骨保護素在心血管疾病發生中的作用及機制研究進展

徐 剛（綜述），高鈺琪（審校）

心血管疾病是導致人類死亡的常見疾病，其發病率逐年升高。關于心血管疾病新的致病因子及機制一直是該領域研究的熱點，骨保護素(osteoprotegerin，OPG)是新近發現的與骨發生及心血管疾病發生發展密切相關的腫瘤壞死因子受體超家族新成員， 本文就OPG 在心血管疾病發生發展中的作用及機制進行綜述。

1 OPG 的分布及作用

OPG 是一種廣泛分布于心、血管、肺、腎、肝、腦和骨骼等組織細胞中的分泌型糖蛋白，為腫瘤壞死因子受體超家族的新成員， 于1997 年由Boyle 等在骨硬化病的研究中發現并將其命名為OPG[1]。

OPG 為單拷貝基因，定位于染色體8p24，含有5 個外顯子。成熟的OPG 由380 個氨基酸構成7 個結構域，其中包含4 個富含半胱氨酸的N 端結構域（結構域1～4），2 個死亡域同源區（結構域5、6）和C 端肝素結合域（結構域7）。 其中結構域1～4 在結構上與TNF 受體家族相關，能抑制破骨細胞分化，OPG-Fas 嵌合后的結構域5 和6 能介導細胞損傷信號傳導， 而C 端末端Cys-400 對于OPG 二聚體形成至關重要[2-3]。

OPG 是NF-κB 受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa B ligand，RANKL）及腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體 （TNF-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）的誘餌受體。 RANKL 和TRAIL 均為跨膜糖蛋白。人RANKL 基因定位于染色體13q14， 主要表達于活化T淋巴細胞、成骨細胞和骨基質細胞，RANKL 基因缺失的小鼠不能形成淋巴結，T 細胞發育障礙[4]。 表明RANKL 與機體的免疫功能及成骨細胞分化密切相關。 TRAIL 是TNF家族成員，能選擇性地殺傷腫瘤細胞[5]。TRAIL 也參與調控早期炎癥細胞的凋亡，并參與先天- 后天免疫轉變過程[6]。許多促炎因子[IL-1β、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、激素（甲狀旁腺激素、雌激素、糖皮質激素和前列腺素][7]和細胞因子（骨形成蛋白2，BMP2） 均可調控OPG 的表達。 如BMP-2可促進Smad Ⅰ合成， 后者與OPG 啟動子上的兩個Hox位點結合， 從而促進OPG mRNA 的合成和內源性蛋白分泌[8]，說明OPG 與炎癥及相關疾病密切相關。

2 OPG 與血管疾病

2.1 OPG 與糖尿病血管病變 血管粥樣斑塊的形成以及動脈硬化、鈣化是動脈粥樣硬化、糖尿病和冠心病等疾病的共同病理特征。 Vaccarezza 等[9]研究發現糖尿病大鼠主動脈血管壁中OPG 表達顯著增加。 體外研究發現TNF-α 刺激可顯著增加人SMCs 中OPG 的分泌，而胰島素能抑制OPG 的生成，葡萄糖也可調控OPG 的表達[10]。研究發現Ⅱ型糖尿病患者OPG 表達水平顯著增高， 并與血管并發癥及病情控制情況顯著相關[11]，且具有顯著的預測價值[12]。 另有研究發現血漿OPG 水平和其基因多態性相關。OPG 有3 個基因多態性位點：T245G，T950C 和G1181C，多見于有頸動脈斑塊的患者或糖尿病有缺血性卒中病史患者[13]。

OPG 基因敲除小鼠出現血脂、血糖的降低、快速相胰島素釋放增加和胰島β 細胞的異常脫顆粒等表現， 提示OPG 參與了體內血糖和血脂的調節， 可能在促進脂肪動員和調節胰島素分泌中發揮了一定的生理效應。透射電鏡發現OPG 基因敲除小鼠胰島β 細胞的胰島素分泌顆粒減少，顆粒芯電子密度降低，存在明顯的全脫顆粒或半脫顆粒現象，細胞空泡變性。 胰島β 細胞脫顆粒可使空腹胰島素維持在一個較高的水平，OPG 可通過抑制p38/MAPK的磷酸化而防止β 細胞受到進一步的損傷[14]，因而認為OPG 有助于保護β 細胞的活性。

2.2 OPG 與冠心病 人群的隊列研究中發現OPG 表達增高是心肌梗死、缺血、心血管疾病的危險因素。 多因素logistic 回歸分析顯示， 血清中OPG 水平是冠心病的獨立危險因素。 在動脈粥樣硬化穩定和不穩定的斑塊中，OPG的表達量也有顯著差異[15]。在ApoE 敲除小鼠動脈粥樣硬化（AS）模型中，OPG 的損耗加重動脈病理損害和血管鈣化[16]。 OPG、LDL-C 濃度越高，HDL-C 濃度越低，冠狀動脈病變越嚴重[17]。 在冠心病的患者中檢測發現穩定型心絞痛患者及急性冠脈綜合征（ACS）患者的血清OPG 水平顯著高于健康者[18]。 說明OPG 對于冠狀動脈病變導致的ACS病情嚴重程度及預后可能具有評估作用。

2.3 OPG 與腦血管疾病 缺血性卒中是一種典型的急性炎癥疾病， 缺血后炎癥活動情況影響其預后和梗死面積。 血清OPG 水平增高同缺血性卒中損害程度、分型、預后密切相關[19]。 有趣的是，OPG、RANKL 和RNAK 在嚙齒類動物正常的腦組織中均有表達，RANKL mRNA 可表達于大腦皮質。 最近的研究發現RANK 蛋白在神經系統主要表達于神經元和前視區的星形膠質細胞、 內側隔核中，而RNAKL mRNA 表達于橫向間隔核中[20]。在正常的腦組織中，RNAKL/RANK 參與體溫調節。而體溫跟缺血性卒中的預后相關。 有研究發現OPG/RANKL/RANK 可通過調節體溫和巨噬細胞調控從而影響缺血性卒中的預后。 抑制OPG 或過表達RANKL 后可阻止梗死區域擴大，減輕水腫形成[21]。 而增高的OPG 能抑制RNAKL 的抗炎作用。

2.4 OPG 與肺動脈高壓 肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH) 是一組由各種原因引起的以持續的肺動脈壓力增高并伴有右心室肥大的慢性進行性疾病， 以肺血管結構改建和肺血管阻力增加為特征。 肺血管結構改建主要包括血管平滑肌細胞增殖、外膜成纖維細胞增生、細胞外基質增多、細胞表型轉變等。 肺動脈中層平滑肌增生，中層顯著增厚， 中層肺血管平滑肌細胞表型由收縮表型轉變為合成表型，說明平滑肌細胞增殖在PAH 血管重構中的重要作用。而內皮細胞在各種因素作用下受損釋放促炎、促增殖等信號被認為是肺動脈高壓的啟動環節[22]。 最近研究發現， 特發性肺動脈高壓 （idiopathic pulmonary arterial hypertension，IPAH）的患者血清和肺組織中OPG 表達顯著增加，回顧性隊列研究結果顯示，血清OPG 濃度同右心房壓和心指數顯著相關，OPG 濃度超過4728 pg/ml 者生存顯著降低[23]，說明OPG 在特發性肺動脈高壓的發生和發展中發揮了重要的作用。 重組的OPG 轉入人PASMC 可顯著增強SMC 增殖，且呈現劑量相關效應[24]，提示OPG 可作為血管平滑肌的一種自分泌因子促進肺血管重構。

另有研究發現， 從IPAH 患者分離出的PASMCs 中TRAIL 和TRAILR 表達顯著上調。 體外實驗中，TRAIL 能通過激活ERK1/2 促進平滑肌細胞增殖。而TRAIL 抗體能顯著減輕野百合堿PAH 模型中肺血管重構程度， 在嚴重的PAH 小鼠模型中能將重構的肺血管完全逆轉， 右心室壓力恢復正常[25]。 TRAIL 參與血管重構也間接提示OPG 在肺動脈高壓發生發展中具有重要作用。

研究發現，在內皮細胞中，OPG 有促生存和抗凋亡的作用。 OPG 可以抑制內皮細胞凋亡，促進血管形成。 在微血管中，OPG 可以促進內皮細胞增殖。 在TNF 刺激下，OPG 可促進ICAM-1、VCAM-1 和E-selectin 的表達[26]。除影響內皮細胞外，OPG 可增加單核細胞黏附分子的表達，促進與內皮細胞的黏附。 體內實驗證實OPG 可促進白細胞/內皮細胞黏附和白細胞滾動[27]。 體內外實驗均發現OPG可介導血管纖維化、抑制血管鈣化[28-29]。

我們前期研究發現， 在低氧性肺動脈高壓(hypoxic pulmonary hypertension，HPH) 大鼠動物模型中， 模擬海拔5000 m 缺氧28 d 的大鼠肺動脈壓與外周血清OPG 表達量均顯著高于平原組。 進一步研究發現模擬海拔5000 m 缺氧60 d 后返回平原環境60 d 的大鼠， 其肺動脈壓與外周血清OPG 含量均顯著降低，二者呈顯著正相關。 缺氧大鼠肺血管平滑肌細胞OPG 表達是否增加？ OPG 能否刺激缺氧大鼠肺血管平滑肌細胞增殖，致缺氧大鼠肺血管重構，從而促進HPH 的發生、發展？ 這些均值得進一步深入探討。

3 小結

OPG 在破骨細胞形成和骨重建中起著非常重要的調節作用，最近的研究發現，OPG 也可參與免疫和血管功能的調節，在不少的臨床血管疾病檢測中發現，血清OPG 水平顯著增高。 而OPG 可參與內皮細胞增殖/凋亡，與白細胞的黏附，平滑肌細胞“骨化”，增殖以及巨噬細胞浸潤等，從而在血管疾病的發生、發展中具有重要作用。 OPG 水平在眾多血管疾病中顯著增高，且在疾病的早期階段表達上調，可以評估疾病的病情發展、預測后續并發癥事件發生的風險。 但OPG 作為血管疾病預測生物學標志尚需進一步研究。因此，系統研究OPG 系統作為骨代謝、血管調控、免疫功能的橋梁作用，有助于加深對血管類疾病的整體思考和研究，對于疾病的診治有指導意義。

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