王 鹏，周延民*，于维先

(1.吉林大学口腔医院 种植科，吉林 长春130021；2.吉林大学口腔医院吉林省牙发育及颌骨重塑与再生重点实验室，吉林 长春130021)

骨质疏松症(osteoporosis,OP)是以骨密度和骨质量不断减少为特征，骨组织显微结构受损，导致骨脆性增加及骨折危险性升高的一种全身性骨代谢障碍的疾病[1]。临床上表现为骨量减少、骨质变薄、骨小梁数量减少及脊柱压缩性骨折等。根据骨质疏松发生的病因不同可分为三大类：原发性骨质疏松症、继发性骨质疏松症以及原因不明的特发性骨质疏松症。原发性骨质疏松症包括绝经后骨质疏松症以及老年性骨质疏松症[2-4]。继发性骨质疏松症主要包括甲亢性骨质疏松症以及糖尿病性骨质疏松。原因不明的特发性骨质疏松症主要是遗传性骨质疏松症。本文主要探讨继发性骨质疏松症中的糖尿病性骨质疏松(diabetic osteoporosis，DOP)，是指糖尿病患者体内代谢因素的变化所致骨组织结构发生改变而致骨量减少，易于骨折的一种全身代谢性疾病，是糖尿病在骨骼系统的重要并发症之一，是糖尿病并发症中发病率较高的代谢性疾病[5，6]。本文就糖尿病骨质疏松的病因，高血糖对骨形成、骨吸收和骨密度的影响，及与eph-ephrin信号通路关系等方面加以阐释。

1 糖尿病引发骨质疏松的原因

1.1 成骨细胞与DOP

成骨细胞通过合成骨基质，在骨形成过程中发挥着重要的作用。糖尿病性骨质疏松的基本特点是骨形成缺陷，主要表现为成骨细胞分化与增殖功能降低、骨矿化速度减慢、骨质形成不足、骨吸收相对大于骨形成。Hua等[7]对糖尿病小鼠和非糖尿病小鼠的研究发现，高糖条件下成骨细胞分化、增殖及分泌骨钙素和碱性磷酸酶的功能下降；骨钙素、I型胶原及转录因子Runx-2表达程度降低；骨形成减少。高糖导致成骨细胞功能下降的机制尚不十分明确，体外及体内实验研究表明[8，9]，高糖可通过氧化应激、糖基化终末产物(advanced glycation endpmducts，AGEs)的形成、蛋白激酶c活化等途径诱导成骨细胞凋亡，从而抑制成骨细胞的分化，最终导致成骨细胞功能下降。AGEs形成引发的糖尿病神经病变可以隔绝成骨细胞生长所必须的维生素D和相关神经递质的表达，从而影响成骨细胞的功能[10，11]。高糖条件下成骨细胞骨形成能力下降还与胰岛素缺乏有关：胰岛素通过与成骨细胞表面的胰岛素受体结合直接刺激成骨细胞，促进细胞内氨基酸蓄积、I型胶原及骨基质的合成与分泌；骨钙素是

一种促进骨形成的多肽，主要与维持骨矿化速率，促进骨形成相关，胰岛素缺乏时，成骨细胞合成分泌骨钙素减少，骨钙素减少可使骨的矿化速率降低，骨吸收大于骨形成[12]。近年研究证实，高血糖可以激活细胞内的cAMP/PKA/ERK信号通路，刺激骨髓间充质干细胞的生脂标记物如过氧化物酶体增值激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)的表达，从而抑制成骨细胞的增殖、分化，导致成骨细胞功能下降[13，14]。

1.2 破骨细胞与DOP

破骨细胞主要来自于单核-巨噬细胞系。一般而言，破骨细胞主要通过以下三种可能的通路发挥其功能：核因子κB受体活化因子配体(Receptor activator of nuclearfactr κB 1igand，RANKL)通路；人巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF) 通路；免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreceptor tyrosine-based activation motif,ITAM)通路。RANKL主要由成骨细胞和基质细胞分泌，通过与其在单核-巨噬细胞系表面的受体结合激活NF-κB、NFATc1从而使破骨细胞前体向破骨细胞分化[15，16]；RANKL通过诱导反凋亡酶中的蛋白激酶B(proteinkinase B，PKB)抑制破骨细胞的凋亡；RANKL同样与自由基、氧离子、过氧化氢等活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生有关，而活性氧又被认为是破骨细胞生成的强力诱导物[17，18]。Hodge等[19]发现，加入M-CSF后糖尿病小鼠骨吸收速度快于单纯加入RANKL的对照组，表明M-CSF可以促进RANKL的活化。动物实验发现，糖尿病小鼠体内可以自发地产生抗IgG抗体[20]，因此糖尿病被认为对IgG的产生有很强的诱导作用。IgG与其受体FcγR结合形成ITAMs，激活脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase，SYK),进而诱导NFATc1的产生，从而促进破骨细胞的增殖和分化。同时体外实验发现，长期高糖条件下AGEs对破骨细胞的功能产生重要影响，AGEs通过与AGEs受体(Receptor for advanced glycation end products，RAGE)结合，诱导破骨细胞的NF-κB通路活化，使骨吸收因子IL-6、TNF-α等的合成分泌增加，从而促进破骨细胞前体转化为成熟的破骨细胞，导致骨吸收增加[21]。Santana等[22]对小鼠颅骨愈合程度的研究发现，糖尿病组为非糖尿病组的40%；用AGEs预处理非糖尿病组，颅骨愈合程度明显低于未处理组。说明AGEs参与骨重建过程，其可导致骨吸收增加，骨形成减少。

2 Eph-ephrin信号通路

2.1 Eph-ephrin信号通路及其双向信号传导模式

促红细胞生成素的肝细胞受体(Eph)是细胞表面型酪氨酸蛋白激酶受体中的成员之一，也是目前已知最大的酪氨酸蛋白激酶受体家族中的成员。Eph受体分为2个亚类，即EphA(EphA1-A8)与EphB(EphB1-B6)共14个成员；ephrin配体同样分为2个亚类，即ephrinA(ephrinA1-A5)与ephrinB(ephrinB1-B3)共8个成员。Eph受体包括3个区，分别为胞外配体结合区、胞内区(具有酪氨酸激酶活性)及跨膜区(疏水键连接胞外配体结合区和胞内区)。Eph胞内区包括1个具有酪氨酸激酶活性的高度保守的结构域(TK)，SAM( sterile alpha motif) 结构域和C端的PDZ结合序列。Eph的胞外配体结合区主要包含1个配体结合域( ligand binding domain，LBD) 、1个富含半胱氨酸区(cysteine-rich domain，CRD) 以及2个纤维连接蛋白重复区[23]。其中CRD在Eph-ephrin信号复合体的形成过程中起到关键作用。Ephrin配体中ephrinA通过糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol，GPI)锚定在细胞膜上；ephrinB有一个跨膜结构域和一个很短的胞内区[23]。

当Eph受体和ephrin配体结合后，形成聚合体，构象发生变化后，激活一系列的信号分子传递产生效应功能。Eph与ephrin结合可以产生双向信号传导作用，既可激活受体表达细胞，也可激活配体表达细胞，因此以ephrin为配体，激活Eph受体向细胞内传递信号被称为正向信号传导；而以Eph为配体，激活ephrin配体向细胞内传递信号被称为反向信号传导[24，25]。Eph-ephrin两者之间这种独特的接触后所产生的生物学功能，参与体内多种生物进程，包括血管生成、干细胞分化、细胞迁移及骨稳态的调节等[26]。

2.2 Eph-ephrin与骨稳态

Zhao等[25]研究发现，表达于破骨细胞与成骨细胞间的EphB4-ephrinB2具有双向调控作用：正向信号通过降低成骨细胞内RhoA的活性，使成骨细胞分化标志物表达增强，促进了成骨细胞的分化；反向信号通过ephrinB2胞内区的PDZ结合模序和胞内含PDZ结构的蛋白质相互作用，抑制c-Fos-NFATc1，从而抑制破骨细胞的分化；其对骨稳态的调节表现为促进骨形成，抑制骨吸收。Irie[27]等研究发现在骨重建的起始阶段，EphA2-ephrinA2间的相互作用促进骨吸收，抑制骨形成。其中正向信号通过促进RhoA的活性，抑制成骨细胞的分化，反向信号通过上调磷脂酶Cγ2(phospholipase Cγ2，PLCγ2)的表达，促进破骨细胞的分化。此外，Kuroda等[28]研究表明，在骨形成末期，EphA4对成骨细胞及肥大软骨细胞均有重要作用。Allan等[29]发现，甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)可以使成骨细胞上的ephrinB2表达增加，从而以自分泌或旁分泌的形式影响成骨细胞上的ephrinB2或破骨细胞上的EphB4。同时抑制成骨细胞的IGF-1受体，可以拮抗PTH对ephrinB2表达的上调作用，提示IGF-1受体可以调节PTH对ephrinB2的作用[30]。

2.3 Eph-ephrin与胰岛素调节

胰岛β细胞通过对血糖水平的反应调节胰岛素的分泌，控制葡萄糖的体内平衡，从而间接参与骨稳态的调节。但其潜在的分子机制尚不明确。Konstantinova等[31]通过动物实验及细胞培养发现胰岛β细胞通过EphA-ephrinA调节胰岛素的分泌。EphA正向信号可以促进胰岛素分泌，ephrinA反向信号可以抑制胰岛素分泌。当血糖水平较低时，EphA正向信号占据优势，胰岛素分泌减少。葡萄糖可引起EphA受体去磷酸化，导致EphA正向信号的下调，此时ephrinA反向信号未受抑制。同时当葡萄糖水平较高时，反向信号占优势，胰岛素分泌增加。由于ephrinA配体主要存在于细胞膜上，EphA受体存在于细胞膜及胞内胰岛素分泌颗粒上，当胰岛素分泌时，细胞膜上EphA受体及EphA-ephrinA复合体的水平升高。因此产生了一个负反馈回路，即可以通过在血糖较低时升高EphA正向信号限制胰岛素分泌；及一个正反馈回路，即在血糖较高时通过升高的ephrinA水平促进胰岛素的分泌。

胰岛素是由胰岛β细胞根据血糖升高程度分泌的。更具体的说，葡萄糖是通过胰岛β细胞中的葡萄糖转运体转运的，同时葡萄糖的代谢可以提高ATP/ADP比率[32-34]。从而关闭ATP敏感的钾离子通道，导致细胞膜去极化以及电压门控钙离子通道的开启。汇集的钙离子最终引起胰岛素的分泌。生理性的胰岛素分泌还受到许多其他因素的影响，比如胰岛内胰岛β细胞间通信[35]。Konstantinova等[36，37]发现这种细胞间通信一部分通过EphA正向信号和ephrinA反向信号提高了葡萄糖兴奋后胰岛素分泌(GSIS)。他们一起参与了EphA-ephrinA双向信号转导通路[38-40]。

最近的研究表明Eph受体和ephrin配体之间的相互作用在体内多种进程中发挥关键作用，对成骨细胞和破骨细胞的分化有着十分重要的影响，导致骨吸收和骨形成发生偶联。这些发现表明，通过的Eph-ephrin双向信号转导进行针对性的干预，从而抑制破骨细胞的功能，促进成骨细胞的分化，可用于预防骨质疏松症，在不久的将来是一种很有前途的治疗方法。

3 小结

本文从糖尿病对成骨细胞和破骨细胞功能影响并进一步导致骨质疏松的原因，以及糖尿病骨质疏松与eph/ephrin信号通路关系等方面加以阐释。其中Eph-ephrin信号分子在糖尿病性骨质疏松症中的发生机制的研究刚刚起步，很多领域尚属空白。Eph-Ephrin介导的双向信号传递作为细胞间通讯领域中新近阐明的机制，也为研究糖尿病患者骨稳态及骨密度的变化提供了新的思路。

作者简介：王鹏(1989-)，男，河北人，硕士，主要从事糖尿病与牙种植方面的研究。

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