OPG-RANK-RANKL系统在溶骨性骨肿瘤中的应用

      溶骨性骨肿瘤是骨科的常见病，有转移、复发、恶性变、治疗棘手等特点，一直是大家关注的焦点、研究的重点和难点。近几年来，研究发现护骨素(Osteoprotegerin，OPG)细胞核因子κB受体活化因子(receptor activator of NFκB，RANK)/细胞核因子κB受体活化因子配基(receptor activator of NFκB Ligand，RANKL)系统在阐明溶骨性骨肿瘤发生机制方面具有重要意义，特别是OPG/RANKL比率的改变可以直接影响肿瘤主细胞的发育，从而影响溶骨性骨肿瘤的生物学特性。淄博市第四人民医院肿瘤科张强

    1  概    述

    1.1  OPG  OPG又称破骨细胞分化抑制因子(osteoclastogenesis inhibitory factor，OCIF)，1997年WS Simonent等在胎鼠小肠cDNA文库中首先克隆出来，是一种肝素结合分泌型糖蛋白。N端4个结构域富含半胱氨酸参与配基结合，C端两区为两个紧密相连的死亡域，目前研究发现能诱导成熟破骨细胞的凋亡。OPG有单体和双体两种形式，给药时双体比单体分布迅速，在生物活性方面比单体强，因而应用前景较单体广泛。1997～1999年在细胞生物学、免疫学、骨生物学和分子遗传学等领域，研究者分别在纤维原细胞、脾细胞、T淋巴细胞、成骨细胞、单核基质细胞、破骨细胞和滤泡树状细胞等细胞中发现OPG、RANK、RANKL这三种因子［1］。

    1.2  OPG的结合蛋白－RANKL  OPG被发现不久，用其作为探针，便找到了它的配体，即RANKL。RANKL是一种Ⅱ型跨膜蛋白，人类RANKL由317个氨基酸组成，基因定于染色体13q14，OPG和RANKL是两种肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)超家族新成员，能调节破骨细胞的分化和骨吸收。OPG是RANKL的可溶性负调节因子，RANK是RANKL活化所必需的受体。RANKL在淋巴组织(淋巴结、胸腺、脾、胎肝)及骨组织(骨骼、骨髓)中含量高，而在心、胎盘、骨骼肌、胃和甲状腺等淋巴样组织中仅有低度表达。RANKL可促进破骨细胞分化，增强成熟破骨细胞的活力，阻止破骨细胞凋亡。RANKL与巨噬细胞集落刺激因子(mocrophage colonystimulating factor，MCSF)是破骨细胞生成前体分化为成熟破骨细胞的必需因子。RANKL基因敲除的小鼠［2］表现为严重的骨质硬化和出牙困难，体内破骨细胞数明显减少，同时伴T、B淋巴细胞分化障碍，缺乏淋巴结，胸腺发育不良，注射外源性的RANKL后症状缓解，OPG也可阻断。

    1.3  RANKL的受体－RANK  RANK属于Ⅰ型跨膜蛋白，人类RANK是616个氨基酸的多肽，其基因定位于染色体18q22.1，它有一个28个氨基酸的信号肽，在N末端有184个氨基酸的胞外区，21个氨基酸的短跨膜区，一个较大的383个氨基酸的C末端胞浆区，RANK的胞外区含有4个富半胱氨酸区和2个N糖基化位点。RANK表达于巨噬/单核细胞系，包括破骨细胞的前体细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、树突状细胞和成纤维细胞。RANK是TNF受体超家族成员，是RANKL刺激破骨细胞分泌和成熟的唯一靶受体。与RANKL基因敲除相似，RANK基因敲除的小鼠由于缺乏破骨细胞导致严重骨硬化症，同时缺乏周围淋巴结和成熟的T、B淋巴细胞。Hsu等［3］用RANK与免疫球蛋白G Fc片段(immunog lobulin G Fc Portion，IgGFc)的融合蛋白阻止了RANK与RANKL的结合，从而阻止了破骨细胞的分化与成熟。越来越多的研究表明，OPG可与膜受体RANK竞争性结合RANKL，且OPG与RANKL的结合能力强，从而阻止了RANK与RANKL的结合。

    2  OPG/RANK/RANKL系统的调节

    2.1  OPG/RANK/RANKL系统的作用机制  骨组织局部微环境中RANKL和OPG表达的相对水平(RANKL∶OPG)是决定破骨细胞形成及活性的关键，即骨的吸收还是形成，若OPG基因表达水平高于RANKL，则破骨细胞形成受抑，相反，则破骨细胞形成活跃。OPG的作用是结合或中和可溶性RANKL及与基质细胞结合的RANKL，从而阻断RANKL与破骨细胞系细胞表面的RANK结合。膜结合的RANKL更能促进破骨细胞成熟，OPG可与膜受体RANK竞争性结合RANKL，且OPG比RANKL的结合能力强。有人曾做过这样的研究，OPG基因敲除小鼠表现为破骨细胞分化活跃和破骨细胞活性增强，出现骨质疏松表型；相反，OPG过度表达则使小鼠出现骨硬化表型［4］。有研究说明，应激活化蛋白激酶、蛋白激酶C途径与OPG及RANKL系统的激活有关，但OPG及RANKL系统的分泌、激活的确切机制目前了解还不多。

    2.2  细胞因子对OPG/RANK/RANKL系统的作用  体内调控破骨细胞的多种因子和激素几乎都是通过浓度和时间依赖性的方式影响OPG和RANKL的mRNA表达从而发挥作用的。例如，在转化生长因子β(trans forming growth、TGFβ)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosing factor、TNFα)、TNFβ、白细胞介素1(interleukin，IL1)、IL18、1.25二羟维生素D3及骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic proteins2，BMP2)的刺激下，OPG的mRNA表达和蛋白量明显升高，相反，在前列腺素E2、糖皮质激素以及雌激素受体拮抗物ICI 182、180的作用下，OPG的mRNA表达和蛋白量降低。另外，其他调节因子包括过氧化物活化增殖子受体γ的类似物与拮抗剂［5］、抗坏血酸等也在起着一定的调节作用。但这些因子在破骨细胞发育中的作用还没有完全弄清楚，尚有待于进一步研究。可见，在体内骨吸收和骨形成的平衡关系中，OPG/RANKL比率是非常重要的杠杆。

    2.3  OPG/RANK/RANKL系统与组织系统的相互影响  Zhang等［6］研究表明，OPG在血管平滑肌细胞中有表达，血小板衍生生长因子、血管紧张素Ⅱ和TNFa以及IL1可以增加血管平滑肌细胞中OPG的表达。缺乏OPG的鼠表现为主动脉和肾动脉的钙化［7］，这说明OPG可能是动脉钙化和内皮细胞存活的一种保护性因子。

    RANKL可阻止树突状细胞凋亡，促进T淋巴细胞增殖，且在淋巴细胞的早期发育和淋巴结的器官发育中发挥决定性的作用，这些作用可被OPG阻断，而激活的T淋巴细胞表达的RANKL可直接促进破骨细胞生成，这些都提示OPG/RANK/RANKL系统可能是联系骨代谢与免疫系统之间的桥梁［8］。

    3  OPG/RANK/RANKL系统与溶骨性骨肿瘤

    3.1  骨巨细胞瘤(great cell tumour，GCT)  GCT是一种常见的具有潜在恶性的骨肿瘤，具有局部侵袭性破坏骨质、复发和转移的特征，局部主要表现为溶骨性破坏［9］。Atkins等［10］通过RTPCR研究发现，GCT中OPG与RANKL mRNA表达水平的比值远高于正常骨和骨母细胞型骨肉瘤。Teresa等最新研究表明，间质细胞中可能有OPG和RANKL的表达，前者少［11］。骨巨细胞瘤中的单核基质细胞是病变的主要细胞，骨髓或脾细胞与成纤维细胞共同培养系中，在MCSF存在的条件下，RANKL与RANK结合［12］，对单核基质细胞的分化、活化、生存和附着在骨表面而发挥的骨吸收功能进行调控［13］，OPG则可以与RANKL竞争结合RANK，来阻止单核基质细胞分化、活化和生存，从而起到阻止单核基质细胞分化成熟的作用，为骨巨细胞瘤术后复发、转移的防治探索一条新的途径。

    3.2  多发性骨髓瘤  多发性骨髓瘤以骨骼的溶骨性改变为主。Sezer等［14］发现，多发性骨髓瘤患者骨活检标本有RANKL和RANK的表达，尤其见于骨髓的基质细胞，提示基质细胞参与破骨细胞的活化，其表达的RANKL参与多发性骨髓瘤的骨骼损害。另外，骨髓瘤细胞还可分泌产生细胞粘附分子CD138，这些物质可以使OPG失活。Seidel等［15］也注意到，有溶骨性破坏的多发性骨髓瘤患者血清中OPG水平要低于正常人或无骨破坏的同类患者，RANKL与OPG比值增高，导致高钙血症和溶骨性损害。这些为全身应用OPG治疗溶骨性多发性骨髓瘤提供了理论依据。

3.3  骨的转移肿瘤  目前认为最容易发生骨转移的恶性肿瘤有乳腺癌、肺癌、前列腺癌等［16］。虽然骨转移肿瘤的确切发病机制还不太清楚，但众多研究表明，OPG/RANK/RANKL系统参与了肿瘤转移的过程。Rous等［17］发现，在原位乳腺癌和发生骨转移的乳腺癌上RANKL和RANK的表达均有增加。乳腺癌细胞可产生甲状旁腺激素相关蛋白，刺激成骨细胞表达RANKL，进而生成更多的破骨细胞，骨吸收增多。Brown等［18］也发现，与原位的或转移到骨组织以外其他部位的前列腺癌细胞相比，转移到骨的前列腺癌细胞OPG和RANKL的表达量均升高，但骨吸收并没有被相应的抑制，这可能是因为前列腺癌细胞表达RANKL远远高于OPG的缘故，而且体外培养的前列腺癌细胞也能够产生有活性的可溶性RANKL。上述研究表明，前列腺癌细胞可能是通过直接作用引发破骨细胞生成进而增强吸收的。而且，多数骨的转移肿瘤并发有高钙血症，OPG对于恶性肿瘤并发的高钙血症有很好的治疗效果［19］。研究证实，在动物的肿瘤模型中，给予OPG可抑制溶骨性转移瘤的进展，抑制体液性高钙血症、骨骼疼痛和相关影响神经系统的化学物质的重组。

    4  OPG/RANK/RANKL系统与其他疾病

    另外，OPG/RANK/RANKL系统直接或间接影响着以下疾病的发生发展：a)骨质疏松症：包括家庭性骨质疏松症、老年性或绝经期后骨质疏松、糖皮质激素所致的骨质疏松、药物性骨质疏松和制动性骨质疏松等；b)家族性Paget病；c)继发性甲状旁腺功能亢进症骨病；d)家族性膨胀性骨溶解；e)类风湿性关节炎；f)骨硬化病；g)牙周疾病等。总之，OPG显示出其临床应用上的广阔前景。

    5  结    论

    OPG/RANK/RANKL系统的发现促进了肿瘤学、内分泌学、免疫学等领域的发展。许多溶骨性骨肿瘤都表达有OPG、RANKL或RANK，这些骨吸收的关键调节因子为治疗溶骨性骨肿瘤提供了新的选择［20］。上述研究表明，尽管溶骨性骨肿瘤类型很多，如果在早期能够阻断RANKL/RANK通路，抑制肿瘤造成的骨吸收，就可以有效阻止肿瘤在骨中生长。目前研究仍处于早期阶段，但针对这个系统的治疗方法可能是一种有前途的治疗溶骨性骨肿瘤的方法。

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