皮膚橋蛋白與骨形成的研究進展

王效杰

(沈陽醫學院基礎醫學院人體解剖學教研室，遼寧沈陽110034)

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皮膚橋蛋白與骨形成的研究進展

王效杰

(沈陽醫學院基礎醫學院人體解剖學教研室，遼寧沈陽110034)

摘要皮膚橋蛋白(dermatopontin,DPT)是富有酪氨酸殘基的酸性蛋白,是一種重要的細胞外基質蛋白。研究發現DPT可以通過多種途徑影響骨的形成，并且在骨組織的損傷修復過程中起重要作用。目前已經有研究表明DPT可以與維生素D受體、Ⅰ型膠原蛋白、轉化生長因子等分子的相互作用調控骨組織的發生與發展。因此，研究DPT與骨組織的關系，對組織工程學的發展至關重要。本文綜述了DPT對骨組織發生、發展過程中關鍵分子蛋白的影響，進而揭示其存在的潛在機制。

關鍵詞皮膚橋蛋白；維生素D受體；Ⅰ型膠原蛋白；骨形成

皮膚橋蛋白(dermatopontin，DPT)作為細胞外基質(extracellular matrix，ECM)中的非膠原蛋白，分子量為22 kDa，最初是在提純牛皮膚的核心蛋白多糖實驗中被發現的[1]。DPT是富含酪氨酸殘基的酸性蛋白，并被證實其中約一半的酪氨酸殘基被硫酸化。這種硫酸化的酪氨酸，在ECM蛋白間的相互作用中至關重要[2]。DPT在ECM非膠原蛋白中所占比例非常高，然而DPT的功能至今尚未完全闡明。研究發現DPT在上皮細胞中作為多功能黏附分子存在[3-4]；DPT在一些腫瘤中的表達量下調[2,5]；DPT在維持皮膚彈性和膠原蛋白聚集中起重要作用[6]。

骨組織擁有礦化的ECM，與組織相連接，為身體提供支撐并且影響鈣離子與磷酸鹽的代謝。成骨細胞在成骨過程中分泌ECM，隨后形成羥基磷灰石晶體參與成骨。同時大型多核破骨細胞在骨吸收中發揮積極作用。骨形成與骨吸收，即骨代謝，這一過程受局部與全身因素的調節[7]。越來越多的證據表明：在人體的生長、衰老與病變的過程中骨組織與體內其他器官存在著一定的相互作用：成骨細胞分泌羧基化的骨鈣素可以促進胰島β細胞分泌胰島素進而調節能量代謝[8]。脂肪來源的激素瘦素作用于其特定的下丘腦受體，增加交感神經在骨中的活性，并發揮抗成骨作用[9]。由嗜鉻細胞分泌的5-羥色胺結合前體成骨細胞中的5-羥色胺受體進而抑制其增殖[10]。因此在這一領域對成骨細胞生物學功能與信號轉導通路的研究具有重要意義。

1DPT對維生素D受體(vitamin D receptor，VDR)的影響

在成骨細胞VDR的表達可以被甲狀旁腺激素、糖皮質激素轉化生長因子-β和表皮生長因子所調控，同時也被其配體1,25-二羥維生素D3(1,25-dihydroxy vitamin D3，1,25D3)自身所調控[11]。VDR的表達直接決定了1,25D3對成骨細胞增殖與分化的促進作用。在很多對人類成骨細胞與骨髓間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSC)的研究中表明：1,25D3可以促進骨形成與礦化[12-16]。1,25D3不直接參與礦物質沉積的這一過程，它更傾向為礦化提供一個外環境于ECM中。1,25D3調控成骨細胞分化標記蛋白堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)[17]和各種骨ECM蛋白：如膠原蛋白A1、Ⅰ型前膠原蛋白等[18]。有研究表明缺乏VDR基因的小鼠表現生長延遲，嚴重的骨缺損，免疫異常，且在15周齡時，過早死于低鈣血癥[19]。有報道提示DPT對骨形成過程存在一定的影響[20]，進一步的研究表明DPT可以被視為VDR的一個下游靶基因，當VDR基因過表達時可導致DPT蛋白的表達量上調，因此，抑制DPT表達可以抑制MSC的成骨分化[21]。

2DPT與Ⅰ型膠原蛋白的關系

Ⅰ型膠原蛋白是ECM的重要組成部分，它的聚集是纖維化過程的標志。盡管Ⅰ型膠原蛋白在大多數組織與器官中均有表達，但其僅僅由成骨細胞、成牙本質細胞、成纖維細胞合成分泌[22]。MacBeath等[23]于1994年報道豬DPT同系物影響膠原原纖維的形成：在膠原溶液中添加低濃度的DPT(20 μg/ml)，原纖維形成加速，這種DPT對膠原原纖維形成的影響，伴隨著短暫的時間滯后性，并且在膠原溶液冷卻后延遲纖維的解聚。由于DPT可以影響膠原原纖維的合成，我們可以合理地推斷DPT通過與膠原分子相互作用進而調節纖維的合成過程。然而，我們并沒有發現它們之間的作用位點。經過一系列的實驗證明DPT與固態的膠原蛋白之間存在著一定的劑量依賴關系，并且Ⅰ型膠原蛋白的α1與α2雙鏈與DPT之間的相互作用幾乎相同[4]。這種DPT對Ⅰ型膠原蛋白的作用可能是通過特定的氨基酸序列。體外研究發現，Ⅰ型膠原蛋白分別通過調節ERK信號通路影響骨橋蛋白(osteopontin，OPN)的表達情況；調控FAK信號通路改變ALP的表達[24]。ALP與OPN均為骨形成的經典標志物，因此DPT/Collagen Ⅰ/ERK/FAK信號轉導通路在骨的形成與骨損傷修復過程中有重要意義。綜上所述，DPT參與膠原纖維的合成過程，但其與Ⅰ型膠原蛋白相互作用的具體機制尚為完全闡明。

3DPT與轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)

DPT作為ECM的重要組成部分，它具有上調TGF-β生物活性的能力[25]。TGF-β長期以來被視為骨細胞的趨化因子，在骨的損傷與修復過程中，骨細胞會沿著有損傷的骨組織與血小板釋放的，呈梯度分布的TGF-β因子向創面遷移[26]。TGF-β通過刺激骨祖細胞分化與促進細胞周期抑制劑p57Kip2的降解促使成骨細胞的數量增加[27]。TGF-β調節骨基質蛋白和蛋白酶的合成，包括ALP、Ⅰ型膠原蛋白、骨鈣素(osteocalcin，OCN)、OPN和基質金屬蛋白酶13(matrix metalloproteinase，MMP13)[28]。在小鼠實驗模型中，導致低骨密度表型的直接原因是TGF-β通路信號增強(通過TGF-β配體的過表達)，同樣這種現象也可以被逆轉(通過沉默影響TGF-β的關鍵基因Smad3)[29]。這些小鼠模型清楚地說明在骨改建過程中成骨細胞和破骨細胞活性與TGF-β之間的相互作用，以及對骨質量的影響[30]。這樣來看DPT作為TGF-β的結合蛋白之一，在成骨過程中尤為關鍵。

4DPT與核心糖蛋白(decoirn，DCN)

DPT與DCN同為ECM的重要組成部分，DCN由一個DS鏈與一個核心蛋白構成。DCN是抗黏附蛋白，通過結合DPT抑制其細胞黏附活性[4]。在體外培養人骨髓瘤細胞的實驗中發現，DCN通過上調p21并且誘導細胞凋亡進而抑制人骨髓瘤細胞的生長。進一步實驗利用慢病毒轉染在MSC細胞中過表達DCN基因，通過實驗檢測發現，DCN可以為MSC細胞與成骨細胞提供適宜生長的細胞微環境，并且具有抗骨髓瘤細胞生長的作用[31]。在大鼠牙槽骨損傷修復過程中，ECM蛋白參與功能性組織的形成。45～50 kDa富含亮氨酸重復序列的核蛋白DCN是這一過程的關鍵蛋白[32]。DCN可以調節膠原原纖維的形成[33]，與生長因子如TGF-β、TNF-α相互作用[34-35]，并且調節羥基磷灰石的形成與生長發育[36]。我們推測DCN與DPT在ECM中是以復合體的形式存在，DCN與DPT對骨形成的調節，以及對成骨細胞生物活性的影響仍需要更進一步的研究。

5小結與展望

DPT廣泛存在于ECM中，可以與VDR、膠原原纖維、DCN、TGF-β等信號因子相互作用調節骨形成與骨損傷的修復。然而，DPT直接或間接調控其他細胞轉導通路的基質尚未闡明。進一步研究DPT對成骨細胞生物活性的影響為組織工程學開創新的思路。

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Research Progress in Dermatopontin and Bone Formation

WANG Xiaojie

(Department of Anatomy,Shenyang Medical College,Shenyang 110034,China)

AbstractDermatopontin(DPT)is an acidic protein,rich in tyrosine residues.It is an important extracellular matrix protein.DPT can affect bone formation in many ways,and plays an important role in injury and repairing process of bone tissue.DPT can regulate the occurrence and development of bone tissue through the interaction with vitamin D receptor,collagen I,transforming growth factor etc.So it is important to study the relationship between DPT and bone tissue for the development of tissue engineering.The effect of DPT on the key proteins in the development of bone tissue are summarized and reveal the potential mechanism.

Key wordsdermatopontin;vitamin D receptor;collagen I;bone formation

通訊作者夏書月(1962—)，女(漢)，教授，主任醫師，研究方向：慢性阻塞性肺疾病與肺血栓栓塞性疾病的基礎與臨床研究.E-mail：syx262@126.com

收稿日期2015-10-13

doi:10.3969/j.issn.1008-2344.2015.04.002

中圖分類號R34

文獻標識碼A

文章編號1008-2344(2015)04-0197-03

基金項目沈陽市科技局計劃項目(No.F-13-221-9-33)