维生素D调控破骨细胞生命历程研究进展

闵雯嫣 李赛慧 张 闯 马天洪 顾建红 *，卞建春 刘学忠 袁 燕 刘宗平

（1，扬州大学兽医学院 225009；2，江苏高校动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心 225009）

骨是一个不断更新的动态组织，包含破骨细胞（Osteoclast，OC），软骨细胞，成骨细胞（Osteoblast，OB）及骨细胞等多种细胞类型[1]。OC是一种终末分化的多核细胞，源于骨髓造血干细胞，在多种细胞因子及激素的调控下分化形成OC前体，进一步相互融合形成OC，是机体内唯一具有骨吸收功能的细胞，对于维持骨骼稳态具有重要作用。OC数量及活性的异常与骨代谢相关疾病的发生有关，如佝偻病，软骨病，骨硬化，骨质疏松等。维生素D是一种类固醇类激素，具有抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。维生素D家族成员中最重要的成员是人体皮下储存的维生素D3（胆钙化醇）和植物中的维生素D2（麦角钙化醇）[2]。维生素D2和维生素D3需要在体内转化成具有活性的结构，一般先在肝脏代谢成骨化二醇，然后进一步转化成骨化三醇。维生素D受体（Vitamin D Receptor，VDR）属于类固醇激素甲状腺激素受体超家族的成员，VDR在其激活配体1，25(OH)2D3的作用下发挥的生理功能已得到广泛的研究[3]。维生素D通过直接或间接的方式参与调控机体内钙离子平衡及骨代谢过程，且维生素D的水平与OC增殖、分化、活化及凋亡等生命历程的调控存在密切联系，因此，本文针对目前维生素D参与调控OC生命历程的研究进行综述。

1 维生素D对OC的间接调控作用

1.1 维生素D通过M-CSF/c-Fms信号影响OC增殖

骨髓巨噬细胞作为OC的前体，受到许多因子的调节，包括巨噬细胞集落刺激因子（Macrophage colony stimulating factor，M-CSF）、 骨保护素（Osteoprotegerin，OPG）、 核因子 κB受体活化因子配体（Receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）、CD47、合胞素1（Syncytin-1）以及树突状细胞特异性跨膜蛋白（DC-STAMP）和破骨细胞-刺激跨膜蛋白（OCSTAMP）这两种重要的跨膜蛋白[4]。CD47通过伴侣细胞膜之间的广泛接触来调节OC前体的融合[5]。研究表明，csf1基因突变的op/op和tl/tl小鼠M-CSF功能缺失，OC无法形成。因为，M-CSF与破骨细胞前体上的受体c-Fms结合，可使c-Fms细胞质尾部特异性酪氨酸残基自动和反式磷酸化，从而促进破骨细胞前体的增殖。研究表明，c-Fms细胞质尾部特异性酪氨酸残基包括Y559，Y697，Y721及Y921，能调节OC前体的增殖和存活。磷酸化的Y559激活c-Fms并与c-Src相互作用，形成Y559/c-Src复合体招募PI3K和c-Cbl复合体，激活Akt信号的同时也导致c-Fms的泛素化。磷酸化的Y721直接与PI3K相互作用激活Akt信号。磷酸化的Y697和Y974与Grb2相互作用激活ERK[6]。因此，M-CSF/c-Fms在骨髓巨噬细胞增殖成为OC前体细胞中发挥重要调节作用。维生素D可以刺激OB、软骨细胞产生M-CSF[7，8]，从而使骨髓巨噬细胞上的c-Fms与M-CSF结合，促进一系列信号的激活，刺激OC前体的增殖。

1.2 维生素D通过RANK/RANKL/OPG信号影响OC分化和活化

当骨髓单核巨噬细胞增殖形成OC前体后，RANKL/RANK信号促进OC前体分化为OC。RANKL和RANK的结合会导致肿瘤坏死因子受体相关因子（TNF receptor-associated factor，TRAF）适配蛋白从细胞质中被招募到TRAF结构域，TRAF6是OC形成和发挥功能最重要的调节因子[9]。TRAF6可以调节RANKL/RANK信号下游NF-κB，c-jun氨基末端激酶（c-jun-N-teminal kinase，JNK），ERK，P38，Akt，NFATc1 等基因。NF-κB和c-Fos被RANKL激活，激活的NF-κB和c-Fos可以刺激OC生成早期阶段NFATc1的表达，c-fos属于即刻早期基因家族，和jun及活化转录因子共同组成一个二聚体复合物，位于细胞核内，是核内磷酸化的蛋白。前期体外研究发现，在破骨细胞前体RAW264.7细胞中，添加VDR激活剂1，25(OH)2D3可促进OC的形成及骨吸收活性[10]。与此相反，在人外周血来源的破骨细胞前体中，VDR激活剂1，25(OH)2D3可以抑制破骨细胞前体中c-Fos和RANK的表达，抑制OC的形成与骨吸收功能[11]。这可能与1，25(OH)2D3对不同来源破骨细胞前体的调控存在差异有关，RAW264.7细胞系来源于Abelson鼠白血病病毒诱导BALB/c小鼠产生肿瘤后得到的细胞株[12]，而人外周血破骨前体更接近于正常生理状态，其具体分子机制仍需进一步研究。

1.3 维生素D通过FAS/FASL信号影响OC凋亡

生理或病理性的细胞死亡方式通常有3种，细胞凋亡、自噬及坏死。与细胞坏死方式相比，细胞发生凋亡或自噬时，细胞的形态仍旧保持完整且无任何炎症发生。细胞凋亡过程通过3条主要的信号通路介导，包括线粒体信号通路、死亡受体（The death receptor，Fas）通路及内质网信号通路。其中参与OC凋亡调控的主要信号为线粒体信号通路及死亡受体Fas信号通路。大多参与调控OB或OC分化的细胞因子及激素也参与调控其凋亡过程[13]。研究表明，OB可以通过FAS/FASL信号介导OC凋亡。FASL属于TNF家族的跨膜蛋白，和FAS受体作用是许多细胞类型中的凋亡信号。在体内，OB条件性敲除FASL后，OC数目增多且活性增强，表明OB产生的FASL对维持骨代谢是必需的[14]。1，25(OH)2D3和雌激素能够提升FASL在OB中的表达，从而间接调控OC的凋亡。因此，1，25(OH)2D3可以通过OB中的FAS/FASL信号通路促进OC的凋亡[15-17]。

2 维生素D对OC的直接调控作用

维生素D是VDR的激活剂，早期研究发现，VDR-/-或CYP27B1-/-小鼠分离出的脾细胞诱导形成的OC数量与对照组相比是降低的，而单个OC的骨吸收活性及其存活时间却显著升高[18，19]。这一发现证实了VDR参与维生素D对OC分化及活化的直接调控作用。近期研究采用成熟OC标致蛋白Cathepsin K启动子构建了OCVDR或CYP27B1特异性敲除的动物模型，结果发现6周龄的CtskCre/VDR-/-小鼠的骨体积分数下降15%，而CtskCre/Cyp27b1-/-小鼠的骨体积分数无显著变化。在CtskCre/VDR-/-小鼠中，成熟的OC敲除VDR导致年轻的小鼠模型及雌激素缺乏的小鼠模型骨量严重丢失，OC的骨吸收活性增加，但OC的数量没有显著的变化[20]。因此，维生素D对OC的调控不仅体现在OC的数量上，还体现在OC的吸收活性上。

3 维生素D对OC调控的双面性

维生素D作为体内钙磷代谢的调控因子，对OC的形成具有双向调控作用。体外研究表明，10-9～10-7mol/L的1，25(OH)2D3能促进OC形成，而超过10-7mol/L或低于10-9mol/L时会抑制OC的形成。体内研究发现，临床使用的治疗骨质疏松的药物艾尔骨化醇，它能抑制体内OC的形成。由此可见，不同浓度的1，25(OH)2D3及在体内或体外应用产生的结果不一致。这可能是由于维生素D通过调控OB，骨细胞RANKL/OPG的比值对OC的形成和骨吸收功能发挥间接调控作用。此外，长期使用维生素D抑制OC的骨吸收可能是由于抑制了甲状旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）的产生。VDR调节 RANKL、OPG的表达似乎是受到维生素D、PTH、FGF23等因素的共同作用[21]。

4 展望

目前对于骨组织中表达VDR的细胞类型尚未完全阐明，1，25(OH)2D3能促进VDR基因转录水平的表达，而VDR参与调控多个系统及细胞的功能。小肠和肾脏中的VDR通过调节钙磷的重吸收来间接影响骨代谢过程，骨组织中的VDR通过参与调控骨细胞（OB、OC及软骨细胞）分化和OC骨吸收而参与骨重建过程。维生素D对OC的调控，不是单一的作用途径和方式，它受到各种骨细胞及信号的共同调节，从而调控OC的增殖、分化和凋亡等生命历程。维生素D使用浓度及方式的不同发挥着不同的作用。因此，进一步研究维生素D在体内调控骨细胞的分子和细胞机制，可以为治疗骨代谢疾病（骨质疏松症，类风湿性关节炎，牙周炎）的研究提供临床理论依据。