成都华西华科研究所分析瘦素与QCT骨密度软件体模检测方法

#质疏松症是一种全身性代谢性骨病，是目前世界 上发病率、死亡率及治疗费用较大的疾病之一。骨质疏 松的发生与渚多因索有关，是多种遗传基因、激家及细胞 因子共同作用的结果。随着我国人口的老龄化，#质疏 松及其并发症一背折的危险性日益增加。近十多年来，随若瘦索（leptin.LP)的发现及克隆，LP与骨质疏松 的相关性已成为许多学者研究的热点，同时可能为骨质 琉松的治疗提供新的、更为有效的方法。

瘦素与瘦素受体的分子生物学特性

1994年关闻学者Zhang等^[|]通过定位克隆技术首次发现了肥胖（ob)基因及其编码的肽类激索——瘦素。 此后，大鼠及人的ob基因也先后被成功地克降。研究发 现ob基因具有商度的保守性，小鼠、大鼠及人类具有 83%的同源性。ob基因位于大鼠第6号染色体，人类ob 基因位于第7号染色体(7q31.3),为一个单拷贝序列，全 长约20kb,含3个外显子及2个内含子，其编码区位于 2、3外M子。瘦素是ob基因的编码产物，是一种具有内 分泌作用的蛋白⁽²¹,主要由外周白色脂肪组织产生，骨髄 中的脂肪组织也可产生，其前体是由167个氨基酸组成 的蛋白质，在分泌人血前除去21个氨基酸的N-端信号 肽，形成由146个氨基酸组成的LP,其分子质里约为 16ku〇瘦素是通过瘦素受体（Leptin receptor, OB - R)而发 挥其生理作用的。人类的OB-R基因长为70ku,由20 个外显子及19个内含子组成，笫3和第4号外M子编码 信号序列，18号外显子编码跨膜结构，19和20号外M子 编码胞内结构区◊ OB-R臈于细胞激肽类I型受体，为 一跨腆结构，包括细胞外结构域、胯膜结构域及细胞内结 构域，根据细胞内片段分为长受体和短受体。短受体包 括 OB- Ra、OB - Rc、OB - Rd、OB - Re 和 OB - Rf，具有 信息转运的功能。长受体为OB-Rb，其结构中有一个由 304个氨基酸组成的细胞内位点，其主要的信号转导通 路是 JAK - STAT (just another kinase or Janus kinase- signal transducers and activators of transcription, JAK - STAT)途径。JAK是一类酪氨酸激酶，当瘦素与其受体 结合后，激活jAK瀲酶，JAK酪氨酸磷酸化后与磷酸化 受体结合，进一步使下游胞浆蛋白STAT磷酸化，而 STAT磷酸化后转人核内，识别并结合到启动子区瘦素 的活化序列或者相关序列，调控瘦素的基因转录^13]。 OB- R广泛存在于机体各组织中，包括下丘脑、脑皮质、 大脑、小脑、子宮体、卵巢、胰腺、肝脏、脾脏、肾脏、肾上 腺、心、肺、小肠及骨髄、肌肉、脂肪组织，提示瘦素在体内 可能参与多种代谢的调节。

在正常人群.瘦素的浓度受到各种因索的影响。首 先,瘦素的分泌有昼夜节律性变化和脉冲现象，瘦索午夜 至淸晨间达到M离峰，峰值和谷值相差50%〜80%。另 外，脂肪组织的含熳是瘦隶在体内水平的主要决定因素， 胰岛素也有调节瘦素浓度的作用。性别对瘦索水平有明 显的影响，女性是男性的2〜3倍。睡眠和体温也是瘦素 节律性变化的重要影响因索，而种族和年龄对瘦素水平 的影响不大。

 瘦素对骨代谢的影响

国内外对瘦索与肥胖的关系迸行了大里基础和临床 研究，证实瘦索可通过滅少食物摄人、增加能M消耗而影 响体重。近年来，国外研究发现，瘦素在骨骼代谢中起重要作用。

目前，骨质疏松症已成为严重危客人类健康的世界 性的公共卫生问题，但其病因至今尚未完全明确。近年 来人们开展了大最有关骨代谢机制的研究.为骨质疏松 的防治提供新的理论依据。其中，瘦素的发现使骨代谢 的研究取得了以下突破性的进展。

1.      瘦素对骨髄基质细胞分化的影响骨髓中的间 质具有多种功能，包括促进造血及成骨细胞的生成，骨髄 基质细胞（human bone marrow stromal cells，hBMSC) 2 - 12具有向成骨细胞或脂肪细胞分化的灌能。Thomas 等^[4]研究表明，这种细胞上有OB-R的mRNA及其蛋 白的表达，推测hBMSC2- 12可能是瘦素作用的靶细胞。 此研究还发现，瘦素不影响核心结合因子aUcore-bind­ing factoral ，cbfal) 及过氣化物梅体增殖活化受体 ^(per­oxisome proliferator activated receptor _ y2, PPAKY2 ) 的表 达，也不影响hBMSC2_12的增殖，但却呈剂里、时间依 赖性的提高r碱性磷酸酶（ALP)、I型胶原及骨钙家 (OC)的mRNA与蛋白质水平，并使长期培养的hBMSC2 -12的矿化基质增加了 59%。同时，瘦索可使脂肪细胞 分化的早期标忐物-脂蛋白脂肪酶（LPL)的mKNA水平 呈剂ft依赖性的增加，相反却降低了 adipsin(脂肪组织特 异性蛋白酶，由脂肪组织和坐骨神经产生）与瘦素的 mRNA水平，脂滴的形成也降低了 50%,说明瘦素使脂肪 细胞成熟水平下降，因而认为瘦素可直接作用于人的骨 髄基质细胞，促使其向成骨细胞分化，抑制其向脂肪细胞 分化。

瘦索对成骨细胞的影响1^^丨抓<1等^[5]首次证实 了瘦素及其受体在原代培养的正常人类成竹细胞（hOBs) 的表达，另外还发现瘦素仅仅在hOBs的矿化和（或）骨细 胞转换期检测到，而不能在骨基质成熟期检测到。并且 M示瘦索可使进人矿化期的成#细胞的矿化结节数目明 显增加。说明瘦索在成骨细胞的牛长及矿化过程起重要 作用。Steppan等对缺乏瘦索的、肥胖的ob/ob小鼠研 究表明，瘦索能明&增加小鼠的股骨长度、总骨面积、骨 矿含M(bone mineral content，BMC)和骨密度（bone min­eral d_enSity，BMD),说明骨贵的增加是小梁骨及皮质骨骨 馕共同增加的结果。最近，Lee等^[7]证实成骨细胞可表 达功能性OB- R,通过jAK - STAT途径激活信号转导 通路Gordeladze等^[81直接在体外培养的人髂脊成骨细 胞加人瘦素，结果发现瘦素可剌激成骨细胞的增殖、分化 与矿化，抑制细胞的凋亡而延长原代培养的人成骨细胞 的寿命，并促使成骨细胞转化为骨细胞。

3.      瘦素对破骨细胞的彩响 Holloway等^19]报道，在 人巨嚷细胞集落刺激因子（human macrophage colony - stimulating factor,hM _ CSP)及人可溶性细胞核因子 受体活化因子配体（soluble receptor activator of NF- kap- paB ligand ,_SRANKL)存在条件下，瘦素能抑制体外培养 的人外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells， PBMCs)及孵化的鼠牌细胞产生破骨细胞，这种抑制作用 在细胞培养的第一周内（共3周）最为明显。可是，当培养基中非附壁细胞被洗去或使用纯化的CD14 ‘单核细 胞来产生破骨细胞时，这种抑制作用消失，说明这种抑制 作用是间接的或是通过CD14* -PBMC介导的。另外， 瘦索能增加PBMC上伢保护索（OPG〉的mRNA及其蛋 白的表达，而不增加CI)lV h的OPG的表达，表明瘦索 这种抑制破骨细胞的作用可能是通过RANKL/RANK/ OPG系统调节的。

4.瘦素对骨代谢的中枢调节作用己经证明，在瘦 素缺乏的ob/ob小鼠及瘦索受体缺乏的db/db小鼠的模 型中，其骨形成正如其他自身稳定功能一样，是受全身调 节的。Ducy等¹发现，在对瘦索缺乏的肥胖ob/ob小鼠 及缺乏瘦素受体的db/db小鼠的研究发现，这些动物M 然存在性腺功能低下及皮质醉增多等骨质疏松的秘患因 素.然而，其骨最却高过野生性小鼠2〜3倍，具有高骨 燉.且独立于体甫的影申。瘦素对骨形成的抑制作用是 通过减弱成骨细胞的功能实现的，而与成骨细胞的增殖、 分化及破针细胞的功能、分化尤关。这说明搜索对骨的 作用是通过影响分化完全的成伢细胞。m他们却没有发 现在ob/ob小鼠的成骨细胞上有瘦素受体的衣达，且体外 培奍的db/db小鼠成骨细胞的表型与野生型相间，囚而 认为瘦家不直接作用于#细胞。给必/油小鼠脑室内 (intracercbroventricular，ICV〉注射瘦索时，其骨密度下降， 而此时血循环中并未检测到瘦素，且外周输沈瘦素时不 出现以上改变，这表明瘦素具有强烈的抑制付形成的作 用，且这种作用是通过中枢神经系统介导的。另外，还发 现缺乏瘐家信号的大鼠同样具有高骨甩的表型。在全身 性脂肪代谢障碍的患者，几乎完全缺乏脂肪及白色脂肪 垫，也显示骨硬化（骨形成增加）及骨生长加速瘦索对其基因突变的ob/ob小鼠及非基因突变而因 饮食过潑引起的肥胖小鼠具有显著的敁肥效成。山此激: 发的对瘦家作用机制的研究发现瘦素作用的中枢通路： 体重增加时瘦素分泌增加，作用于下丘脑原阿片黑皮素 (pro - opiomelanocortin，POMC)系统，使下丘脑 a 促黑 激素（a - melanocyte - stimulating hormone，a - MSH)合成 增加，a- MSH作用于黑色家皮质激素4受体（mdanocor- tin 4 receptor,MC-4R)引起一系列对肥胖的反应，包括 摄食减少，释放增加，交感神经功能增强，脂肪消耗；相 反，若机体处于饥饿或消瘦状态，瘦素分泌减少，作用于 下丘脑，使神经肽Y(NPY)堵加，通过Y5受体引起摄食 增加，副交感神经功能增加，耗能滅少，脂肪容里恢 复"²¹。这些结果提示：体茧的增减可通过瘦家的变化间 接影响骨M。

已发现性腺功能袞竭可促发或加茧骨质疏松，而肥 胖吋防止骨《丢失。瘦素可能是调节性腺功能、体审及 #M之间关系的《子^[|31。有研究发现，瘦索可增加下丘 脑促性腺激素释放激素（gonadotrophin re丨easing hormone, GnRH)的释放，从而控制卵巢周期与雌激索的产生，由此 间接调节钟生长^[~。Fareoqi等^hsl发现，MC-4R失活 突变的患者存在肥胖及高骨设，由此进一步支持"骨重建 受瘦素中枢机制调节”的理论。

5.瘦索通过交感神经系统对#代谢的渊节Takeda 等¹¹⁶ 对多巴胺 p -经化解（dopamine - P - hydroxylase, DBH)缺陷的突变型小鼠的研究显示：这种小鼠具有高骨 里，巨在切除其贤上腺髄质后，这种情况依然存在，提示 钟代谢存在一种神经调节机制。瘦素缺乏导致交感神经 张力降低，而去除肾上腺能信号传导途径可导致瘦索抵 抗性高骨t。瘦素对成骨细胞增殖的调节作用是由成骨 细胞上的晬肾上腺素能受体所介导，P锊上腺索能激动 剂可降低瘦素缺乏的小鼠及野生型小鼠的#里，而尽肾 上腺素能阻滞剂可提高野生铟及去卵巢小鼠的骨里，且 这种效应独立于体里的影响存在。

(三）瘦素和骨质疏松

尽管瘦素的作用在小鼠的研究中简荜明了，但在人 类骨审建中的作用尚未完全明确。体重与骨最呈正相 关，因此，肥胖者与非肥胖者相比.骨质疏松发生的频率 较低。瘦素通过中枢神经系统的作用抑制骨形成，并通 过对骨髄基质细胞的宵接作用剌激骨形成。而中枢与外 周作用的最终结果取决于血浆瘦索水平及血脑屏味通透 率。有研究证实^[P]，由于肥胖的进展，血浆瘦家水平升 商，而中枢神经系统的瘦素水平因为血脑屏障通透率的 紱少而下降。这似乎与Takeda等¹的研究结采相矛 盾，因为瘦素的分泌与脂肪M是成比例的，然而，肥胖与 瘦素抵抗的发生相关，这就可以解释以上结果。在人类， 有报道血淸瘦素与骨（矿）密度（bone minera丨density， BMD)成正相关。卜₈₁«^_〇等^^;报道，绝经前妇女其血淸 瘦索水平与骨盆骨密度呈弱相关。Odabasi^ m也证实 了绝经后背质疏松的妇女血淸瘦索与脊柱骨密度弱相 关。Sato^[M]等分析了 22丨例成年男性，在校正了体重指 数(body mass index, BM丨）后，其骨密度与血淸瘦素呈负 相关。Blum等茇规绝经前妇女，在体琯恒定时，总骨密 度与体脂及瘦素也呈负相关；在体脂恒定时，瘦素仍与骨 密度呈负相关。但Rauch等¹²²¹通过横断面交叉设计研 究发现，无论是绝经前还是绝经后妇女，在校正BMI的 或后，其桡骨远端的背密度均与血淸瘦素无明M相关。 同样，Martini等^[231证实，在123名健康的绝经后妇女血 淸瘦索与骨密度亦无关。发现在老年人 中，无论男女，其腰椎及股骨颈的骨密度与血浆瘦素浓度 呈正相关，但在校正了 BMI后，这种显著性相关消失。 国内也曾有报道骨质疏松症患者的血淸瘦素浓度低 于非骨质疏松者。Farooqi等¹²⁴¹对1名瘦素缺乏的9岁 女孩.用瘦素长期治疗后，骨童增加，同时体重减轻。考 虑到这位小病人年龄的关系，其骨骼在成长过程中对骨 量的影响，尚不能对瘦素的作用得出肯定的结论。Simha 等对1名腊肪营养障碍的妇女用瘦素皮下治疗后，未 发现其对骨密度有明显的影响。这些结果混淆了血消瘦 素对甘里影响的一些解释，但可能与选择的病例不同有 关，因而需要更多的临床研究，来彻底阐明瘦素在体内通 过外Ml及中枢途径对人类骨转换全方位的作用。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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