骨髓脂肪细胞分化转录调控与QCT骨密度体模软件检测方法
成都华西华科研究所研发生产定量CT QCT骨密度体模软件分析系统骨髓脂肪细胞分化转录调控与QCT骨密度体模软件检测方法
骨髄脂肪细胞由出生后髓腔中的基质千细胞分化而 来，并受一系列转录因子的调控。其中，研究最多的是过 氧化物稱体增殖物活化受体Y2(PPARy2>* CCAATT加 强f连接蛋白a(C/EBPa)。PPAR属配体活化转录因子 核受体超家族成员，由不同基因编码的3个亚型组成： PPARa、PPARS和PPARy。其中，PPARy最具脂肪组织 特异性，在许多脂肪细胞基因转录激活前被诱导，对于脂 肪细胞的分化起着歌要作用。PPARy2在脂肪细胞分化 的早期表达，并与CCAATT加强子连接蛋白a(C/EBPa) 协同阑卄脂肪细胞分化的一系列级联反应。C/EBP转录 因子家族成员（(：/£1^0、〇/£1^$、〇^:1^£«、〇^13^)虽非脂 肪细胞系特异性，但在脂肪生成过程中按一定的时序被 衣达，各具调控作用。前脂肪细胞经激索诱导后，细胞增 飱停止，C/EBPp和CVEBPS的表达短皙增加，此后， C/EBP转录激活伴随许多脂肪细胞特异性基因的表达，
PPARy的表达贝ij介于C/EBP0/S和C/£BPa表达之间。 研究表明，PPARy和C/EBP
(四）骨髓基质干细胞分化的调控因子及其 受体与骨质琉松症防治的药物靶点
已知多种牛.长因子家族和系统性激素调节骨髄基质 干细胞的分化，包括类固醇、转化生长因子0(的阳『〇1^- ing growth factor - (B，TGF - p)、骨形态发牛.蛋白（bone morphogenetic protein,BMP)、炎症细胞因子、性激索、生 长激聚（growth factor，GH>、甲状旁腺激素（parathyroid hormone, PTI丨）和甲状旁腺激素相关肽（parathyroid hormone re 丨 ated peptide, PTHrP) 、瘦素 （丨eptin) 等 。 这 峰 因子 介导#髄基质脂肪细胞和成骨细胞之间的细胞因子通汛 网络。如胰岛索、1 -甲基-3-异丁基-黄嘌呤UB- 1^)、糖皮质激素、生长激索、啤唑烷二酮（加&2〇丨丨£1丨11«1卜 〇nes，TZI))等可诱导脂肪细胞分化，而这一过程吋被白细 胞介素（丨L)- 1|3、维甲酸、TGF-P、肿瘤坏死W子-Stumor necrosis fac 丨 or - a ， TNFa) 所枯抗 。这 些因子 通常与 其相应受体结合而激活调控级联反应，其中，可调节骨髓 苺质干细胞分化的受体包括核激索受体过铖化物酶体增
續物活化受体（peroxisome proliferator activated recptors， PPARs)、糖皮质激素受体（g丨ucocoticoid receptor，GR)、雖 激素受体（estrogen receptor, ER )、雄激素受体（andrc^en receptor, AR )、维生素 D3 受体（vitamin Dj receptor, VDR)、跨膜激酶受体（骨形态发生蛋白受体/丝氨酸-苏 氨酸激酶、丨eptin受体/酩氨酸激酶）、G-蛋白偶联受体 (谷氨酸受体、中状旁腺激素受体）等〇这些受体蛋白可 作为药物调控#髄基质干细胞分化的靶分子，从而为骨 质疏松症防治药物靶点的设计提供^分子学基础。
1.系统性激素及其受体临床研究表明，高剂M糖 皮质激素可导致讶里减少；高剂里地塞米松和其他糖皮 质激素在体内、外均可剌激脂肪细胞分化，并提出骨铺脂 肪细胞数租的增加与体积的膨大，是激素诱导性骨质疏 松症的重要发病机制。其作用叫能与骨髄基质细胞GK 信号途径的激活有关。然而，类固醉激素体外诱导也可 促进人、犬付髄基质千细胞向成背细胞分化，如一定浓度 的地塞米松可诱导成胥细胞特异性基因碱性磷酸酶 (ALP〉、骨桥蛋白、骨钙索、核心蛋白多糖(decorin)、二聚 糖（biglycan)的表达，加人l，25(OH)2D;可加强地塞米松 的作用，并获得最大墩骨钙索和骨桥蛋白mRNA的表 达[|41。然而，1,25(OH)2D;对脂肪生成的作用仍存争 议，如单纯使用l，25(OH)2D3或合并地塞米松可剌激原 代培养的大鼠颅盖骨成骨细胞的脂肪生成；而同时使用 l,25(OH)2D3和糖皮质激素可拮抗大鼠骨髄基质细胞、 小鼠颅盏骨成骨细胞或骨髓基质细胞的脂肪生成115]。
雌激索具有骨生成增效剂和脂肪细胞生成拮抗剂的 作用《人骨髄脂肪细胞表达细胞色索酶P450和芳香酶， 可使血循环中的雄激索转化为雌酮或雌二醉，这样脂肪 细胞便充当局部雌激索的来源1可部分补偿雌激素的丢 失。有提出，外源性雌激素可使大鼠骨髓外脂肪细胞体 积减少、代谢活性降低，并推测骨髄基质细胞也可能呈现 相似的反应。因此，雌激素可能通过拮抗脂肪细胞生成、 维持成骨细胞表型的机制而发挥治疗#质疏松症等骨质 滅少性疾病的作用。
体内、外研究均证实，与PPARs、GR、ER、AR、VDR 结合的配体可调节#髄基质干细胞的脂肪生成和骨生 成。组织选抒性核激素受体配体如PPAR或GR拮抗 剂，在促进骨髓基质细胞成#性定型分化的同时阻止骨 髄脂肪细胞的生成。表明通过阻断核激索受体途径的药 物坷抑制脂肪细胞的生成。
生长发育过程中，GH可通过直接剌激软骨细胞和 成骨细胞的功能而促进骨生成，并对脂肪组织具有多方 面的影响，包括抑制脂肪细胞分化、减少甘油三脂聚集、 增加脂解作用等，从而减少脂肪含儇。GH还能直接调节 骨髄脂肪细胞的生成，如GH缺陷侏儒大鼠（dw/dw)#髄 胞肪细胞的数请增加5倍，细胞体积增加20%，当使用 GH处理后，骨髄脂肪细胞的数最和体积恢复至正常大 鼠的水平:~。临床上，使用GH治疗严重骨质减少的病 人，发现骨形成的生化指标、类骨质和成骨细胞表面均增 加，而骨髄脂昉细胞的数里和体积则明M减少。表明料髄脂肪细胞是GH直接作用的靶细胞前脂肪细胞 和成熟脂肪细胞均表达GH受体,GH可能直接通过K•受 体途径发挥其功能，有些作用则间接脔要胰岛素样生长 因子-1 (insulin like growth factor - 1，IGF - 1)的介
导【气甲状旁腺激素（FIH)和甲状旁腺激宋相关肽 (PTHrP)促进骨的合成代谢。成骨细胞和脂肪细胞谘系 均表达FTH/PTHrP的受体。在非人灵长类动物卵巢切 除模细中，PTH(1 -34)可增加骨M、坤强骨结构，在细 胞水苹上增加成骨细胞数最、减少脂肪细胞数世。PTH 通过促进新骨生成增加骨转换甲^ PTHrP缺陷小鼠呈 现成熟前#质疏松的表现，骨小梁体积喊少、#髄脂肪细 胞增加。体外研究表明，PTHrP通过改变PPAR蛋白 的磷酸化状态抑制基质细胞的脂肪生成，而且，通过甲状 旁腺瀲索受体的信号转导浠要G-蛋白的偶联119]。对 McCrnie-Albright综合征（纤维性骨炎）的研究发现，患 荇骨髓基质呈现异常的钌维发育不良，造血支持性基质 (包括脂肪细胞）不能形成，导致骨结构和骨M异常，该病 由刺激性G-蛋由（Gs>a亚单位的错义突变而导致1M]; 在进行性骨发育不良疾病（progressive osseous heteropla- sia,POH)也发现相同的G蛋白突变，而且这些病人的 皮下脂肪组织出现异位骨化[2n。Gs蛋甶a亚单位的反 义寡核苷酸序列可促进成纤维细胞向脂肪细胞的分化。 上述证据均表明，G-蛋A在基质千细胞的定型分化中 发挥重要的调控作用。另外，与G-蛋白偶联的谷氨酸 盐受体也参与骨髄箪质干细胞分化的调节，而与谷氨酸 盐受体相关的中枢神经系统功能却受到影响。骨髄基质 细胞和成骨细胞均表达谷氨酸盐受体，并具存谷氨酸盐 摄取、储存、释放所必笛的结构。在体外，谷袄酸盐增效 剂可调节基质十细胞的脂肪生成和骨生成:221。谷氨酸 盐信号转导途径在基质细胞分化中发挥旁分泌作用，谷 氨酸盐对其成骨细胞受体的活化有利于骨形成，命中枢 神经系统受体的活化吋能引发神经副作用。因此，FTH 和PTHrP能够通过促进卄生成、抑制脂肪细胞生成而防 治骨质疏松，与PTH/FTHrP受体信号转导相关的G-蛋 白和谷氨酸盐受体亦可作为调节骨《基质干细胞表型表 达的药物设计的靶分子，对于谷氨酸盐受体，車:要的是研 制不通过血脑屏障的制剂，即在促进骨生成的同时防止 中枢神经副作用的发生。
骨髓脂肪细胞分泌的瘦家（丨eptin),是一种活化骨髄 基质细胞跨膜酪在酸激酶受体的细胞W子。已知leptin 受体具有多种亚型，短片段缺乏长片段所具令的胞浆酪 氨酸瀲酶结构。通常认为，存在于下丘脑的丨eptin通过 其受体长片段形式发挥中枢调节食欲的作用，而存在于 外周的不同受体亚型对骨髄蓽质干细胞的作用尚不谄 楚。体外研究证实丨eptin在阻止讶髄基质十细胞向脂肪 细胞分化的同时促进其向成骨细胞分化。这与临床上发 现的肥胖疝儿童血淸丨eptin水平■升高、骨》增加一致„ 而体内研究则证实，leptin缺陷小鼠(ob/ob)和leptin受体 缺陷小鼠（db/db)均因leptin信号转导途径的阻断而导致
骨贵增加。将leptin注射于ob/ob小鼠脑室内，则导致骨 丢失，提示丨eptin通过中枢神经系统途径调节骨形成％1。 口 f见瘦索在成骨细胞水平发挥促进骨形成作用，而在中 枢神经系统则发挥促进骨丢失作用。闪此，与谷衩酸盐 途径相似，不通过血脑屏哮的丨eptin及其受体信号途径 也蚵作为背质疏松症防治的有效靶点。
2.局部因子及其受体在骨髄微环境（BMME)中， 多种前炎症细胞因子调节脂肪生成、骨吸收与骨重塑。 替如，巨噬细胞进系产生的TNFa和IL- 1是脂肪细胞 生成的拮抗剂。下NFa和丨L-1可通过NFicB通路抑制 PPARy的功能，进而促进背髄基质干细胞向成骨细胞分 化并抑制脂肪细胞分化:~。骨髄基质源性细胞则是受 体复合物中含冇gpl30蛋白的细胞因子的主要来源，包 括 1L-6、IL- 11、白血痛抑制因子（leukemia inhibitory factor, L1F〉、oncosta“n M 和 ciliary neurotrophic factor 等， 这些细胞因子可通过自分泌作用抑制骨髄基质十细胞的 脂肪生成，是存效的脂肪生成拮抗剂:251。体外条件下， TNFa、IL - 1、PGE2、FTH可刺激骨髄基质细胞衣达 比-6、比-11，进而促进破骨细胞的分化，促进骨吸收， 雌激素则部分拮抗这一作用[26、而且，前脂肪细胞、骨 髄基质细胞和颅#源性成骨细胞均表达含有gP130蛋白 的受体复合物，提示上述前炎痖细胞因子可能通过含有 gpl30蛋白的受体途径促进骨重建和抑制脂肪细胞生 成。因此，骨髄局部前炎症细胞因子共同参与构建#髄 微环境调的控网络，调控脂肪细胞生成、成骨细胞生成和 破骨细胞生成。
TGF-0超家族成员（TGF-p、BMPs)是强效的骨生 成增效剂。各种浓度的TGF-p均是脂肪生成的拮抗 剂；BMPs则呈现剂M依赖作用，低剂摄促进脂 肪细胞分化，而较高剂搿则呈现抑制作用[27]。而且，骨 髄前脂肪细胞和脂肪细胞均表达BMPs和TGF-p样细 胞闪子的受体。骨形态发生蛋白受体作为一种异二聚体 丝氣酸苏氨酸激酶，其I艰成分具有多种亚型。其中，结 构活性BMP IB受体的转染可促进骨髄基质干细胞分化 为成骨细胞，而BMP I A受体的转染则促使钟髄基质干 细胞向脂肪细胞分化。而R,将该受体的结构阴性形式 导人未定型分化的基质细胞，能可逆性调节其表型。截 断性BMP I A受体转染导致成背细胞生成，而截断性 BMP1B受体转染导致脂肪细胞生成:28)。因此，选择性 结合BMPI型受体亚型的配体可调节骨髄基质细胞谱 系的分化方向。
W此，作用于丄述膜受体蛋白的药物均可有效调节 骨髄基质干细胞分化和脂肪细胞的生成。对于骨质疏松 症防治药物靶点的设计，调节骨髓基质干细胞分化的治 疗药物还必须只存器官选择性，即选择性促进骨髄基质 干细胞向成骨细胞分化同时抑制向脂肪细胞分化，并对 #髄外脂肪组织或中枢神经系统无副作用的药物才是符 合临床要求的。成都华西华科研究所研发生产QCT定量CT骨密度体模软件分析系统
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