6　调节破骨细胞作用的主要信号通路是什么？

处于生长发育期的骨骼，骨构塑需要骨吸收。同样，处于矿物质代谢、骨骼修复的骨骼亦需要依靠骨吸收来完成。破骨细胞具有吸收骨基质，启动软骨内成骨，引导膜内成骨和骨重建等多种功能。破骨细胞是一种组织特异性的多核巨噬细胞。在病理情况下，甲状旁腺功能亢进性骨病、钙受体相关性骨病、维生素D相关性骨病（佝偻病/骨软化症）、FGF-23相关性骨病、低骨量与骨质疏松症、低血磷性佝偻病、高骨量综合征、骨质硬化症、肿瘤性骨病、炎症性与变性性骨病等的病因与发病机制均与破骨细胞的数量或功能异常有直接或间接联系。

RANK-RANKL-OPG系统被广泛认为是诱导破骨细胞分化过程中最重要的信号转导通路，大部分细胞因子都通过这个通路来调控成骨细胞和破骨细胞之间的动态平衡。

核因子-κB受体活化因子（receptor activator for nuclear factor-r，RANK），是肿瘤坏死因子（TNF）受体家族成员之一，在破骨细胞前体细胞及成熟破骨细胞表面均有高度表达。人RANK蛋白有616个氨基酸残基，与小鼠有70%的同源性，其胞外结构域为N-末端，包含208个氨基酸，主要功能是与RANKL的C-端结合发生作用，产生并传递信号，在胞内区域有383个氨基酸，因为其缺乏内在的活性激酶去磷酸化激活下游的信号分子，因此需要转接分子TRAFs（肿瘤坏死因子受体相关因子）的参与，来诱导激发NF-κB和c-Jun氨基端激酶（JNK）的活性。NF-κB途径和JNK途径是RANK和RANKL结合后介导破骨细胞分化的重要调节途径。

核因子-κB受体活化因子配体（receptor activator for nuclear factor-r ligand，RANKL），是TNF超家族成员之一，RANKL的表达依赖于Cbf-的活性，因此Cbf-也被认为是联系成骨细胞与破骨细胞的纽带。人的RANKL蛋白含有317个氨基酸，与小鼠有87%的同源性。RANKL mRNA在淋巴组织及骨组织中含量高，而在心、胎盘、骨骼肌等非淋巴样组织中仅有低度表达。在体内，RANKL主要以膜结合型和可溶型两种形式存在，膜结合型RANKL的生理功能较可溶型RANKL更强，关于RANKL的研究大多都是针对结合形式的RANKL。RANKL有三个亚型，分别是RANKL1、RANKL2、RANKL3，在细胞内，这3种亚型形成同源或异源三聚体，这种三聚体结构对RANKL定位到膜上至关重要，并且这3种亚型具有共同的羧基末端活性受体结合域，因此他们能与相同的受体结合发挥作用。RANKL的主要作用就是与破骨细胞前体细胞表面的RANK结合，启动下游的一系列信号通路，诱导破骨细胞的分化。

护骨因子（osteoprotegerin，OPG）也属于TNF受体超家族成员，以二聚体的形式分泌到胞外，单体的半衰期要比二聚体更长，而二聚体则比单体有更强的肝素结合能力，但是，二者的热、酸稳定性很相似，并且都具有抑制破骨细胞形成的能力。人体骨组织OPG主要在成骨细胞合成，淋巴组织中也可产生。OPG主要功能是与RANKL竞争性结合，阻断RANKL/RANK通路，抑制破骨细胞分化成熟。另外，OPG还可与肿瘤坏死因子相关性细胞凋亡诱导配体（TRAIL）结合，抑制TRAIL引导的细胞凋亡。

成骨细胞表达并释放RANKL，和破骨细胞前体细胞表面的RANK结合后，募集TNF受体相关因子（TRAFs）结合到RANK的胞质区，其中TRAF2、TRAF5、TRAF6都能与RANK结合，并通过JNK途径、NF-κB途径和Akt途径，启动并传递破骨细胞的分化信号。TRAF2、TRAF5与RANK结合激活c-Jun氨基端激酶（JNK），JNK诱导c-Jun/Fos活化蛋白1（AP-1）活化，调节c-Fos的表达，促进破骨细胞前体发生增生、分化。TRAF6与RANK结合激活磷脂酰肌醇-3-激酶（PI-3K），继而活化蛋白激酶B（PKB、Akt），参与NF-κB活化，使c-Fos的表达增加，c-Fos与活化的T细胞核因子（NFAT-c1）结合，启动破骨细胞特异性基因的转录，诱导破骨细胞前体分化为成熟破骨细胞。

OPG可与RANKL竞争性结合，且结合能力要比RANK更强，能有效阻断RANK/RANKL信号通路，抑制破骨细胞分化，防止破骨细胞过度增长。RANKL/OPG比值关系着破骨细胞分化的强弱，如果比值减小，成骨细胞表面的RANKL全部被OPG竞争性结合，而不能与破骨细胞前体上的RANK结合产生转录信号，导致破骨细胞的分化受到抑制；如果比值过度增大，OPG难以拮抗RANKL和RANK的结合，使破骨细胞生成增多，骨吸收能力增强，因此RANKL/OPG保持一定的比值对于维持破骨细胞分化和骨代谢平衡具有重要意义。

总结来说，破骨细胞生成的关键调节步骤：成骨细胞产生的RANKL与破骨细胞前体细胞上的RANK结合，从而激活NF-xB，促进破骨细胞分化；以及成骨细胞分泌的OPG，可作为RANKL的受体，与RANK竞争性结合RANKL抑制破骨细胞的生成。绝经后女性由于雄激素水平降低，导致RANKL增加，RANKL/OPG比值升高，过多的RANKL与破骨细胞前体及破骨细胞表面的RANK结合，从而促进破骨细胞分化、激活，导致其骨吸收作用增强，此时，骨吸收和骨形成呈负平衡状态，骨密度和骨强度下降，导致骨质疏松症发生。

以RANK-RANKL-OPG这一关键通路为靶点，通过研究产生了多种OPG、RANKL衍生物，近年来，人源化RANKL抑制剂地舒单抗（denosumab）应运而生，地舒单抗与体内RANKL相结合，阻止RANKL与破骨细胞表面的RANK结合，从而抑制破骨细胞的激活、分化和存活，从而达到抗骨质疏松的治疗目的。

（罗湘杭）