RANKL介导的诱导破骨细胞分化的相关经典信号通路

作者：杨超月

骨组织细胞包括成骨细胞(osteoblasts，OBs)、破骨细胞(osteoclasts，OCs)、骨原细胞和骨细胞。一些骨关节疾病涉及到骨重建过程，骨重建是调节骨结构和骨重塑的一种重要代谢过程，与OCs吸收旧骨和OBs形成新骨之间的动态平衡有关。核因子受体激活因子-κB配体(receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL)是由位于人染色体13q14上的基因Tnfsf11编码的可溶性蛋白，存在于OBs、T淋巴细胞、B淋巴细胞及骨髓间充质干细胞膜上，是骨代谢重要的调节分子。骨髓中的髓系祖细胞可通过分化，产生不同形态结构、功能特征的细胞类群。其主要由RANKL介导分化，得到的多个单核巨噬细胞再经相互融合可形成多核巨细胞即OCs。OCs通过产生盐酸溶解骨中的矿物质，随后分泌金属蛋白酶，分解胶原基质，启动骨吸收，形成骨窝陷。在骨代谢过程中，OBs形成新骨填补骨窝陷，启动骨形成。OCs的过度激活，导致骨吸收超过骨形成，使骨重建代谢失衡，最终导致骨破坏[]。本文通过在中国知网、PubMed数据库上检索OCs、分化、RANKL、骨吸收、信号通路等关键词并梳理相应文献，综述了RANKL介导OCs分化与多条信号通路的关系。

1 OPG/RANK/RANKL

核因子κB受体活化因子(receptor activator for nuclear factor-κ，RANK)为NF-κB在OCs细胞膜的受体激活剂，由Tnfrfs11a编码，是一种Ⅰ型、616个氨基酸构成的同源三聚跨膜蛋白，含有4个富含半胱氨酸的胞外假重复序列，主要表达于活化的T细胞、OCs、B细胞和树突细胞。RANKL与位于OCs及其前体细胞表面的RANK结合，促进OCs与其前体细胞的分化与形成，且能抑制OCs的代谢凋亡[]。巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor，C-MCSF)是另一种参与单核/巨噬细胞增殖和分化的重要细胞因子，在调节OCs前体细胞和成熟OCs的存活和增殖方面发挥巨大作用，可以上调骨髓巨噬细胞中RANKL水平[]。

骨保护素(osteoprotegerin，OPG)是一种可溶性蛋白质，属于肿瘤坏死因子受体超家族。OPG前肽含401个氨基酸残基，经翻译加工后，去除21个氨基酸残基得到成熟的OPG。OPG含有7个功能区(D1-D7)，其中N端的D1-D4功能区对RANKL/RANK的结合起到抑制作用，与抑制OCs的分化直接相关。OPG/RANK/RANKL通路在骨重建过程中发挥着重要的作用，对OCs和OBs的形成皆有影响。此外，OPG/RANK/RANKL也参与糖尿病、肿瘤和心血管疾病的发生发展[]。

2 TRAF6/RANKL

RANKL有关的多条信号通路需要肿瘤坏死因子受体相关因子6 (tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6)参与。TRAF6作为肿瘤坏死因子受体相关因子家族的一员，常被认为行使信号开关的功能。TRAF6为非常规E3泛素连接酶活性的蛋白质，其C端含有1个高度保守的TRAF结合结构域、N端含有5个锌指结构域和1个保守的RING环指结构域。RANKL与RANK结合后，触发TRAF6，随后诱导OCs前体中TRAF6-NF-κB、TRAF6-MAPKs信号通路的激活()。

RANKL介导的诱导破骨细胞分化的相关经典信号通路

图 1 Mechanism of NF-κB and MAPK signaling pathway Combining RANKL and RANK, TRAF6 turns on the NF-κB signaling pathway. IKKs are activated, and phosphorylate IκB with serine at specific site. The activated NF-κB is transferred into the nucleus, p50 and p65 increase the expression of c-fos and NFATc1. NFATc1 interacts with c-fos, which results in the transcription and expression of OCs gene and the differentiation of OCs.
TRAF6 opens the MAPKs signaling pathway after the combination of RANKL and RANKs. ASK1 kinase is activated, JNK, ERK and p38 are phosphorylated. Then MAPKs signal is activated, c-Jun and c-fos are phosphorylated to promote the formation of osteoclasts.

2.1 TRAF6-IKKs-NF-κB

NF-κB可与多种基因的启动子或增强子结合促进基因转录，调节免疫与炎症反应中的重要转录因子之一。由TRAF6/RANKL/NF-κB信号通路介导的OCs分化，需要下游活化T细胞核因子(nuclear factor of activating T cell，NFAT)和c-fos参与。NFAT是在活化T细胞中首次发现的转录因子，是巨噬细胞活化相关的主要转录因子之一，由NFATc1-5几个成员组成。其中NFATc1是体内破骨发生的主要调节因子，调控OCs特异性基因抗酒石酸酸性磷酸酶、降钙素受体、组织蛋白酶K表达，受钙振荡信号通路影响[]。c-fos是原癌基因，属于即早基因。c-fos与和另一个原癌基因c-Jun构成OCs分化过程中的另一个转录因子-活化蛋白-1 (activator protein 1，AP-1)。