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1、骨质疏松的机制和治疗药靶一、破骨细胞与骨头吸收破骨细胞来源于 造血干细胞，与 单核细胞和巨噬 细胞相系密切。M-CSF:巨噬细胞集落刺激因子 RANKL:破骨细胞分化因子CTR:降钙素(calcitonin )受体 TRAP:抗酒石酸酸性磷酸酶RANKL是破骨细胞生成的关键因子破骨细胞的生成从破骨细胞 前体分化成 多核的破骨 细胞主要依 赖于RANKL 结合到破骨 细胞中的受 体RANK上 ，激活破骨 细胞RANKL（receptor activator of NF-B ligand ）：TNF家族成员，起巨噬细胞集落刺激 因子作用， RANKL在成骨细胞、骨髓基质细胞，以及T和B淋巴细胞中表
2、达 RANK :RANKL受体 OPG: RANKL的可溶性受体，起抑制信号作用RANK 信号通路RANK 有三个TRAF结合基序，可募集6 种TRAF蛋白 基序1募集TRAF6,激活6条主要的信 号通路（Akt, NFATc1, NF-B, JNK, ERK and p38) ，涉及破骨细细胞的分 化、功能和存活，其功能类似于 TNF 和 IL-1，与免疫应答有关 基序2和3与那个TRAF结合还不是 很清楚，都能激活NF-KB，基序2还 激活P38，这两个基序涉及破骨细 胞生成，是治疗骨质疏松的靶点 。 RANK 还含有一个IVVY基序，结 合与TRAF无关的信号蛋白（？） ，介导Rac的激
3、活，涉及破骨细胞 骨架构架和破骨细胞谱系的定型， 是治疗骨质疏松的靶点。c-Src, TAB2 TAK1,TAB1NFATc1, 在破骨细胞前体中表达，是破骨细胞生成的 重要调节者TRAF:肿瘤坏死困子受体相关因子 NFATc1: T细胞激活核因子c1NFATc1破骨细胞分化的 主要转录因子成骨细胞分泌的RANKL和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)，在巨 噬细胞前体中，激活Fos的表达，后者又介导破骨细胞分化的 主要调节者-T细胞激活核因子C1 (NFATc1) 的表达，诱导破骨细 胞分化。NFATc1可诱导破骨细胞表达的基因有： 抗酒石酸酸性磷酸酶（ TRAP ） 组织蛋白酶K（ cath
4、epsin K ） 氯离通道7（ Clcn7 ） MMP-9 ephrinB2RANKL/RANK/OPG系统Wnt信号与骨吸收Wnt5aRor2 信号是 破骨生成的重要信号 ， Wnt5a 从成骨谱系 细胞中分泌，结合成 破骨细胞前体细胞上 的Ror2t和其受体复受 体上，激活Jnk，以致 cJun 募集到RANK 启 动的SP1上，促进 RANK的表达，增强 RANK诱导的破骨细胞 的生成。而 GST- sRor2是抑制骨形成。非经典的Wnt信号能提高RANKL的水平，能促 进骨吸收破骨细胞的激活RANKL结合到 RANK后，激活一 些关键的转录因 子和酶，促进破 骨细胞的分化、 增值、多
5、核化、 激活和存活，深 入诱导骨吸收。破骨细胞在激活后，在整合素v3 的帮助下，破骨细胞粘附在骨表面，形成一个封闭 区，质子泵和氯离子通道打开，产生高酸性的微环境，催化破骨细胞酶 cathepsin K 的 活性，降解胶原，分解骨头。 整合素结合到骨表面上，激活整合素依赖性蛋白激酶Src 激酶信号。二、成骨细胞与骨形成成骨细胞来源于 间质干细胞(MSCs) 成骨细胞生成涉及核心转录因子Runx2Osteopontin:骨桥蛋白 Osteocalcin:骨钙素 Sclerostin:硬骨素DMP-1：牙本质基质蛋白 I COll I :胶原蛋白 I TNAP：组织非特异性碱性磷酸酶Runx2 是
6、成骨形成必需的转录因子在I型胶原蛋白弱表达的前成骨细胞中，可以检测到Runx2的表达，然而在表达 骨钙素 (OC) 的成熟成骨细胞中， Runx2 的表达下降 。随着成骨细胞转化成能 表达CD44, DMP1 和 MEPE的骨细胞，硷性磷酸酶降低，而OC升高。 Runx2的 表达和转录活性受成骨细胞分化过程中的多种蛋白质严格调节。Runx2是骨形成过程中成骨细胞分化、基质产生和矿化必需的转录因子Col1A1:胶原1型蛋白1 ALP:碱性磷酸酶 OPN:骨桥蛋白 BSP:骨唾液酸蛋白 OC:骨钙素MEPE:细胞外磷糖蛋白基质 DMP1:牙本质基质酸性磷蛋白剌激成骨细胞分化的生长因子两个生长因子家
7、族刺激成骨细胞从MSCs分化，它 们都能调节Runx2的表达Wnt TGF家族Wnt信号通路-catenin 依赖性经典通路-catenin 非依赖性非经典通路PCP:平面细胞极性DDK1抑制Wnt信号-catenin 稳定化后， 转移到核，与TCF结合 ，促进基因表达，这 些基因包括：cyclin D1, c-myc, c-jun, VEGF 、 Runx2、 Osx，以及 一些与细胞生长相关 的生长因子，如：TGF -等 DKK1能竞争性结合到 LRP5/6，使后者与 Kremen 结合而失活， 导致形成 -catenin 降 解复合物， CKI和 GSK3 磷酸化-catenin ，使-
8、catenin通过泛 素途经被解降。Wnt 3a、5a、7b 和10b 等 Wnt分子与 Ihh共同捉进成 骨细胞的分化 DKK1 抑制成骨细胞生成， 使发育过程向脂肪生成方向 发展。 -catenin/TCF1通过诱导骨头 主要发育蛋白Runx2表达， 承担促进早期成骨细胞谱系 的义务，而DKK1 通过Wnt信 号通路抑制 Runx2 表达 Runx2促进次级骨头发育主 要转录因子Osterix (Osx) 的转 录活性（旁边标注的是普系 特异性的表型标记物） 激活Wnt信号通路，能上调 OPG表达，抑制RANKL表达Wnt信号调节成骨细胞生成非经典 Wnt 通路 通过Ca2+-CaMkII
9、-TAK1- TAB2-NLK 信号抑抑制PPAR- 的转录活性，促进成骨细胞生成 ，Wnt5a 激活NLK，生成一个共抑制复合物，使 PPAR-失活，非经典 Wnt 通路与成骨细胞生成TGF-家族信号通路经典Smad依赖的TGF- 信号， TGF-首先结合 到II型受体 (R-II) 和I型 受体 (R-I), 然后转导到 Smads， 激活的Smads 2/3 与Smad4 形成复合 物，然后转入核，激活 转录，启动Runx2基因 表。Smad7 能破坏激活 的Smad2/3与 Smad4形 成复合物。 非Smad依赖性TAK1 信 号通路也调节骨形成。TGF-能调节Runx2 和 ost
10、erix 表达PTH 结合激活PTH1R，刺激几个下游效应子，驱动t PTH1R-TGFRII 复合物 的内化，降低 TGF- 和 PTH 信号，CREB介导成骨细胞中的PTH信号。BMPs 属于TGF- 超级家族Smad依赖的BMP信号 ， BMP结合到R-II 和 R-I，然后信号转导至 Smads，激活的 Smads1/5/8与 Smad4 形成复合物，转移到 核，启动靶基因表 达。 Neogenin 调节 BMP受体的联系和 Smad1/5/8 信号。激 活的 Smads 调节成骨 细胞中转录因子和转 录共活化因子(Dlx5, Runx2 and Osx) 的表 达。Smad6 结合
11、I型 BMP受体，抑制 Smad1/5/8 的激活。 非Smad依赖的TAK1 信 号通路也调节骨形 成。BMPs 和 Wnt 信号相互作用影响骨的形成，BMPRIA 信号上调Sost 表达，主要通过Smad依赖的 信号，而它又通过Smad依赖和非Smad依赖的信号上调DKK1，Sost 和 DKK1都能抑制经典 的 Wnt信号，导致骨质降低。三、骨细胞形态类似于神经细胞，有长的树枝状突出的管道，在骨细胞之 间连接成网络，形成感应网络 骨细胞能表达许多可以调节磷盐的因子，在基质的矿化过程中 起着重要的作用 骨细胞能分泌硬骨素（sclerostin），是Wnt信号通路的抑制剂 ，可抑制成骨细胞分
12、化和骨形成 骨细胞能通过TGF-B降低RANKL的表达抑制骨吸收骨细胞在所有的骨头细胞中占 90 %，分 散在矿化的基质中。是最终分化的成骨细 胞骨细胞能沿着树枝极化到骨表面，并与成骨细胞和骨衬细胞接触，感应 微裂缝、裂纹和机械负荷丧失，触发破骨细胞分化。凋亡的骨细胞可能 分泌一些因子达到骨表面诱导破骨细胞分化。四、骨头重构的三个阶段在启始阶段，开始于造血前体细胞的募集，成骨细胞谱系表达RANKL，诱导破骨细胞分 化，形成多核破的骨细胞，吸收骨头 转换阶段，以骨头吸收到骨头形成为标志，通过偶合因子开启，这些因子可以是可扩 散的因子、膜结合分子，或骨基质内含有的因子 终止阶段，由于成骨细胞的骨形
13、成活性，确保成骨细胞在吸收陷窝内填充，而且，成 骨细胞扁平化形成新骨头表面的骨衬细胞层3周3月启始阶段 (a)早期 的始发阶段，破骨 细胞前体的募集 (b)在骨表面上骨衬细胞下， 破骨细胞分化转换阶段 (c) 多核的破骨细胞进行骨吸 收，诱导成骨细胞分化。(d)破骨细胞在骨吸收陷窝内 凋亡终止阶段 (e) 成骨细胞生成和骨细胞的 产生 (f) 进入静态骨重构发生于对不 同剌激的响应：骨 微裂、失去机械负 荷、低血钙、激素 和细胞因子变化等骨细胞定位并响应刺激，刺激表 面的骨髓基质细胞、骨血管内皮 细胞、成骨细胞分泌RANKL和一 些趋化因子，募集破骨细胞前体 ，触发破骨细胞分化。RANKL等介
14、导破骨细胞分化，然后，破骨细胞通过整合素avb3与骨基质上 的玻连蛋白、粘连蛋白和骨桥蛋白相互作用。启始阶段过渡阶段在过渡阶段，骨吸收的破骨细胞刺激成骨细胞前体分化， 在骨吸收陷窝处激活骨的形成。随着骨形成的激活，破骨细胞的骨吸收停止，破骨细胞通过Bim/caspase-3依赖途经 过雌激素诱导的Fas配体，经受凋亡。 在骨吸收过程中，破骨细胞分泌盐酸分解羟基磷灰石，以及组织蛋白酶K分解胶原和其它基质蛋白。 破骨细胞的骨吸收会从基质中释放出生长因子如：TGF-b、 BMPs和IGF-II等，这些反过来又激活成骨细胞的形成。 破骨细胞产生分泌的或膜结合的分子能作用于成骨细胞前 体刺激骨的形成。
15、为什么成骨细胞会在骨吸收陷窝处成骨，在没有破骨细胞的骨吸收陷窝内，V型抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）和TGF- b受体相互作用蛋白(TRIP-1)可能起了重要作用。 骨头吸收会刺激对等的骨形成（偶联），有多少骨吸收就 能诱导多少骨形成。红色的是正在临床应用或还在临床研究的，绿色为可能的靶骨重构各阶段及涉及的因子TRAP (Tartarate resistant acid phosphatase) Trph1 (Tryptophan hydroxylase 1 WIF (Wnt inhibitory factor) sFRP (Secreted frizzled related protein）
16、骨重构过程中的偶合刺激因子和抑制因子其中 ephrins/Ephs 非常重要ephrins/Ephs重要的偶合因子Eph受体与蝶素（ ephrin)在细胞表面结 合，触化双相信号： 向前，通过Eph受体（ 如：EphB2），激活 Eph激酶活性和激酶依 赖信号，反向，通过 ephrin，激活Src家族 激酶和其它效应因 子。从而，改变细胞 粘附、迁移、分化。ephrinB2在分化中的和成熟的破骨细胞中表达，而ephrinA2在早期的分化中的破骨细胞中表 达。 反向，ephrinB2通过含PDZ结构域的蛋白质(如Dvl2)介导反向信号，抑制Fos和Nfatc1的转录， 抑制破骨细胞的分化。LephrinA2通过激活PC2介导反向信号。 向前，dEphB4通过抑制RhoA的活性刺激成骨细胞分化，而通EphA2可能增强RhoA的活性，而 抑制成骨细胞的分化。 而RhoA是如何受体EphB4和EphA2
