脂肪因子Vaspin在骨代謝中的研究進展

荊志慧 薛筱霏 方芷昱 李欣 潘春玲

中國醫科大學附屬口腔醫院牙周科，遼寧省口腔醫學研究所牙周病研究室，中國醫科大學口腔醫學院中心實驗室，遼寧省口腔疾病重點實驗室，遼寧省口腔疾病轉化醫學研究中心，遼寧 沈陽 110002

脂肪組織是人體重要的儲能器官和最大的內分泌器官，分泌一系列生物活性的細胞因子，被統稱為“脂肪因子”[1]，可根據功能分為促炎型和抗炎型。其中，內臟脂肪組織來源特異性絲氨酸蛋白酶抑制劑(visceral adipose tissue-derived serine protease inhibitor，Vaspin)是一種抗炎型脂肪細胞因子，它參與體內各種病理過程，例如食欲調節、胰島素抵抗、細胞增殖凋亡、炎癥反應等。此外，Vaspin已顯示出對治療骨代謝疾病的作用。

骨穩態取決于破骨細胞中骨溶解活性與成骨細胞骨形成之間的相對平衡，并受許多因素的調節。在類風濕性關節炎、牙周炎等慢性炎癥的情況下，由于炎癥因素的影響，成骨細胞受到抑制，破骨細胞得到加強，破壞了骨骼的代謝平衡，導致溶骨作用喪失。本文回顧了Vaspin在骨骼代謝方面的研究進展，并討論了其與骨骼代謝疾病的關系。

1 Vaspin表達

Vaspin是絲氨酸蛋白酶抑制物(Serpin)家族的一個成員，也稱為SerpinA12[2]。Hida等[3]在2000年比較分析肥胖的自發性2型糖尿病大鼠模型-OLETF大鼠和非肥胖不發生糖尿病的大鼠模型-LETO大鼠內臟脂肪細胞及基因表達的差異時發現OL-64的差異表達，即Vaspin。人類Vaspin cDNA的開放閱讀由1 245個脫氧核苷酸組成，蛋白質分別含415個氨基酸殘基。人類Vaspin蛋白具有疏水性N端的單肽，相對分子質量45 200。早期人們認為只有脂肪組織才能表達Vaspin，隨著對Vaspin的研究逐漸深入，發現Vaspin在人的胃、胰腺、肝臟、皮膚、健康人的腦脊液以及卵巢等組織中均有表達[4-6]。

2 Vaspin調節骨代謝的機制

2.1 干細胞

干細胞的數量和分化能力是影響組織工程能否成功的關鍵，也是醫學領域研究的熱點，干細胞的擴增可以有效地提高其治療能力。近期研究發現，Vaspin可參與骨髓間充質干細胞(BMSCs)的增殖活動。體外實驗[7]證實，Vaspin可提高BMSCs中Akt和pAkt的表達水平，提示Vaspin可能通過促進磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號轉導途徑促進BMSCs增殖。此外，Vaspin可以激活Wnt/β-連環蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路，上調成骨分化特異性基因核心結合因子-1(Runx2)表達，增加堿性磷酸酶(ALP)活性及基因表達，促進BMSCs成骨分化[8]。

干細胞的凋亡在骨代謝疾病的發生發展中起著關鍵作用[9]，氧化應激可促進干細胞凋亡從而抑制其增殖和分化能力。Zhu等[10]研究發現H2O2可顯著促進間充質干細胞(MSCs)的凋亡，而預先經Vaspin處理可通過抑制p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK/p38)信號通路來保護MSCs免受氧化應激誘導的凋亡。

2.2 成骨細胞

成骨細胞來源于骨髓間充質干細胞，在骨形成中起重要作用。成骨細胞凋亡被認為是生理性骨周轉、修復和再生的關鍵組成部分[11]。Zhu等[12]研究發現，Vaspin可上調成骨細胞中抗凋亡因子Bcl-2和降低促凋亡因子Bax的表達。進一步研究發現，Vaspin可通過激活絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶(MAPK / ERK)信號傳導途徑，上調Bcl-2或激動細胞外信號調節激酶途徑而下調Bax，從而抑制成骨細胞凋亡。

成骨細胞的分化是骨形成的關鍵，Vaspin可調節成骨細胞的分化潛能。Wang等[13]體外研究發現，經Vaspin 刺激的大鼠原代成骨細胞成骨能力提高，Runx2的mRNA和蛋白表達水平上升，并顯著上調Smad2、Smad3、p-Smad2、p-Smad3的表達，表明Vaspin是通過激活 Smad-Runx2信號通路以促進骨形成。

然而Liu等[14]研究發現，Vaspin對小鼠原代成骨細胞MC3T3-E1細胞株的成骨分化有抑制作用，Vaspin通過激活PI3K信號通路而依賴地減弱成骨分化，導致miroRNA-34c水平升高，從而通過靶向酪氨酸激酶受體c-met反向調節PI3K-Akt信號的激活。我們認為矛盾的結果可能部分歸因于不同細胞具有不同的物理特性。

2.3 破骨細胞

破骨細胞是人體唯一的骨吸收細胞，在骨的吸收和改建過程中起著關鍵作用。活化T細胞核因子( nuclear factor-activated T cell 1，NFATc1) 是破骨細胞分化過程中的重要轉錄因子。Kamio等[15]研究發現Vaspin在RAW264.7細胞和BMSCs中抑制RANKL誘導的破骨細胞生成，通過抑制NFATc1信號通路的表達影響組織蛋白酶K和基質金屬蛋白酶9(MMP9)，從而起到抑制骨吸收過程中骨基質蛋白降解的作用，證實Vaspin對破骨細胞形成起到負向調控的作用。

2.4 軟骨細胞

由軟骨細胞主導的軟骨內成骨對個體四肢發育有著重要作用。已有研究證實，炎癥會導致過度的骨吸收和骨形成障礙。炎癥細胞因子不僅使炎癥持續存在，而且激活骨骼降解和抑制骨形成的機制，對軟骨細胞有深遠的影響。體外細胞實驗[16-17]發現，Vaspin能夠抑制白細胞介素1β(IL-1β)誘導的MMP2、MMP9、含凝血酶敏感素基序的去整合素金屬蛋白酶-5(ADAMTS-5)和組織蛋白酶D的表達以及炎癥介質一氧化氮合酶、環氧化酶-2和前列腺素E2的產生[16]，并且Vaspin可抑制瘦素誘導的ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-2和MMP-9的表達，并抑制瘦素誘導的一氧化氮和腫瘤壞死因子-α的產生[17]，從而逆轉IL-1β和瘦素對軟骨細胞的破壞。由此可知，Vaspin能通過核因子-κB(NF-κB)信號通路抑制大鼠軟骨細胞中IL-1β和瘦素誘導的NF-κB的活化、分解代謝和促炎性介質的產生，從而發揮抗炎和抗代謝的作用。

3 Vaspin與骨代謝疾病的關系

3.1 骨質疏松癥

骨質疏松癥是導致骨密度降低和骨折風險增加的系統性骨骼疾病。Kirk等[18]發現調節骨骼代謝的脂肪組織可以通過脂肪因子對骨骼形成或吸收發揮作用來調節骨骼重塑，其中關于血清Vaspin與骨密度(BMD)之間相關性的研究結果不盡相同。多發性硬化癥的患者伴有骨質疏松癥和骨折的比率增加，然而在炎癥狀態下，多發性硬化癥患者血清Vaspin與BMD之間不具有相關性[19]。與骨質疏松發展相關的炎癥性腸病也證明同樣的結果[20]。

但近期越來越多的研究證實Vaspin對BMD有作用。Tanna等[21]對絕經后婦女(22 %的隊列患有骨質疏松癥)的研究表明，在調整年齡、身體組成和各種其他參數后，Vaspin血清水平與股骨頸和全髖關節骨密度之間存在顯著的正相關。同時，研究[13]發現給予高脂飲食小鼠口服Vaspin，可逆轉高脂飲食引起的小鼠血漿I型前膠原氨基端伸展肽(PINP)和ALP水平降低，血漿Ⅰ型膠原羧基端末肽(CTX)水平升高，從而控制骨形成減少、破骨過程增多的現象，并在一定程度上提高高脂飲食引起的骨強度降低。此外，用飲食誘導的肥胖(DIO)方法建立大鼠骨小梁丟失模型時發現，Vaspin治療組DIO 并沒有引起骨小梁丟失，這表明Vaspin在肥胖相關的骨小梁丟失的病理過程中發揮關鍵作用。

3.2 骨關節炎

骨關節炎(Osteoarthritis，OA)是導致軟骨退化、滑膜炎癥、軟骨下骨重塑和骨贅形成的慢性疾病。OA的病因非常復雜，包括關節損傷、肥胖、衰老和遺傳因素等[22]。骨關節炎患者的所有關節組織包括軟骨、滑膜、半月板、髕下脂肪墊和骨贅均表達Vaspin基因[23]，并且Wang等[7]在術中提取重癥膝OA患者和股骨頸骨折患者的骨髓標本檢測Vaspin和轉化生長因子-β1(TGF-β1)水平，發現OA患者骨髓中Vaspin水平明顯低于對照組，并且與TGF-β1水平之間存在顯著的相關性，提示Vaspin可能參與了骨髓微環境中炎性細胞因子和生長因子的相互作用，在骨關節炎的發生發展中起著一定的作用。

高膽固醇水平是骨關節炎的危險因素之一，膽固醇水平升高導致軟骨細胞線粒體功能障礙和活性氧(ROS)增加[24]，從而造成軟骨破壞。He等[25]在大鼠OA模型中發現，膝關節軟骨的肝X受體(LXRα)和其他膽固醇外排相關基因的表達降低，并且Vaspin水平降低，miroRNA-155(miR-155)表達增加。進一步通過體外實驗發現，Vaspin不僅可逆轉IL-1β引起的Ⅱ型膠原α1(Col2a1)和軟骨聚糖蛋白(Acan)表達下降以及ADAMTS 5和MMP13表達上升，并且還能促進軟骨細胞中LXRα和其他膽固醇外排相關基因的表達。此外，miR-155模擬物逆轉了Vaspin誘導的軟骨細胞中膽固醇外排途徑的表達變化。由此可知，Vaspin的表達降低通過miR155 /LXRα抑制了膽固醇外排途徑的表達，膽固醇外排途徑的抑制導致膽固醇的積累和OA。

3.3 類風濕性關節炎

類風濕關節炎(rheumatic arthritis，RA)是一種慢性的自身免疫性疾病，主要臨床表現為滑膜炎、軟骨損傷和對稱性關節損傷。Ozgen等[26]對RA患者和健康人進行檢測，發現RA患者血清和滑膜液中Vaspin水平均比對照組的高，而骨關節炎(OA)患者則不升高。與RA患者相比，OA患者滑膜液中Vaspin水平降低[27]。對二者進行相關性的前瞻性研究發現，即使在調整體重以消除超重的危險因素后，自身抗體陽性患者發生RA的風險與血清Vaspin之間存在顯著的相關性[28]。Rodríguez等[29]在比較RA組和健康對照組的牙周指標和脂肪因子時發現，RA組血清Vaspin水平高于對照組，然而這種增加與牙周狀況無關。

不僅如此，Vaspin水平的變化具有治療特異性，使用不同治療RA的藥物，對Vaspin的水平影響可能不同[30]，接受糖皮質激素治療的患者中Vaspin水平的升高，但在阿達木單抗治療后未受影響，Vaspin的水平可能受到胰島素敏感性的改變的影響，從而對不同藥物的反應不同。

3.4 牙周炎

牙周炎(periodontitis)是由菌斑微生物引起的慢性炎癥性疾病，破壞牙齒支持組織導致臨床附著和骨質流失，最終導致牙齒脫落[31]，是導致骨喪失的最常見的疾患之一。

近期研究發現Vaspin與牙周炎之間存在相關性，體重正常且牙周健康的患者齦溝液中能檢測到Vaspin但表達水平較低，在肥胖和牙周炎的患者其表達水平較高，并且牙周炎患者在經過牙周基礎治療后能夠有效地減少齦溝液中Vaspin的水平[20-21]。同樣，在研究伴2型糖尿病的慢性牙周炎患者時得到相似的結果[32]。

此外，Kim等[33]對10名慢性牙周炎患者和10名健康個體的牙齦組織進行RNA測序分析，結果發現在牙周炎患者中，與健康對照組相比，有62個基因被下調，其中Vaspin mRNA下調明顯。我們推測實驗結果的差異可能是由于此實驗檢測的樣本量較少，且未用實驗驗證。雖然Vaspin與牙周炎相互作用機制仍然不清楚，但可以證實Vaspin可由局部的牙周組織產生，并且其含量的多少與細菌的感染和炎癥的嚴重程度以及全身健康狀況密切相關。

3.5 神經性厭食癥

神經性厭食癥(anorexia nervosa，AN)是一種由于自身營養不良導致的低體重的精神障礙。人們在饑餓的狀態下，一些激素會做出適應性的調整，這在短期內提供了一種生存優勢，同時也引起低骨量和增加骨折的風險[34]。多項研究[35-38]表明，與健康對照組相比，厭食癥患者組中血清高水平的Vaspin對AN患者體重有影響，并且患有神經性厭食癥的女性青少年唾液中也有高水平的Vaspin[36]。

OPG/RANK/RANKL信號軸是參與調節骨吸收與骨生成平衡的重要途徑，OPG/RANKL比值可作為衡量骨量及骨健康的重要指標[39]。Ostrowska等[38]通過對患有神經厭食癥女孩血清Vaspin與骨代謝之間關系研究發現，Vaspin水平與sRANKL呈正相關，并且與OPG/sRANKL比值之間呈顯著相關。由此可見，Vaspin是骨形成與吸收過程之間動態平衡的協調者，可通過OPG/RANK/RANKL系統參與骨代謝。

4 發展與展望

Vaspin可通過多方面調節骨代謝的過程，不僅促進干細胞和成骨細胞的增殖分化能力，在促炎條件下保護成骨細胞和軟骨細胞免受凋亡，還能夠負向調控破骨細胞的分化，調節全身的骨穩態平衡。Vaspin與炎性骨疾病如骨質疏松、風濕性關節炎、牙周炎等疾病的相關性具有非常重要的臨床意義，然而對于 Vaspin的作用機制仍處于初級階段，需要進一步研究，Vaspin的深入探索可為骨代謝和炎性骨疾病的預防、診斷和治療提供豐富的的臨床價值。