脂聯(lián)素在衰老和損傷中成骨作用的研究進(jìn)展及主要困惑探討*

龔燕平

（解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學(xué)中心 內(nèi)分泌科，北京 100853）

我國(guó)正逐漸進(jìn)入老齡化社會(huì)，預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)老年人口將接近3.8億，占總?cè)丝诘?7.9%[1]。骨折是老年人群常見且危害最大的并發(fā)癥。骨折使患者活動(dòng)受限、生活不能自理，增加肺部感染、壓瘡發(fā)生率，不僅嚴(yán)重影響患者生命質(zhì)量、增加病死率，而且給個(gè)人、家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，有效促進(jìn)骨折愈合，降低相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生具有重要意義。目前促進(jìn)骨折愈合的各種生物制劑、無(wú)機(jī)質(zhì)及藥物價(jià)格昂貴，且真正能應(yīng)用于臨床的很少。老年人骨髓脂肪化是其骨質(zhì)量下降的原因之一，因此脂肪因子脂聯(lián)素與成骨作用的關(guān)系成為目前研究熱點(diǎn)。

1 脂聯(lián)素成骨作用的研究結(jié)果不一致，可能與受體后通路不同有關(guān)

脂聯(lián)素是血漿中最常見的脂肪細(xì)胞因子之一，是唯一與脂肪含量呈負(fù)相關(guān)的脂肪因子。全長(zhǎng)脂聯(lián)素蛋白（244 個(gè)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(jié)構(gòu)域或不同分子量的形式存在于循環(huán)中。既往進(jìn)行了大量脂聯(lián)素與糖尿病、心血管疾病、胰島素抵抗、肝臟代謝、氧化應(yīng)激、抗炎等關(guān)系的研究，并證實(shí)其在代謝和抗炎方面具有重要作用[4-10]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，骨骼肌[11]、骨細(xì)胞[12-13]和淋巴細(xì)胞[14]也能產(chǎn)生脂聯(lián)素。骨髓脂肪組織（bone marrow adipose tissue,BMAT）、白色脂肪組織（white adipose tissue,WAT）內(nèi)的脂肪細(xì)胞能產(chǎn)生所有脂聯(lián)素異構(gòu)體[15]。每種脂肪組織對(duì)骨骼中脂聯(lián)素水平的貢獻(xiàn)尚不清楚，其可能隨著年齡和疾病發(fā)生相應(yīng)改變。有研究顯示，人類BMAT 與血清總脂聯(lián)素水平呈正相關(guān)[16]。

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

表1 脂聯(lián)素成骨作用的不同研究結(jié)果

脂聯(lián)素成骨作用的爭(zhēng)議限制了藥物臨床轉(zhuǎn)化，主要原因是全身應(yīng)用效果欠佳，但其特異作用于骨或骨細(xì)胞的效果相對(duì)肯定。有研究認(rèn)為，脂聯(lián)素對(duì)骨骼的局部作用可能存在與中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用相反的效果[23-25]。還有研究認(rèn)為，脂聯(lián)素多樣性可能是來(lái)自其與AdipoR1、AdipoR2 結(jié)合的不同，以及結(jié)合后激活的通路不同。脂聯(lián)素信號(hào)通路的復(fù)雜性常涉及多個(gè)直接和間接的受體后機(jī)制。因此進(jìn)一步探索脂聯(lián)素信號(hào)通路，以充分了解促進(jìn)或抑制脂聯(lián)素在骨骼調(diào)節(jié)中的作用是非常必要的[26-30]。

2 脂聯(lián)素對(duì)成骨細(xì)胞分化和遷移的作用機(jī)制研究

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

脂聯(lián)素通過AdipoR1 影響多個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）等（見圖1）。脂聯(lián)素可增加成骨細(xì)胞骨橋蛋白（Osteopotin,OPN）和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）的表達(dá)。雌激素受體（estrogen receptor,ERα）傾向于激活脂聯(lián)素受體信號(hào)，觸發(fā)MAPK通路，ERα和特異蛋白1（specific protin 1,SP1）磷酸化，導(dǎo)致下流信號(hào)改變。筆者前期研究也表明，局部應(yīng)用脂聯(lián)素可通過旁分泌作用增加AdipoR1 數(shù)量，上調(diào)骨形成蛋白-2（bone morphogenetic protein,BMP-2），促進(jìn)骨折修復(fù)[12]。大多數(shù)體外骨細(xì)胞模型研究結(jié)果表明，骨肉瘤細(xì)胞系A(chǔ)dipoR1 表達(dá)升高可調(diào)節(jié)骨細(xì)胞分化，但在小鼠成骨細(xì)胞系（MC3T3）中并未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的反應(yīng)[12,34]。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（C3H10T1/2）中，siRNA 抑制AdipoR1 的表達(dá)，并顯著降低了脂聯(lián)素誘導(dǎo)的體外成骨細(xì)胞分化[36]。在5 周齡的脂聯(lián)素KO 鼠中，BMSCs 轉(zhuǎn)化成骨細(xì)胞的相關(guān)基因表達(dá)降低，例如促進(jìn)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(zhuǎn)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(dá)CXCR4 的細(xì)胞遷移。系統(tǒng)性球狀脂聯(lián)素輸注提高了血清CXCL12水平，促進(jìn)nestin+BMSC 從骨髓進(jìn)入外周血。生物活性脂質(zhì)-鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate,S1P）也可影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞前體遷移[38-39]。S1P 通過鞘氨醇激酶磷酸化鞘氨醇在細(xì)胞內(nèi)合成，在脂聯(lián)素過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠中可以觀察到循環(huán)S1P 升高。然而目前關(guān)于脂聯(lián)素對(duì)SIP 調(diào)控遷移的機(jī)制知之甚少。

3 脂聯(lián)素在老年人中的作用與年輕人不同

老年人群的脂聯(lián)素研究結(jié)果與青年人不一致。在56 周齡AdipoR1 過表達(dá)的轉(zhuǎn)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(yáng)性破骨細(xì)胞數(shù)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(lián)素敲除小鼠的骨量和成骨細(xì)胞數(shù)量增加，表明脂聯(lián)素能抑制幼齡小鼠骨量積累；然而在12 周齡脂聯(lián)素敲除小鼠骨中，成骨細(xì)胞分化標(biāo)志物runt 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（runtrelated transcription factor-2,runx2）和鋅指轉(zhuǎn)錄因子的基因表達(dá)并沒有明顯變化，脂聯(lián)素不能再繼續(xù)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(shù)量和間距減少，同時(shí)成骨細(xì)胞數(shù)量減少；而在4 周齡幼鼠中AdipoR1 的缺失未影響骨細(xì)胞數(shù)量。有研究者認(rèn)為，脂聯(lián)素信號(hào)通路通過AdipoR1 維持成骨細(xì)胞的生存和活性至關(guān)重要，并且隨著年齡增長(zhǎng)也能調(diào)節(jié)破骨細(xì)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(lián)素成骨作用研究的主要困惑

目前對(duì)脂聯(lián)素的研究仍存在許多問題，在許多領(lǐng)域有待進(jìn)一步證實(shí)。①研究主要集中在血漿脂聯(lián)素水平與骨的關(guān)系，對(duì)骨局部組織的研究相對(duì)較少；②鮮有研究對(duì)細(xì)胞的礦化能力與脂聯(lián)素的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估；③體外細(xì)胞研究中有很多未去除培養(yǎng)液中血漿和蛋白的影響；④脂聯(lián)素T 鈣黏蛋白（Tcadherin）受體潛在信號(hào)機(jī)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(lián)素調(diào)控成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞遷移的其他潛在分子機(jī)制；⑥所有研究幾乎集中在青少年或成人，而探討脂聯(lián)素在胎兒和新生兒骨骼發(fā)育中作用的研究非常有限；⑦脂聯(lián)素在老齡化中的作用仍有待進(jìn)一步探索；⑧AdipoR1 敲除的模型研究相對(duì)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(yīng)用中存在哪些差異，從而導(dǎo)致作用的差異，目前并不明確；⑨對(duì)脂聯(lián)素的人群研究，仍需要更詳細(xì)的縱向研究，混雜因素如BMI等需要仔細(xì)匹配，以充分了解循環(huán)脂聯(lián)素水平與不同年齡組骨密度和骨折率的相互作用。

5 總結(jié)

既往研究中脂聯(lián)素作用效果不明確是限制脂聯(lián)素臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化的主要原因。探究脂聯(lián)素對(duì)骨骼生物學(xué)的調(diào)控作用有助于藥物開發(fā)和非藥物（生活方式）干預(yù)方式的研究。針對(duì)脂聯(lián)素信號(hào)進(jìn)行干預(yù)，可能有助于維護(hù)衰老過程中的骨健康和損傷后的骨骼修復(fù)。對(duì)脂聯(lián)素骨骼作用的研究，在破除脂聯(lián)素臨床應(yīng)用困境的同時(shí)，也為骨折愈合的治療提供了新的思路和方向。