Cbfα1因子表達與人非創傷性股骨頭壞死關系的研究進展

靳志海，韓文興，李 蕾，馬 華(綜述)，李哲海(審校)

(1.內蒙古醫科大學第三附屬醫院骨科，內蒙古 包頭 014010； 2.內蒙古醫科大學第一附屬醫院骨科，呼和浩特 010050；3.邯鄲市中心醫院口腔科，河北 邯鄲 056001)

非創傷性股骨頭壞死(non traumatic femoral head necrosis，NONFH)又稱為股骨頭無菌性壞死或股骨頭缺血性壞死，是因人體股骨頭局部區域的血流受阻進而使股骨頭處的骨組織細胞缺血缺氧導致壞死引起的疾病。30～50歲的中青年往往容易得此病，近年來由于酗酒人群的不斷增加和激素的廣泛應用等因素，發病人數呈加速上升趨勢，對其預防和治療已成為全球性的重要健康問題之一[1]。治療早期NONFH的方法有很多，但大多效果欠佳，最終只能選擇關節置換手術。目前，在多種疑難疾病中，基因治療越來越得到廣泛應用，經臨床驗證，臨床效果顯著優于一般藥物的療效[2]。核心結合因子α1(core binding factor alphal 1，Cbfα1)是成骨細胞的一個關鍵的轉錄因子，在成骨細胞分化中是必不可少的；學者們通過研究Cbfα1在NONFH局部發生、發展過程中的表達變化，希望在基因水平進一步認識NONFH的發病機制，這可能是防治NONFH的新切入點。

1 Cbfα1的結構特點

Cbfα1屬于Cbfa家族，又稱為多瘤病毒增強子結合蛋白(polyomavirus enchancer binding protein，PEBP)或急性髓系白血病因子及Runx2(runt related gene 2)，是runt結構域基因家族中的轉錄因子，許多靶基因上的PyGPyGGTPy序列可被Cbfα1特異地識別并與之結合，從而產生不同的生物效應[3]。Cbfα1的表達起源于遠側的P1和近側的P2這兩個啟動子，其中P2啟動子可能與骨密度有關，P2活性越高，骨密度越高；有研究認為，通過控制Cbfα1的開關可以影響骨密度的高低[4]。另外，在Cbfα1基因5′端序列中至少有3個自身結合位點，只要存在一個完整的自身結合位點，過量表達的Cbfα1可以反饋抑制該基因的繼續表達，說明Cbfα1的表達和活化具有自身負反饋特點[5]。

2 Cbfα1的功能和調控

2.1Cbfα1對成骨細胞的作用 成骨細胞的關鍵轉錄因子是Cbfα1，它在成骨細胞分化中是不可或缺的。關于Cbfα1過表達對成骨細胞系分化作用的一些報告已經發表[6-7]。Shinsuke等[8]用5 mg甲潑尼龍醋酸鹽注入到15周齡雌性高血壓大鼠(注射類固醇的原發性高血壓大鼠)體內，將已浸入Cbfα1復合腺病毒液體的聚乳酸移植到一個深1.5 mm的孔內(這個孔在注入類固醇5周后的股骨頭上)，實驗證明，成骨細胞的浸入和保留通過多孔支架來實現，傳遞Cbfα1轉基因病毒載體的基因轉染促進骨形成和骨再造。但是，在其臨床應用之前，在體外和體內使用原始細胞的基礎研究是必要的。Cbfα1存在兩個主要的亞型：PEBP2A和TIL-1，每個亞型由不同的激活子調控[9-10]。Benerjee等[11]報道，Cbfα1的兩種亞型在成骨細胞分化上存在功能差異。以前關于Cbfα1過表達對成骨細胞分化作用的報告只專注于PEBP2A，但是，關于這兩個亞型在成骨細胞分化中作用不同的比較少有報道。Kojima等[12]假設Cbfα1基因的過表達在體外和體內促進成骨細胞快速分化，并利用攜帶兩個Cbfα1亞型的腺病毒載體轉染間充質干細胞(mesenchymal stem cell,MSC)源性骨祖細胞，發現Cbfα1基因的轉染誘導腺病毒載體，明顯刺激成骨細胞體外分化；TIL-1在體外促進成骨細胞快速分化比PEBP2A更有效[13]。為了確認TIL-1過表達的可用性，Kojima等[12]和Li等[14]將TIL-1過表達的成骨細胞/多孔陶瓷復合材料移入菲舍爾鼠(骨髓移植模型大鼠)的異位(皮下)和原位(骨缺損)，檢測了7～10 d內的骨鈣素高表達，結果表明，礦化的增加不是因為腺病毒感染，而是因為Cbfα1/TIL-1的過表達。由此可見，Cbfα1基因在成骨細胞分化和骨形成中有重要的調節作用[15]。Cbfα1不僅控制成骨細胞的分化，而且還調控已分化的成骨細胞的功能。Ducy等[15]和Yang等[7]利用在出生后就已經分化的成骨細胞小鼠研究這些小鼠中過表達Cbfα1 DNA結合區的轉基因，結果發現，內源性Cbfα1的功能被過量表達顯性失活的Cbfα1抑制，促使成骨細胞合成和分泌骨基質下降，但它對骨吸收卻沒有明顯影響，最終在最初的2周內就使轉基因小鼠發生骨量丟失；此外，與Cbfal基因剔除(Cbfα1-/-)小鼠相比，這類轉基因小鼠擁有正常數量的成骨細胞，但是成骨細胞的功能發生了變化(降低)，同時受Cbfα1調控的成骨基因(如骨橋蛋白、骨鈣蛋白、骨涎蛋白)的表達也顯著下降。

2.2Cbfα1的表達及調控 Cbfα1最早在早期發育的間質細胞集縮處的細胞中表達，這些細胞是成骨細胞和軟骨細胞的前體，隨后只表達于肥大化軟骨細胞和成骨細胞系中。成骨細胞分化的多種生長因子和激素可以參與Cbfα1的表達調控[16-17]，骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)是成骨細胞分化和骨形成最有效的誘導因子[18]。Sheu等[19]認為，骨再生需要許多因子之間相互作用，包括BMP、生長因子和轉錄調節因子。Runx2/Cbfα1轉錄因子和BMP-2在體外和體內的相互協同作用刺激成骨細胞分化，作為對這個概念的初步測試，有人利用腺病毒表達載體(AdCMV-Runx2和AdCMV-BMP2)在C3H10T1/2的多能干細胞系中對BMP2和Runx2基因之間的相互作用進行了檢測,結果表明，在骨生成的過程中，Runx2和BMP-2具有互補的作用，它們的協同作用對最佳骨形成可能是必要的[18-19]。

Cbfα1的表達和功能可以通過自身啟動子的負調控機制自動調控[19]。在鼠的Cbfα1啟動子區至少有三個Cbfα1識別位點，Cbfα1啟動子活性通過Cbfα1蛋白的過表達來下調，一個 Cbfα1位點就足以抑制轉錄，這種自我調控嚴格控制Cbfα1的表達，從而調控骨相關基因的表達和成骨分化[20]。

3 Cbfα1和NONFH之間的關系

Shinsuke等[8]用動物模型實驗結果證明，Cbfα1轉基因病毒載體的基因轉染促進NONFH骨形成和骨再造。Lin等[21]研究了骨組織的MSC，發現在成骨細胞分化中，Cbfα1在其轉導通路中起著重要的作用。馬新龍等[22]通過研究股骨頭壞死大鼠模型證明，Cbfα1在激素性股骨頭壞死中是低表達的，它通過抑制成骨細胞的活性，促進骨吸收，導致股骨頭壞死的發生。Li等[23]將45只兔子隨機分為三組：一組是空白對照組(未經過治療)，一組是NONFH對照組(經過誘導但未治療的股骨頭缺血性壞死)，一組是MSC移植組(被MSC移植誘導、治療的股骨頭壞死),結果表明MSC移植組Cbfα1在骨組織的mRNA水平，顯著高于壞死對照組；此外，Cbfα1在MSC移植組的總蛋白量也顯著高于NONFH對照組。胡敏等[24]和趙宏斌等[25]分別在股骨頭壞死動物模型實驗中用藥物上調Cbfα1，結果表明Cbfα1在這些動物模型中促進骨壞死的修復。

以上股骨頭壞死動物模型實驗已證明在正常骨組織中，Cbfα1因子促進骨細胞的分化，修復骨壞死組織；在股骨頭壞死的發病機制中，Cbfα1因子在股骨頭壞死中是低表達的，對探索部分股骨頭壞死的發病機制有一定意義。

4 小 結

Cbfα1是一個促進成骨細胞發育、分化的特異性很高的轉錄因子，對骨骼正常的發育起著重要的作用。目前，國內外對Cbfα1在人類股骨頭壞死發生、發展過程中所起作用的研究甚少。只有少量的關于Cbfα1因子的藥物、股骨頭壞死動物模型研究，研究課題——人NONFH股骨頭局部Cbfα1表達的實驗研究就是進行人體股骨頭標本的Cbfα1的表達實驗研究，證明NONFH的發病機制之一是通過下調Cbfα1在NONFH局部區域的表達，致使成骨細胞數量減少來實現的，為利用藥物上調Cbfα1在股骨頭壞死股骨頭局部中的表達，促進股骨頭壞死部部分成骨細胞的分化提供理論依據。

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