脂肪因子Chemerin對骨代謝影響的研究進(jìn)展

李軍 張婷 李希

重慶醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)研究院，重慶 400016

隨著人們生活水平的提高和久坐不動生活方式的日益發(fā)展，肥胖人群在世界范圍內(nèi)逐年增加[1-2]。肥胖狀態(tài)下伴隨皮下脂肪和內(nèi)臟脂肪增生、肥大，骨髓腔內(nèi)脂肪也顯著增加，導(dǎo)致骨髓腔內(nèi)多種脂肪因子釋放發(fā)生變化，如Leptin、Adiponectin等，多項研究[3-7]發(fā)現(xiàn)這些脂肪因子可正向或負(fù)向調(diào)控骨代謝。Chemerin也是一種脂肪因子，在循環(huán)中水平高于經(jīng)典脂肪因子Leptin和Adiponectin，對全身以及局部免疫和代謝起到重要作用。臨床病例對照研究[8]顯示，血清Chemerin水平與骨密度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。體外研究表明，Chemerin可以調(diào)控成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分化。體內(nèi)研究顯示，Chemerin信號促進(jìn)骨量增加以及減輕炎癥水平，對于骨穩(wěn)態(tài)的維持和代謝性骨病的發(fā)病機(jī)制研究具有重要作用(表1)。但是，關(guān)于Chemerin對骨代謝的研究仍以體外實(shí)驗(yàn)為主，并且缺乏系統(tǒng)總結(jié)。本文回顧近年Chemerin與骨代謝相關(guān)研究，探討和總結(jié)Chemerin對骨代謝的作用和機(jī)制，以期尋求未來的研究方向及臨床治療靶點(diǎn)。

表1 脂肪因子Chemerin對骨代謝影響的研究Table 1 Effects of adipokine Chemerin on bone metabolism

1 脂肪因子Chemerin

Chemerin于2007年由Garalski等首次報道[9]，又被稱為維甲酸受體反應(yīng)蛋白2(retinoic acid receptor response protein 2，Rarres2)和他唑羅汀誘導(dǎo)基因蛋白2(tazarotene induce gene protein 2，TIG2)，它有三種受體：趨化因子樣受體1(chemokine-like receptor 1，Cmklr1)、G蛋白偶聯(lián)受體1(G-protein coupled receptor 1,Gpr1)和 C-C基序趨化因子樣受體2(C-C motif chemokine receptor like 2,Ccrl2)[10]。Chemerin最初的合成形式是具有183個氨基酸的前體，隨后氮端20個氨基信號肽截斷形成非活性前體(chemerin-S163)釋放到細(xì)胞外或循環(huán)中，經(jīng)纖溶酶、彈性蛋白酶和組織蛋白酶G作用裂解碳末端5-9個氨基酸，形成具有活性的、與Cmklr1具有不同親和力的各種異構(gòu)體(chemerin-K158，-S157，-F156)[11]。研究[12-14]表明，Cmklr1 是Chemerin的功能性受體，主要由巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞等免疫細(xì)胞表達(dá)，Chemerin通過Cmklr1受體可誘導(dǎo)這些細(xì)胞向炎癥部位遷移，從而在免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。Chemerin也可促進(jìn)胰島β細(xì)胞釋放胰島素，但抑制骨骼肌和脂肪組織胰島素敏感性，從而調(diào)控全身以及局部葡萄糖代謝[15]。目前對Chemerin/Cmklr1信號通路的了解主要來自細(xì)胞系分析，并表明Cmklr1與Gαi/o信號通路相偶聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子釋放，抑制cAMP積累[16]。此外，Chemerin也可通過激活Erk、p38和Akt等信號通路在脂肪細(xì)胞分化[9]、內(nèi)皮細(xì)胞血管生成[17]和軟骨細(xì)胞增殖[18]過程中發(fā)揮重要作用。

2 人血清Chemerin水平與骨密度的關(guān)系

隨著對Chemerin研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn) Chemerin與骨密度具有密切相關(guān)性。一項基于多中心的大數(shù)據(jù)研究[8]分析了不同體質(zhì)量指數(shù)人群血清Chemerin水平與BMD的關(guān)系，結(jié)果表明肥胖組循環(huán)Chemerin水平與骨量呈負(fù)相關(guān)，而正常組和超重組循環(huán)Chemerin水平與骨量無相關(guān)性。另一項對543名中國絕經(jīng)后肥胖婦女血清Chemerin水平與股骨頸和腰椎骨密度相關(guān)性的研究[19]中發(fā)現(xiàn)，血清Chemerin水平與腰椎BMD呈負(fù)相關(guān)。王裕祥[20]對正常組和骨質(zhì)疏松組各100例患者的血清Chemerin水平進(jìn)行檢測，也發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松組患者的血清Chemerin水平更高，且兩組血清Chemerin水平與股骨和腰椎骨密度均呈負(fù)相關(guān)。但是，Engin-Ustun Y等[21]通過骨密度將對象分為正常組和骨質(zhì)疏松組后，對血清Chemerin水平進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松組血清Chemerin水平顯著低于正常組。這些研究都提示Chemerin很可能在骨質(zhì)疏松或者骨代謝的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮作用，但針對Chemerin對骨密度起到正向還是負(fù)向的調(diào)控作用尚無定論。

近年來，骨髓內(nèi)脂肪組織(marrow adipose tissue，MAT)的概念越來越受到研究者們重視[22-23]。既往研究[24]表明，人體內(nèi)MAT占骨組織體積的70 %(約1 kg)左右，而MAT也能像皮下脂肪組織一樣發(fā)揮內(nèi)分泌功能，分泌包括Leptin、Adiponectin在內(nèi)的多種脂肪因子[25]。因此，基于既往結(jié)論相悖的研究結(jié)果，Chemerin通過內(nèi)分泌作用對骨代謝的調(diào)控可能并不是主要作用。考慮到骨組織中豐富的MAT,Chemerin通過旁分泌對骨代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制不容忽視。的確，Muruganandan S等[26]發(fā)現(xiàn)前成骨細(xì)胞系7F2和小鼠原代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)都表達(dá)Chemerin基因，體外誘導(dǎo)兩種細(xì)胞成脂分化過程中Chemerin表達(dá)逐漸上調(diào)，在人原代BMSCs培養(yǎng)基也檢測到了Chemerin蛋白分泌[27]。另一項研究[28]在造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cells,HSCs)、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞培養(yǎng)基中都檢測到了Chemerin蛋白表達(dá)。這些研究都說明，在骨組織中不管是MAT，還是成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、BMSCs和HSCs都可表達(dá)Chemerin，Chemerin極有可能以自分泌或者旁分泌方式調(diào)控骨代謝。

3 Chemerin對成骨細(xì)胞的影響

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs) 是一種具有多向分化潛能的細(xì)胞，能夠分化形成包括成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞等在內(nèi)的多種細(xì)胞[29-30]。研究[26]表明，Muruganandan S等利用小干擾RNA敲低Chemerin或其受體Cmklr1后，發(fā)現(xiàn)BMSCs成脂分化降低，成骨分化和礦物質(zhì)沉積增加，說明在體外條件下Chemerin具有促進(jìn)成脂、抑制成骨的作用。進(jìn)一步研究[31]表明，Chemerin/Cmklr1信號可以通過抑制經(jīng)典Wnt信號通路關(guān)鍵因子β-Catenin表達(dá)、細(xì)胞定位和轉(zhuǎn)錄活性從而調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞成骨和成脂的系譜定向。該研究還發(fā)現(xiàn)，Cmklr1是一種新型的Wnt信號響應(yīng)基因，Wnt信號激活抑制Cmklr1表達(dá)，而Cmklr1表達(dá)上調(diào)會抑制β-Catenin表達(dá)和功能，二者以負(fù)反饋回路的形式調(diào)控Wnt信號的促成骨分化作用，從而調(diào)控BMSCs在成骨和成脂分化間的平衡。但是，Chemerin受體Cmklr1[32]和Gpr1[33]敲除小鼠成骨分化和骨密度均降低。這表明Chemerin信號在體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下促進(jìn)成骨，這與體外單純細(xì)胞實(shí)驗(yàn)抑制成骨并不一致，考慮可能是由于體外實(shí)驗(yàn)環(huán)境過于單一，不能很好反映機(jī)體作為有機(jī)整體的微環(huán)境、系統(tǒng)激素以及能量狀態(tài)等影響。當(dāng)然，受體(Cmklr1和Gpr1)的敲除并不能完全代表Chemerin作用的缺失，因?yàn)檠芯縖34]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)除Chemerin外，Gpr1的配體還有FAM19A1，Cmklr1的配體還有Resolvin E1[16]，但是Chemerin仍然是這兩個受體的主要配體。總之，Chemerin對成骨細(xì)胞的影響體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)尚不一致，未來需要更加系統(tǒng)的體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)予以明確，如構(gòu)建BMSCs特異性敲除Chemerin小鼠。

4 Chemerin對破骨細(xì)胞的影響

研究[28]顯示，HSCs能夠表達(dá)Chemerin和Cmklr1基因，且在誘導(dǎo)原代HSCs向破骨細(xì)胞分化時Chemerin的表達(dá)上調(diào)。Chemerin中和抗體能夠有效抑制HSCs的破骨分化和對礦物基質(zhì)吸收，而額外添加Chemerin重組因子可以挽救破骨細(xì)胞分化的喪失，這表明Chemerin對于破骨細(xì)胞分化是必需的。該研究還顯示，Chemerin的中和抗體使用減弱了RANKL(receptor activator of nuclear factor κB ligand,RANKL)對破骨細(xì)胞形成相關(guān)基因，如NFATc2、Fos、Igtb3和Src等的誘導(dǎo)作用。Ramos-Junior ES等[35]觀察到高脂飲食喂養(yǎng)的肥胖小鼠和糖尿病小鼠(db/db)血清Chemerin水平升高，并且都合并有牙槽骨量丟失。深入研究發(fā)現(xiàn)，梯度Chemerin重組蛋白不會增加破骨細(xì)胞分化，但增加破骨細(xì)胞礦物吸收能力，并且兩種小鼠牙槽骨中Chemerin、Cmklr1和破骨細(xì)胞標(biāo)識基因Ctsk均上調(diào)，這種上調(diào)作用可以通過注射Cmklr1的抑制劑CCX832所阻斷，表明Chemerin可以在小鼠體內(nèi)通過作用于Cmklr1受體增強(qiáng)破骨細(xì)胞功能。此外，機(jī)制研究表明，Chemerin可激活Erk5磷酸化從而達(dá)到激活破骨細(xì)胞功能的作用。綜合體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明，Chemerin對于破骨細(xì)胞分化或者破骨細(xì)胞礦物基質(zhì)吸收具有促進(jìn)作用。但是，針對Chemerin對破骨細(xì)胞的研究仍在起步階段，其體內(nèi)功能實(shí)驗(yàn)和分子機(jī)制尚未闡明，未來仍需深入研究。

5 Chemerin對骨髓腔微環(huán)境的影響

多項研究[26,36]都表明，Chemerin可以促進(jìn)原代BMSCs向脂肪細(xì)胞分化，而骨髓內(nèi)脂肪細(xì)胞與外周皮下脂肪和內(nèi)臟脂肪一樣具有分泌功能，可以分泌包括Leptin、Adiponectin、IL-6、M-CSF等多種因子，從而改變骨髓腔微環(huán)境，進(jìn)而對骨穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生影響[25,37]。研究[3]發(fā)現(xiàn)，利用Prx-Cre重組酶條件性敲除小鼠BMSCs Leptin受體后，小鼠成骨增加、成脂減少以及骨折愈合加快，表明Leptin可以直接作用于BMSCs進(jìn)而抑制成骨。同時，BMSCs中敲低Adiponectin可下調(diào)β-Catenin表達(dá)，進(jìn)而降低成骨細(xì)胞分化和礦物沉積，延緩骨缺損修復(fù)[38]。M-CSF是調(diào)控HSCs向破骨細(xì)胞分化的關(guān)鍵因子之一[39]，骨髓內(nèi)脂肪細(xì)胞分泌M-CSF增加將明顯影響破骨細(xì)胞形成。此外，Chemerin作為一種趨化因子，可以趨化免疫細(xì)胞募集，起到抗炎或者促進(jìn)炎作用[13,40]。這表明，Chemerin在不同環(huán)境下根據(jù)機(jī)體情況發(fā)揮抗炎或者促炎作用，從而在免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮調(diào)控作用。傳統(tǒng)脂肪因子Leptin還可作用于下丘腦攝食中樞通過影響攝食和交感神經(jīng)從而間接調(diào)控骨代謝[4]。外周脂肪細(xì)胞分泌的Adiponectin以內(nèi)分泌方式調(diào)控交感神經(jīng)和胰島素敏感性間接調(diào)控骨代謝[6]。Chemerin對骨穩(wěn)態(tài)的調(diào)控主要依賴于其對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的直接調(diào)控，同時也可影響骨髓微環(huán)境。

6 總結(jié)

Chemerin作為肥胖與骨代謝之間的媒介，調(diào)控骨組織對全身能量代謝失衡響應(yīng)。Chemerin對骨代謝的影響是一種綜合作用的結(jié)果，它既可以調(diào)控BMSCs成骨和成脂分化的平衡，協(xié)調(diào)破骨細(xì)胞分化或破骨細(xì)胞礦物吸收能力，也可以改變骨髓腔微環(huán)境從而影響骨穩(wěn)態(tài)[26,31-33]。骨髓內(nèi)發(fā)揮作用的Chemerin主要來源于MAT，以自分泌或者旁分泌方式調(diào)控骨穩(wěn)態(tài)(圖1)[22-23]。但是目前仍缺失關(guān)于Chemerin作為代謝性骨病的獨(dú)立預(yù)測因子和治療靶點(diǎn)的研究，需要更加詳細(xì)和系統(tǒng)的研究來明確Chemerin對骨代謝的影響及其在代謝性骨病中的作用。

圖1 脂肪因子Chemerin對骨代謝的影響Fig.1 Effects of adipokine Chemerin on bone metabolism