血清外泌體與LOX-1/NF-κB信號軸在糖尿病性骨質疏松的研究進展

司惠玲，張琦，劉亞倩，段奇黨，劉靜*

（1. 甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院(甘肅省人民醫院),甘肅 蘭州 730000；2. 甘肅省人民醫院內分泌科，甘肅 蘭州 730000）

1 糖尿病性骨質疏松癥(diabetic osteoporosis，DOP)

糖尿病性骨質疏松是我國常見的內分泌代謝性疾病引發的并發癥，其發病率隨著人民生活水平和方式的變化而日益上升，其主要發病機制與高血糖、胰島素、細胞因子及糖基化終末產物等有關。機體內長期高血糖狀態會導致破骨細胞骨吸收速度超過成骨細胞骨形成速度，破環骨重塑和微損傷修復作用的動態平衡，導致骨量減少或骨質破環，最終引發DOP的發生[1]。據報道，近乎50%的糖尿病患者可并發骨質疏松[2]。這種疾病是無法完全治愈的，目前最為安全有效的治療手段是通過藥物來延緩病程進展。因此，對此病好發人群（絕經后婦女、骨質減少患者及中老年人等）來開展營養科普宣教是十分有必要進行的，日常生

活保健中可以考慮通過多進行戶外運動，補充富含有機鈣、鐵、鎂、鋅的天然食物，如優質奶乳制品、海鮮、香蕉，以及絕經后婦女遵醫囑補充相應的激素等預防骨質疏松問題的進一步發生。本文就SDEs和LOX-1/NF-κB信號軸與糖尿病性骨質疏松之間的關系展開綜述，旨在為該病的診療防治提供科學依據。

2 外泌體

2.1 外泌體概述

1967年，Peter Wolf首次用電鏡觀察到由血小板釋放的外泌體，但是當時這一發現并沒有引起研究人員的重視，它被認為是沒有任何生物學功能的細胞碎片或廢物。1983年，外泌體被科學家們在綿羊網織紅細胞中觀察到，其表面被檢測到含有源自網織紅細胞的遺傳物質[3]。1987年，Johnstone將這些囊泡正式命名為“外泌體”，并將其進一步定義為直徑在30～100nm之間脂質雙分子層的細胞外囊泡[4]。細胞外囊泡可根據其大小分為小型(直徑＜200 nm，也稱為外泌體)和中型(直徑＞200nm，也稱為微囊泡)[5]。

2.2 外泌體形成過程

細胞通過質膜內陷和內吞的作用方式將細胞外液成分攝入胞內，形成早期核內體；成熟為晚期核內體后體腔再次內陷形成多囊泡小體，其中含有各種胞質內遺傳物質的囊泡；成熟后的多囊泡小體一部分與溶酶體融合，其內容物被降解。剩下的部分通過肌動蛋白與微管細胞骨架相互作用運輸到質膜結合后釋放到細胞外液中，即為外泌體[6]。然而，外泌體的釋放（多泡小體的形成、囊泡的萌發）還需要一些蛋白質的輔助觸發，如ESCRT、RAB家族、GTPase和SNARE，并且這些蛋白質是否啟動依賴于細胞類型，如一些細胞需要ESCRT或RAB機制來釋放外泌體，但是其他細胞就不需要[7,8]。

2.3 外泌體的組成及生理功能

真核生物、原核生物以及所有細胞都可以釋放外泌體，在健康或疾病狀態下維持細胞間通訊[9]。外泌體攜帶其母細胞的各種生物大分子蛋白質，包括室膜、質膜及細胞質的蛋白質，但不包括線粒體、高爾基體、內質網和細胞核的蛋白質[10]，還有酶類、轉錄因子、脂質、細胞外基質蛋白和核酸[11]。外泌體表征蛋白也參與免疫識別，與受體蛋白的質膜相互作用，典型的外泌體標記蛋白有：熱休克蛋白（Hsp70、Hsp90）、抑癌基因101（Tsg101）、四環素（CD9、CD63、CD81）、肌動蛋白等，這些蛋白表達不受外泌體來源的限制[5]。然而。外泌體中所含的脂質是具有特異性的，根據細胞來源而異，主要有膽固醇，鞘磷脂（鞘磷脂和神經酰胺）、甘油磷脂對于外泌體的形成，受體細胞的動態平衡調節以及外泌體表面形狀的維持都具有重要意義[5]。

供體細胞將外泌體釋放到細胞外環境發揮各種生物學功能，包括細胞內通訊以及母細胞與周圍細胞進行蛋白質和遺傳物質（DNA、mRNA及microRNA）的信息交換[12]。外泌體可以激活或抑制免疫系統[13]，具有雙重調控作用。目前外泌體已在臨床癌癥免疫治療中發揮重要作用，因其表面的特異性腫瘤生物標志物，在腫瘤的靶向藥物治療中意義重大[14],腫瘤細胞可以將生長因子和細胞因子轉移到細胞表面，并釋放外泌體與細胞外液中的其他細胞進行信息傳遞，從而建立腫瘤的侵襲性生長。由于含有豐富的的miRNA和mRNA，外泌體也是一種潛力較高的生物基因傳遞系統[15]這種細胞外囊泡在幫助基因傳遞、疾病診斷、細胞內通訊、藥物傳遞和生物標志物驅動療法方面的巨大潛力已逐漸成為近幾年的研究熱點[14]。

2.4 血清外泌體與糖尿病性骨質疏松

血清外泌體可以穩定地提供一些腫瘤疾病的特異性信息，樣本便于獲得，外泌體的提取不受血液數量及存儲時間的限制，可以減少疾病檢測需要帶來的侵入性手術。通過篩選不同的信號分子，找到不同疾病的特異性生物標志物，從而進行相應的靶向治療。例如，血清外泌體miR-122被認為是結直腸癌肝轉移診斷和預后的潛在生物標志物[16]。各種來源不同的外泌體參與了骨重建過程中的多個調節過程，其中含有多種生物活性物質可調控骨重建過程。定量蛋白質組學分析，骨質疏松患者的血清外泌體參與抑制體內成骨細胞的生長過程[17]。研究表明，骨質疏松減少患者的血清外泌體能夠促進破骨細胞的黏附和活化以及新骨量的形成。通過實驗發現在骨質減少患者的SDEs中被發現淀粉樣前體蛋白、核仁蛋白和細胞質核糖體蛋白的成員含量上升，而淀粉樣前體蛋白和核仁蛋白與破骨細胞的細胞粘附和存活有關[17]。研究骨質減少患者血清外泌體的病理生理功能，對于我們探索出糖尿病性骨質疏松患者新的臨床診斷和治療方法具有一定的價值[18]。

3 LOX-1

3.1 LOX-1概述

日本科學家Sawamura于1997年首次在牛主動脈內皮細胞上研究發現LOX-1[18]，這是一種相對分子質量為50kDa跨膜糖蛋白，參與氧化低密度脂蛋白的結合，內吞和蛋白降解[19]。LOX-1屬于C型凝集素受體家族，其結構在哺乳動物上高度表達。人類中，LOX-1基因由位于12號染色體斷臂上的單拷貝基因OLR1（氧化低密度脂蛋白受體1）編碼[20]。

3.2 LOX-1與糖尿病性骨質疏松癥

LOX-1是一種多配體受體，可識別多種配體，并在細胞中廣泛表達[21,22]，包括內皮細胞[23,24]，血管平滑肌細胞[25]，巨噬細胞及軟骨細胞[26]。研究報道[27]，骨吸收破骨細胞和骨形成成骨細胞均表達LOX-1，LOX-1-/-小鼠在穩定狀態下骨量減少，但由于成骨細胞RANKL表達受損，因此對炎癥性骨破壞具有抵抗力。生理條件下，LOX-1是低表達的，但在氧化應激和炎癥反應期間顯著上調[28]。Kimiko[29]等人研究表明，Toll樣受體激活會通過上調LOX-1的表達而促進破骨細胞的生成增加。LOX-1可以通過ox-LDL/LOX-1/NF-κB 軸的惡性循環，促進 AS的進展[24]。研究證明，LOX-1通過基本抑制破骨細胞前體細胞的細胞融合來負調控破骨細胞分化。LOX-1缺失小鼠由于生長期骨吸收增加，骨小梁質量持續下降[30]。糖尿病患者的高糖環境通過上調LOX-1的表達，使破骨生成增加，成骨形成減少，骨微環境失去動態平衡，引發骨質疏松。

4 血清外泌體、LOX-1/NF-κB及糖尿病性骨質疏松

NF-κB是一種細胞內核轉錄因子，能對機體各種刺激立刻做出反應，可參與病毒復制，腫瘤發生，細胞凋亡，炎癥和多種自身反應性疾病。它有不同亞基的同源或異源二聚體組成，分別屬于Rel蛋 白 家 族(p65(RelA)、RelB、c-rel、p105/p50(NFkB1)和P100/P52(NFKB2)。NFkB1(P50)和NFKB2(P52)缺乏C末端轉錄激活域(TADS)，它們的同源二聚體被認為是抑制因子[31]。研究表明[32]，在敲除核因子-βp50和/或p52的小鼠模型中，體外骨髓培養中由破骨細胞前體形成的破骨細胞數量較少，此外，一些破骨細胞上的特異性標志蛋白，如TRAP表達降低。LOX-1在破骨細胞膜上分布表達，NF-κB通路的激活是LOX-1的信號通路下游的關鍵環節，NF-κB與LOX-1啟動子結合后負向調控，導致LOX-1表達上調。外泌體中富含的miRNA可激活或抑制相關信號通路，調控基因的表達水平。許永峰[33]等人通過血清學分析篩選出12個上調的miRNA和5個下調的miRNA作為預防骨質疏松的檢測指標。總之，血清外泌體中miRNA可通過一定的信號途徑調控骨代謝是毋庸置疑的，如miRNA通過LOX-1/NF-κB、MEPK經典信號途徑，然而至今為止這方面的研究報道仍較少，這可為我們未來研究的一個新方向。

5 小結與展望

綜上所述，血清外泌體在治療糖尿病性骨質疏松方面有巨大的治療潛力，具體的病理機制和許多未解決的臨床問題需要我們去深入研究探討，LOX-1/NF-κB信號途徑在破骨細胞的增值分化中起著非常重要的作用，基于此信號軸探索血清外泌體治療骨質疏松的新靶點藥物，無疑具有一定的創新性和強大的臨床前景。