OPG/RANKL/RANK系統在口腔領域中的研究進展

劉麗麗（綜述），馬文盛（審校）

（河北醫科大學口腔醫院正畸科，河北石家莊 050017）

OPG/RANKL/RANK系統在口腔領域中的研究進展

劉麗麗（綜述），馬文盛（審校）

（河北醫科大學口腔醫院正畸科，河北石家莊 050017）

牙移動；牙周組織；綜述文獻

骨骼是一種動態組織，隨著機械應力、激素和炎癥介質等的變化而不斷地改建。破骨細胞在骨改建過程中具有重要作用。骨保護素（osteoprogerin，OPG），破骨細胞核因子κB受體活化因子配基（receptor activator of NF-κB 1igand，RANKL）和破骨細胞核因子κB受體活化因子（receptor activator of NF-κB，RANK）在破骨細胞分化、成熟過程中起重要調節作用，是骨改建過程中的關鍵因子。隨著骨代謝研究的深入，有關OPG/RANKL/RANK系統在牙周組織中的作用和意義也越來越受到關注。現對有關OPG/RANKL/RANK系統在口腔領域中的研究做一綜述。

1 發現、命名及分布

OPG為腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）受體超家族，是一種分泌型糖蛋白，其含有401個氨基酸殘基。首先從人胚胎肺成纖維細胞的培養基中分離得到，當時命名為破骨細胞生成抑制因子（osteoc1astogenesis inhibitory factor，OCIF）。OPG在人體骨組織中有較高的表達，在甲狀腺、肺、心臟、肝、腸、腎等組織中也有表達。RANKL為TNF配體家族成員，有膜結合型和分泌型。是一種具有316個氨基酸的Ⅱ型膜蛋白，具有激活T細胞內c-Jun氨基端激酶的功能，當時命名為腫瘤壞死因子相關活化誘導因子（TNF-re1ated activationinduced cytokine，TRANCE）。RANKL在骨和骨髓中表達最高，淋巴結、胸腺、脾、乳腺、胎肝，肺組織中也可表達。

核因子κB受體活化因子（receptor activator of NF-κB，RANK），是TNF受體家族成員，RANK和其配體RANKL對于T細胞和樹突狀細胞的發育及功能的調節具有重要功能。RANK主要表達在單核和巨噬細胞系，包括破骨細胞前體、成熟破骨細胞、淋巴細胞、樹突狀細胞、乳腺上皮細胞等。2000年，美國骨與礦物質研究協會［1］提議并標準化命名OPG、OCIF、腫瘤壞死因子受體相關分子1（TNF receptor-re1atedmo1ecu1e1，TR-1），腫瘤壞死因子受體超家族-11B（tumor necrosis factor receptor super fami1y-11B，TNFRSF-11B）和濾泡樹突狀細胞受體（fo11icu1ar dendritic ce11 receptor 1，FDCR-1）為同一種因子的同名詞，以后采用OPG代表。RANKL、破骨細胞分化因子（osteodast differentiation factor，ODF）、骨保護素配體（osteoprotegerin 1igand，OPGL）、TRANCE、腫瘤壞死因子超家族-11（tumor necrosis factor super fami1y-11，TNFSF-11）為同一種因子的同名詞，以后采用RANKL代表。RANK、破骨細胞分化和激活受體（osteoc1ast differentiation and activation receptor，ODAR）、TNFRSF-11A為同一種因子的同名詞，以后采用RANK代表。

2 生物學特性及作用機制

OPG/RANKL/RANK在骨組織微環境內對破骨細胞的產生、分化、激活及吸收功能起重要的調節作用。很多系統激素（雌激素和甲狀旁腺激素等［2］）和細胞因子（如白細胞介素-1α、白細胞介素-1β、白細胞介素-4、白細胞介素-6、白細胞介素-10、前列腺素E2、轉化生長因子（transforming growth factor-β，TGF-β）、TNF-α、干擾素-γ、1，25（OH）2D3等［3］）通過調節RANKL或OPG的表達，影響破骨細胞的分化、功能和凋亡。

OPG/RANKL/RANK系統的作用機制，各種刺激骨吸收的因子作用于成骨/骨髓基質細胞等，誘導其表達RANKL增強，RANKL/OPG含量比值升高，RANKL通過與破骨細胞前體細胞或破骨細胞膜上的RANK結合，促進破骨細胞分化、激活、成熟、遷移、吸收功能及減慢破骨細胞的調亡［4-5］。OPG是RANKL的可溶性餌受體，當刺激骨吸收的因素去除后或是促進骨形成的因素存在時，成骨/骨髓基質細胞等表達OPG增強，RANKL/OPG含量比值降低，OPG與RANKL結合，競爭性抑制RANKL與RANK結合，從而抑制破骨細胞激活、分化、成熟和吸收功能，還可以誘導破骨細胞凋亡，防止過度骨吸收。另有實驗研究表明［6-7］OPG還可直接與成熟的破骨細胞質膜上分子量140kDa的OPG結合蛋白結合（而不是與RANKL結合），減弱或阻斷F-肌動蛋白環的形成，從而抑制成熟破骨細胞的骨吸收活性。

3 在口腔領域的研究現狀

乳牙萌出、乳恒牙替換、正畸牙齒移動、牽張成骨、牙周炎及根尖周炎等過程是牙槽骨的一種生理性或病理性改建過程，其中包括骨吸收和骨形成。破骨細胞是牙槽骨改建中一種重要的功能細胞，而OPG/RANKL/RANK系統調節著破骨細胞的產生和吸收功能，因此OPG/RANKL/RANK系統在牙槽骨改建過程中發揮重要作用。

3.1 牙齒萌出與牙根病生理：Kong等［8］研究發現RANKL基因斷裂小鼠表現為嚴重骨硬化病和牙齒萌出障礙，牙齒能否順利萌出與影響破骨細胞形成的細胞因子的表達有關。Yao等［9］應用激光捕獲顯微分離技術和RT-PCR技術發現在大鼠出生后1～9d的牙囊組織中RANKL有表達，與OPG共同調節局部破骨細胞的分化，影響牙齒的萌出。

OPG/RANKL/RANK調節破牙骨質細胞（odontoc1asts）的產生和吸收活性，影響生理性或病理性牙根吸收。

由存在根吸收的乳牙或恒牙分離得到的牙周膜細胞或牙髓組織表達RANKL較無牙根吸收乳牙牙周膜細胞高，而OPG的表達沒有無牙根吸收乳牙牙周膜細胞明顯。破牙骨質細胞類似于破骨細胞，可以表達RANKL和RANK。RANKL促進破牙骨質細胞的分化和吸收功能，而OPG抑制RANKL誘導的破牙骨質細胞吸收活動［10］。

由正畸機械力引起的病理性牙根吸收的牙周膜細胞和齦溝液中RANKL的表達增加、OPG的表達下降或表達變化不明顯，RANKL/OPG含量比值升高［11］；由此可見RANKL/OPG含量比值變化影響乳牙生理性或恒牙病理性牙根吸收。

RANKL在根尖周炎中的表達要比正常牙周組織高。在根尖周肉芽腫中，RANKL主要表達于淋巴細胞，單核細胞和樹突狀細胞。在根尖囊腫中，RANKL主要定位于囊腫上皮和上皮釘突。在根尖肉芽腫和根尖囊腫中，RANKL/OPG的含量比值較正常牙周組織高［12］。由此可見，RANKL、OPG參與根尖周病損的骨吸收。

3.2 正畸牙移動：Kanzaki等［13］建立大鼠上頜第一磨牙腭向移動的動物模型后，分別在牙周組織進行了局部RANKL基因轉染和OPG基因轉染或局部注射重組OPG，結果發現局部RANKL基因轉染能明顯增強牙周組織中RANKL的表達和破骨細胞分化，且無全身影響，RANKL基因轉染牙移動速度明顯加快；而局部OPG基因轉染后，OPG被誘導產生，或局部注射重組OPG后，RANKL介導的破骨細胞受到抑制，有效抑制實驗牙移動速度［14］。由此可見，RANKL和OPG在壓力側牙周組織中的表達可以影響牙齒移動的速度，在正畸牙齒移動牙牙周組織的改建中具有重要的作用。

RANKL蛋白表達于成骨細胞、骨細胞、成纖維細胞和骨陷窩內破骨細胞。RANKL在成骨細胞、骨細胞和纖維母細胞中表達于細胞質、粗面內質網和質膜的嵴；在破骨細胞中，RANKL表達于膜的皺褶邊界和細胞質，包括空白地帶。OPG表達于成骨細胞，牙周膜細胞、成牙骨質細胞及骨陷窩內破骨細胞中。由此可見，在牙齒移動過程中，破骨細胞的產生和功能受牙周組織中成骨細胞/牙周膜成纖維細胞表達RANKL/OPG的調控。骨陷窩內破骨細胞表達RANKL和OPG，說明破骨細胞可能還具有自我調控能力。

研究表明［15］，張力側牙周組織中OPG的表達明顯增強，而RANKL的表達變化并不十分明顯。同樣，牙周膜細胞受張應力時，OPG mRNA及蛋白質表達均明顯增加，RANKL的表達無明顯變化。

壓力側牙周組織中RANKL表達增強［15-16］。牙周膜細胞受壓應力時RANKL mRNA和蛋白表達增加，其表達的強弱與加力方式及壓應力大小有關。Nakao等［17］研究顯示，RANKL的表達在牙周膜細胞受間歇性壓力時較持續性壓力強，無論2.0g/cm2間歇力還是5.0g/cm2間歇力均能誘導RANKL在牙周膜中的高表達，而牙周膜細胞受到5.0g/cm2持續壓力時較2.0g/cm2持續壓力時RANKL的表達明顯下降。有關牙周膜受壓后OPG表達的實驗研究結果存在差異，例如，牙周膜細胞受壓應力時OPG的表達變化不明顯［15］；Toygar等［18］發現，遠中側齦溝液中OPG的表達下降；另有研究顯示［16］，OPG在壓力側牙周組織中的表達增強，但是在時間上要滯后于RANKL的變化。雖然在不同的試驗中移動牙壓力側牙周組織中OPG的表達變化存在差異，但是在各個實驗中RANKL/OPG含量比值升高階段，均誘導破骨細胞形成，導致牙槽骨吸收。Oshiro等［19］對OPG缺陷鼠的切牙移動中，發現RANKL表達量在OPG缺陷鼠與野生型鼠間沒有明顯區別，但是OPG缺陷鼠比野生型鼠破骨細胞骨吸收嚴重。可以這樣認為，牙周組織局部微環境中RANKL/OPG含量比值的變化決定破骨細胞形成及活性，從而決定牙槽骨是否發生骨吸收及骨吸收的程度。

3.3 骨牽張成骨過程：骨髓基質細胞和成骨細胞受到牽張力后RANKL表達明顯減少，而OPG表達升高，并且與牽張力的大小呈依賴性，力值越大，RANKL的表達越少，OPG表達越高［20］。由此推測OPG/RANKL含量比值變化可能在牽張成骨中起重要的作用。

Zhu等［21］的研究顯示，在牽張結束時，OPG mRNA表達達峰值，一直維持到牽張結束后2周，之后逐漸減弱。在牽張結束后1周，RANKL mRNA表達達到峰值，一直維持到第3周，之后逐漸減弱。RANKL/OPG含量比值在牽張結束后逐漸升高，在牽張結束后第3、4周時達峰值。OPG參與骨牽張中后期及固定早期的新骨形成，RANKL參與骨牽張固定期的骨改建。

3.4 牙周炎骨吸收：牙周炎是引起成人恒牙缺失的主要原因，主要臨床表現就是牙槽骨吸收。

在慢性牙周炎牙槽骨吸收處肉芽組織和齦溝液中RANKL的表達較高，OPG表達相對較低，RANKL/OPG的含量比值升高，而OPG在非牙周炎組織中表達明顯高于牙周炎組織。RANKL mRNA在牙周炎進展期的表達最高，主要表達于炎細胞和其周圍增生的上皮細胞［22］。由此可見，在牙周炎中RANKL/OPG含量比值升高是牙槽骨吸收的關鍵因素。

OPG/RANKL/RANK系統在口腔領域的研究幫助我們更好的理解牙齒萌出、乳恒牙的替換及牙槽骨生理性和病理性改建的機制，從而為臨床治療牙周炎引起的骨吸收和加快正畸牙齒移動縮短療程以及加強支抗提供理論指導。

［1］AMERICAN SOCIETY FOR BONE AND MINERAL RESEARCH PRESIDENT'S COMMITTEE ON NOMENCLATURE.Proposed standard nomenc1ature for new tumor necrosis factor fami1y members invo1ved in the regu1ation of bone resorption［J］.JBone Miner Res，2000，15（12）：2293-2296.

［2］LEE SK，LORENZO JA.Parathyroid hormone stimu1ates TRANCE and inhibits osteoprotegerin messenger ribonuc1eic acid expression in murine bone marrow cu1tures：corre1ation with osteoc1ast-1ike ce11 formation［J］.Endocrino1ogy，1999，140（8）：3552-3561.

［3］KIM S，YAMAZAKIM，ZELLA LA，et a1.Activation of receptor activator of NF-kappaB 1igand gene expression by 1，25-dihydroxyvitamin D3 is mediated through mu1tip1e 1ong-range enhancers［J］.Mo1Ce11Bio1，2006，26（17）：6469-6486.

［4］MORABITO N，GAUDIO A，LASCO A，et a1.Osteoprotegerin and RANKL in the pathogenesis of tha1assemia-induced osteoporosis：new pieces of the puzz1e［J］.JBone Miner Res，2004，19（5）：722-727.

［5］GRIMAUD E，SOUBIGOU L，COUILLAUD S，et a1.Receptor activator of nuc1ear factor kappaB 1igand（RANKL）/ osteoprotegerin（OPG）ratio is increased in severe osteo1ysis［J］. Am JPatho1，2003，163（5）：2021-2031.

［6］TERPOSE，POLITOU M，SZYDLOR，eta1.Auto1ogous stem ce11 transp1antation norma1izes abnorma1 bone remode1ing and sRANKL/osteoprotegerin ratio in patients with mu1tip1e mye1oma［J］.Leukemia，2004，18（8）：1420-1426.

［7］MASI L，SIMONINI G，PISCITELLI E，et a1.Osteoprotegerin（OPG）/RANK-L system in juveni1e idiopathic arthritis：is there a potentia1modu1ating ro1e for OPG/RANK-L in bone injury［J］？JRheumato1，2004，31（5）：986-991.

［8］KONG YY，YOSHIDA H，SAROSI I，et a1.OPGL is a key regu1ator of osteoc1astogenesis，1ymphocyte deve1opment and 1ymph-node organogenesis［J］.Nature，1999，397（6717）：315 -323.

［9］YAO S，RING S，HENK WG，et a1.In vivo expression of RANKL in the rat denta1 fo11ic1e as determined by 1aser capture microdissection［J］.Arch Ora1Bio1，2004，49（6）：451-456.

［10］FUKUSHIMA H，KAJIYA H，TAKADA K，et a1.Expression and ro1e of RANKL in periodonta11igament ce11s during physio1ogica1 root-resorption in human deciduous teeth［J］.Eur JOra1 Sci，2003，111（4）：346-352.

［11］GEORGE A，EVANS CA.Detection of root resorption using dentin and bone markers［J］.Orthod Craniofac Res，2009，12（3）：229-235.

［12］范蓉，張成飛，高巖，等.核因子-κB受體活化因子配體和骨保護素在慢性根尖周炎病損組織中的表達［J］.北京大學學報：醫學版，2008，40（1）：39-42.

［13］KANZAKIH，CHIBA M，ARAI K，et a1.Loca1 RANKL gene transfer to the periodonta1 tissue acce1erates orthodontic tooth movement［J］.Gene Ther，2006，13（8）：678-685.

［14］DUNN MD，PARK CH，KOSTENUIK PJ，et a1.Loca1 de1ivery of osteoprotegerin inhibitsmechanica11y mediated bone mode1ing in orthodontic toothmovement［J］.Bone，2007，41（3）：446-455.

［15］TAN L，REN Y，WANG J，et a1.Osteoprotegerin and 1igand of receptor activator of nuc1ear factor kappaB expression in ovariectomized rats during tooth movement［J］.Ang1e Orthod，2009，79（2）：292-298.

［16］王威，劉郁，王邦康，等.大鼠正畸壓力側牙槽骨改建中RANKL和OPG mRNA的表達［J］.北京口腔醫學，2009，17（2）：72-75.

［17］NAKAO K，GOTO T，GUNJIGAKE KK，et a1.Intermittent force induces high RANKL expression in human periodonta1 1igament ce11s［J］.JDent Res，2007，86（7）：623-628.

［18］TOYGAR HU，KIRCELLIBH，BULUT S，eta1.Osteoprotegerin in gingiva1crevicu1ar f1uid under 1ong-term continuous orthodontic force app1ication［J］.Ang1e Orthod，2008，78（6）：988-993.

［19］OSHIRO T，SHIOTANI A，SHIBASAKI Y，et a1.Osteoc1ast induction in periodonta1 tissue during experimenta1movement of incisors in osteoprotegerin-deficientmice［J］.Anat Rec，2002，266（4）：218-225.

［20］TANG L，LIN Z，LIYM，et a1.Effects of differentmagnitudes of mechanica1 strain on Osteob1asts in vitro［J］.Biochem Biophys Res Commun，2006，344（1）：122-128.

［21］ZHUWQ，WANG X，WANG XX，et a1.Tempora1 and spatia1 expression of osteoprotegerin and receptor activator of nuc1ear factor-kappaB 1igand duringmandibu1ar distraction in rats［J］. JCraniomaxi11ofac Surg，2007，35（2）：103-111.

［22］SCHMIDTDV，SCHMAGELKV，MOZGOVAIA LA，eta1.State of 1oca1 immunity in patients with chronic genera1ized parodontitis［J］.Stomato1ogiia（Mosk），2008，87（4）：33-38.

（本文編輯：趙麗潔）

R783.5

A

1007-3205（2011）10-1235-04

2011-04-11；

2011-05-04

劉麗麗（1982-），女，河北滄州人，河北醫科大學口腔醫院醫學碩士研究生，從事口腔正畸學研究。

10.3969/j.issn.1007-3205.2011.10.051