因子(FGF)與它們的受體FGFR1、FGFR2，核因子κB受體活化因子(RANK)等。它與不同的靶細胞表面受體結合，產生一系列生物學效應，如促進細胞有絲分裂和膠原合成、細胞增殖、黏附、遷移、細胞凋亡和細胞外基質分泌、調節(jié)血管生成等〔4〕。

2 CTGF對骨形成的影響

骨形成主要包括軟骨內成骨和膜內骨化。CTGF可促進軟骨細胞和成骨細胞增殖、成熟以及血管內皮細胞增殖、遷移和血管生成。而成骨細胞、軟骨細胞以及血管內皮細胞是軟骨內化骨和膜內化骨的重要細胞，因此CTGF通過調節(jié)這些細胞的活動發(fā)揮在骨代謝中的作用。

2.1 CTGF對軟骨細胞的影響 CTGF在軟骨代謝過程中，如軟骨形成、軟骨細胞增殖、成熟和肥厚以及促進軟骨基質的鈣化和內皮細胞的入侵發(fā)揮重要作用。Fujisawa等〔5〕發(fā)現CTGF可以促進軟骨細胞生長和分化，增加軟骨聚蛋白多糖的分泌和Ⅱ型膠原的表達，同時防止細胞凋亡，表明CTGF在修復或重建彈性軟骨方面起到重要作用。新近研究發(fā)現，在軟骨缺損修復過程中，利用骨髓間充質干細胞(BMSC)轉染CTGF，結合NaOH處理的聚乳酸/乙醇酸共聚物(PLGA)支架，可以顯著刺激BMSC分化為軟骨細胞，生成透明狀軟骨，且再生軟骨與正常軟骨極其相似〔6〕。

2.2 CTGF對成骨細胞的影響 成骨細胞是參與骨形成最主要細胞，起源于BMSC，負責骨基質的合成、分泌和礦化。CTGF對成骨細胞分化的刺激和抑制作用均有報道。Wang等〔7〕發(fā)現CTGF過度表達可促進間葉細胞來源的成骨細胞系的分化，誘導礦化結節(jié)、堿性磷酸酶形成以及骨鈣蛋白在間葉細胞中的表達，卻不能促進小鼠成纖維細胞(NIH3T3)細胞系的成纖維細胞向成骨細胞的分化及礦化結節(jié)的形成，這提示CTGF對不同細胞向成骨細胞分化的作用機制可能不同。Smerdel-Ramoya等〔8〕研究發(fā)現，CTGF過度表達引起骨小梁體積減少是由于成骨細胞的功能受損，導致礦物質形成和骨形成率降低，但成骨細胞和破骨細胞數量并沒有改變。

2.3 CTGF對破骨細胞的影響 破骨細胞是參與骨吸收最主要的細胞，來源于單核細胞和巨噬細胞。研究〔9〕表明破骨細胞上未檢測到CTGF的表達，而小鼠CTGF基因敲除后能顯著抑制破骨樣細胞的形成。Nishida等〔10〕用谷胱甘肽S-轉移酶融合的核轉錄因子(NF-κB)受體激動劑的配體(GST-RANKL)處理鼠巨噬細胞，發(fā)現CTGF基因表達上調，通過深入研究發(fā)現，在骨誘裂發(fā)生過程中，CTGF通過誘導樹突細胞-特異性跨膜蛋白(DC-STAMP)合成并與之相互作用而促進破骨細胞的形成。國內研究表明，CTGF可促進破骨細胞前體細胞(RAW264.7)增殖，且促進RANKL誘導的破骨細胞前體細胞RAW264.7分化為成熟的多核破骨細胞〔11〕。

2.4 CTGF對骨微循環(huán)的影響 骨的生長、發(fā)育與血管生成、良好血供是緊密相關的。CTGF可以促進血管平滑肌細胞和內皮細胞增殖和遷移，介導內皮細胞黏附，誘導內皮細胞成管狀，從而促進新血管生成，還可促進膠原蛋白合成，進而合成細胞外基質，支持新形成的血管床結構改變，對血管生成起重要作用。另外，造血發(fā)生在復雜的骨髓微環(huán)境中，BMSC通過直接和間接分泌細胞因子為造血提供重要支持，而CTGF表達于骨髓細胞基質中，在調節(jié)BMSC上起關鍵作用。最新實驗發(fā)現，缺乏CTGF基因的小鼠在造血功能方面可受到直接損傷〔12〕，提示CTGF在骨髓造血方面具有重要意義。

3 BMP-9的生物學特性及功能

在BMSC成骨分化早期，BMPs是最有潛力的誘導BMSC成骨分化的細胞因子，它屬于轉化生長因子(TGF)-β超家族成員之一，是一組具有類似結構的高度保守的分泌型多功能蛋白，由肝臟分泌合成〔13〕，通過血液循環(huán)到達全身，以類似激素的形式對骨和骨外組織發(fā)揮作用，這些蛋白具有很強的骨和軟骨誘導活性，且有助于BMSC、骨膜細胞以及松質骨細胞向成骨細胞分化。目前共分離出20余種BMPs，其中BMP-2，BMP-4，BMP-6，BMP-7和BMP-9能有效地在體內和體外誘導間充質干細胞向成骨分化。實驗證明，BMP-9誘導成骨的作用遠強于傳統應用的BMP-2和BMP-7，是成骨能力最強的轉化生長因子之一。另外，有人發(fā)現腺病毒介導的BMP-9基因可以安全、有效地轉染脂肪干細胞(ADSCs)，具有明顯的誘導ADSCs向成骨細胞轉化的作用〔14〕。但就現狀來說，BMP-9在骨形成及骨再生中的作用及其機制了解還不夠全面，因此需進一步研究，其有希望作為一種更強的促進細胞成骨分化的細胞因子候選者而應用于臨床。

4 CTGF與BMP-9之間的聯系

CCN蛋白在成體和胚胎組織的表達模式廣泛且差異很大，可以通過參與并調節(jié)多種信號分子而發(fā)揮作用，如整合素、BMPs、血管內皮生長因子(VEGF)、Wnts和Notch等。在骨骼系統中，CTGF作為CCN蛋白家族成員之一，它是BMPs信號通路的靶基因。在骨代謝研究中，左國偉〔15〕在骨腫瘤中發(fā)現CTGF缺失突變體通過促進或抑制小鼠胚胎成纖維細胞(iMEFs)的增殖而影響B(tài)MP-9誘導的成骨作用，最終結果顯示CTGF抑制了BMP-9誘導的成骨分化。孫笑笑等〔16〕在乳腺癌細胞骨轉移的研究中發(fā)現，BMP-9作為一個潛在的腫瘤抑制因子，通過下調CTGF的表達來抑制乳腺癌的骨轉移。

5 結語

目前，CTGF在骨科領域的實驗研究已有所開展，但尚需對其進行深入的研究，并探討臨床應用的可行性。在骨疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中，它對軟骨細胞、成骨細胞及破骨細胞的生物活性和功能具有重要調節(jié)作用，但其生理和病理作用非常復雜，也存在許多爭論。CTGF受到多種因子和信號通路的調節(jié)，其中包括BMPs。BMP-9骨誘導活性不會受到免疫反應的較大抑制，且BMP-9具有定向誘導脂肪干細胞向成骨細胞轉化的能力。通過對CTGF和BMP-9在骨形成中作用和分子機制的進一步研究，提出促進骨形成的新方法，為預防和治療骨代謝疾病提供新的治療靶點。

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