整合素与骨重建
作者：柯俐 陈璐璐
单位：430022 武汉协和医院内分泌科
关键词：
中国骨质疏松杂志990127 从胚胎期到整个一生中，骨形成和骨吸收周而复始，交替进行，这个过程称为骨重建(bone remodeling),它由成骨细胞(OB)和破骨细胞(OC)共同完成。在正常成年人，骨吸收和骨形成处于动态平衡。一旦平衡被破坏，就会导致骨质疏松症等骨病。骨重建的机制十分复杂，目前还不甚明确，但至少部分与整合素(integrin)有关。
1 整合素
1.1 结构：整合素是位于细胞表面、由一个α亚单位和一个β亚单位共价结合构成的异二聚体跨膜糖蛋白超家族。至少15种α亚单位和9种β亚单位经不同组合产生二十多种整合素，不同类型的细胞可选择性表达某些整合素而改变其粘附特性。α、β亚单位都由较长的胞外区、单个跨膜区和通常较短的胞内区三部分组成。胞外区能与细胞外基质(ECM)大分子结合，使细胞粘附于ECM；胞内区则与细胞骨架相互作用，将细胞骨架锚锭于胞膜，藉此介导细胞与ECM之间的双向信号传递。一种整合素可以结合一种以上的配体，一种配体也能识别一种以上的整合素。最先被确认的结合位点是纤连蛋白(FN)、玻连蛋白(VN)等分子中的Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列，此三肽序列能被α5β1、αⅡbβ3、及多种αvβ整合素识别。αⅡbβ3还能识别纤维蛋白原的KQAGDV序列，α2β1还能结合I型胶原的DGEA序列。另外，α、β亚单位都有二价离子结合区，二价离子是整合素行使功能所必需的，它使得αβ异二聚体稳固[1]。
, 百拇医药
1.2 作用：整合素的基本作用是介导粘附，因而参与胚胎发展、肿瘤细胞生长和转移、程序性细胞死亡、止血、骨吸收以及细胞对机械压力的反应等多种生理、病理过程，还可以调节特异性基因的表达[2]。研究发现整合素只有被其他因子激活后才能发挥强大的粘附作用，这些因子可以是可溶性调节物(激素、细胞因子等)，也可以是固相反应物(ECM或其他细胞)[1]。整合素的信号传递途径尚未完全明了，但已有研究表明局部粘附激酶(FAK)和原癌基因产物c-src在其中扮演了中心角色。整合素激活后最早检测到的反应是蛋白磷酸化，酪氨酸激酶和丝氨酸/苏氨酸激酶家族在蛋白磷酸化中起了重要作用；整合素激活后还可以触发胞内Ca++浓度和 pH值升高，并产生大量磷脂代谢产物，从而将信息传递下去[2]。
2 整合素和骨吸收
2.1 骨吸收过程：大量研究已表明，OC来源于造血干细胞单核-巨噬系。当骨组织的某处在一特定时间需重建时，OC前体细胞经血管系统迁移并粘附于吸收部位的矿化骨基质上，融合成多核巨细胞，并发生极化：与骨相对的膜形成皱褶缘(ruffled border)，远离骨表面的膜则称为基侧膜(basolateral membrane),皱褶缘与骨表面之间的区域则称缝合区(sealing zone)。缝合区即电镜下所见的清亮区(clear zone)，它与骨表面紧密接触构成有利于骨吸收的密闭腔隙，经皱褶缘排出的酸、溶酶体酶、酸性蛋白酶在腔隙中积累以降解骨基质。骨吸收完成时，骨表面形成吸收陷窝。
, http://www.100md.com
2.2 OC表面的整合素：不同种属OC的整合素不完全相同，用不同方法检测同一种属OC的整合素也不完全一致。大量研究表明人类OC表达αvβ3、αvβ1、α3β1、α5β1，并认为αvβ3是OC识别骨基质蛋白的主要整合素，而骨桥蛋白(OPN)、骨涎蛋白(BSP)是介导OC粘附于骨的主要基质蛋白。OC前体则主要表达αvβ5，它介导OC前体与骨基质的粘附，这是OC分化的基础。在分化过程中αvβ3逐渐代替αvβ5成为成熟OC上的优势整合素。大鼠OC主要有αvβ3和α2β1，鸟OC则表达丰富的αvβ3、β1[1]。
, http://www.100md.com
2.3 整合素与骨吸收：αvβ3的抗体或含RGD的肽类在体内、外均可抑制骨吸收，提示整合素是骨吸收的必要因子，但它在骨吸收中的确切作用尚不十分清楚。
首先整合素可能参与了OC前体细胞的迁移。后者在受到适宜刺激时，粘附于血管壁内皮细胞，然后渗出到骨组织分化为成熟OC。Formigli等观察到介导这一粘附的是α5β1、αvβ1与FN的结合[3]。Colucci亦发现OC样细胞人巨细胞瘤细胞GCT虽能以非整合素依赖的方式粘附到血管基底层的层粘蛋白LN-2上，从而促进OC前体迁移，但GCT与LN-2的结合能引起非特异性FN分泌和β1在局部的丛集，FN与β1结合后有助于细胞的有效迁移[4]。该结果进一步提示了整合素在OC迁移中的重要作用。
目前的研究热点是整合素在OC与骨基质粘附中的作用，这是OC极化并完成骨吸收的必要条件。Ross等研究证明，骨吸收依赖于OPN和/或BSP与αvβ3的相互作用，而胶原虽然是构成基质的主要蛋白质，而且也有RGD序列，但它似乎并未在OC介导的骨吸收中发挥作用[5]。Chenu等观察到骨钙素(BGP)以不依赖GRD的方式促进OC粘附，同时OC合成并分泌BSP、FN、OPN，使得β1、β3亚单位群集，然后才以RGD依赖的方式促进OC极化和骨吸收[6]。
, http://www.100md.com
由于组织制备技术和所用的免疫细胞化学方法不同，对于αvβ3是否存在于清亮区有争议，所以对αvβ3作用的诠释也有分歧。Lakkakorpi等发现αvβ3介导的是静息相和迁移相OC与骨的接触，但在吸收相OC，αvβ3不存在于清亮区，而存在于基侧膜和皱褶缘，因而认为αvβ3可能借改变信号传导途径来调整OC行为，而不是直接通过粘附实现[7]。V
n
nen等也认为缝合区的间隙不足10nm，太狭小而使整合素难以发挥作用[8]，但Nakamura等用针对αv、β3胞内区的抗体证实了αvβ3存在于清亮区，只不过不及基侧膜和皱褶缘丰富。而且用GRGDS肽处理后的OC能粘附于骨，却不能形成界限清楚的清亮区和皱褶缘，表明二者的发生和随后的骨吸收都离不开整合素-RGD相互作用[9]。
, http://www.100md.com
整合素还可能影响OB和OC的相互作用。OB既能调节前体OC的分化，又能调节OC功能。这除了与OB产生的生长因子有关外，还必须由细胞-细胞接触来实现。Yamate等报道OPN能加强这两种细胞的粘附，该作用可以被含RGD的肽抑制，表明整合素与该事件相关联[10]。
2.4 作用机制：整合素的α、β链胞内区都很短，缺乏激酶活性或与G蛋白作用的典型结构域，但它们含有酪氨酸残基，如果磷酸化就可成为SH2结合区，而src有SH2、SH3结构域，因此整合素能通过src传递信息。OC表面存在着丰富的原癌基因产物pp60c-src，src基因缺陷的鼠OC不能形成皱褶缘，提示src可能参与了整合素介导的骨吸收。Berry等用免疫荧光染色证实OC表面有高水平的pp60c-src结合蛋白FAK，而FAK的激活是由细胞和ECM相互作用所触发的细胞内信号途径中早期重要的一步[11]。
, http://www.100md.com
另一方面，Hruska等曾报道OPN与αvβ3结合后，磷酸肌醇的磷酸化产物增多，导致胞内Ca++浓度改变，通过细胞骨架重排刺激骨吸收。该产物增多是磷酸肌醇3-羟激酶(PtdIns3-OH激酶)活化所致。FAK和c-src可能是整合素和PtdIns3-OH 激酶之间的作用环节[12]。
整合素的作用还与Ca++有关。Zimolo等研究发现αvβ3与其配体的结合触发胞内Ca++浓度升高，该作用只能由αvβ3的配体产生，而不能由其他ECM蛋白如胶原、层粘蛋白产生。[Ca++]升高对皱褶缘膜蛋白运输及蛋白酶的靶向分泌起调节作用，升高的机制与1，4，5三磷酸肌醇或cADP核糖有关[13]。
此外，细胞外Ca++能降低OPN与αvβ3的亲和力，从而抑制OC粘附到ECM。其机制可能有两点：①Ca++与含RGD的肽竞争结合β3亚单位的同一结构域；②Ca++与OPN上Ca++结合位点结合，改变OPN构象，隐蔽其RGD序列。该现象有很大意义，因为OC吸收骨质时释钙，微环境中[Ca++]上升，从而抑制OPN与αvβ3结合，导致骨吸收活动的终止[14]。
, 百拇医药
2.5 OC整合素基因的表达及调控：现已证实OC有αvβ3mRNA表达，而且通过人OC cDNA文库已成功克隆了αv、β3基因。最近鸟β3基因的启动子也已克隆，它含有VitD反应元件(VDRE)，因而其转录能被1，25(OH)2D3调节。许多研究发现，1，25(OH)2D3能提高OC前体αvβ3mRNA水平及蛋白水平，增加αvβ3含量[15]，该作用能被雌激素加强。视黄醛酸也促进β3转录而增加αvβ3表达，但对αv基因无影响。
许多细胞因子也可调节αvβ3的表达。Kitazawa等发现IL-6、TNF-2、GM-CSF均能促进β3表达；IL-4对αvmRNA无影响，但能提高β3mRNA水平，并促进αvβ3与VN结合，但不改变αvβ3与FN的粘附；IL-1、IL-3、TNF-γ、hTGF-β2则无此作用[16]。
, 百拇医药
3 整合素和骨形成
3.1 骨形成：骨吸收完成后，间充质来源的OB在陷窝表面相继出现，并增殖、分化、合成骨基质。随后羟磷酸盐沉积，骨基质发生矿化。骨形成完成后OB被类骨质包埋，成为分化终末的骨细胞。
3.2 OB上整合素的分布：正常人骨组织表达α3β1、α4β1、α5β1、αvβ3，而体外培养的人OB则表达α1β1、α2β1、α3β1、α4β1、α5β1、αvβ3、αvβ5仅在培养中出现，而不见于原位[17]。胎鼠颅骨及处于各分化阶段的培养OB均表达α5β1、α3β1、α8β1、αvβ5、α5β1在整个分化阶段较为恒定，α3β1、α8β1却在矿化时期水平下降[20]。
, 百拇医药
3.3 整合素与骨形成：人们早已发现GRGDSPK肽能抑制骨形成，提示骨形成和整合素有关，但对二者关系的研究不够广泛和深入。目前已发现胶原和FN对OB分化有重大影响，很可能通过整合素来实现。Lynch等首先观察到Ⅰ型胶原与整合素的相互作用使OB在增殖期高表达的FN、αvβ1、actin下调，而在增殖后期高表达的BGP、OPN提前表达且水平升高，同时ALP活性增高但其mRNA水平下降并且矿化加速。但信号如何从ECM传至细胞骨架然后到核来影响分化相关基因的表达，其确切机制还需进一步研究[18]。Takeuchi等则发现整合素参与了TGF-β对OB的作用。TGF-β能刺激基质蛋白包括I型胶原、FN的合成，从而促进骨形成；另一方面也抑制OB表达ALP、BGP。而在TGF-β刺激下合成的I型胶原以其DGEA结构域与OB表面α2β1结合，能下调TGF-β受体，从而逃逸TGF-β对OB分化的抑制作用，使ALP水平升高，而基质合成受抑[19]。Moursi等认为，与胶原不同，FN以其中央细胞结合区(含RGD序列)与OB上α5β1的结合能促进ALP、BGP的表达，并为骨小结的形成提供必需的调节信号。FN还借与整合素的相互作用增强TGF-β家族的表达以影响OB分化[20]。
, 百拇医药
整合素还参与骨基质矿化。Ganta等曾报道，减少培养液中VitC的浓度，会使胶原纤维结构异常，不能被OB整合素识别，整合素因而下调，细胞粘附力下降，而OB与ECM的粘附是骨形成的必要条件，所以最终导致矿化障碍[21]。糖皮质激素也能通过降低β1mRNA水平抑制OB与ECM的粘附，并经整合素触发的第二信使改变OB形态及骨组织结构，最终抑制骨形成，提示整合素在糖皮质激素诱导的骨质疏松症中起作用[22]。
4 应用展望
随着对整合素与ECM间分子作用机制研究的深入，人们有可能设计出新型药物治疗代谢性骨病。含RGD序列的蝰蛇毒素抑制骨吸收的作用使其成为治疗几种代谢性骨病的候选药物，它能用于治疗骨质疏松症及相关疾病，对抗皮质激素诱导的骨丢失，还能抑制骨转移癌的生长及相关骨丢失。另一种小分子量、非生物降解的RGD类似物SC56631预防骨质疏松症αvβ3的作用与雌激素一样有效。而单抗10C4.1.3能识别人类OC上的独特抗原决定簇，这种特异性使其有望成为副作用小、效果显著的抗骨吸收药物。另一方面，因为FAK和c-src在整合素介导的骨吸收中起重要作用，抑制它们基因表达和磷酸化的药物可能成为治疗骨丢失的新途径。整合素在骨形成中的作用也有助于研制出增加骨量、对抗骨丢失的新措施，这些都有待于进一步深入研究。
, 百拇医药
参考文献
1 Rodan SB, Rodan GA. Integrin function in osteoclasts. J Endocrinol, 1997,154:s47.
2 Clark EA, Brugge JS. Integrin and signal transduction pathways:the road taken. Science， 1995,268:233.
3 Formigli L, Orlandini SZ,Benvenuti S, et al. In vitro structral and functional relationships between preosteoclastic and bone endothelial cells:a juxtacrine model for migration and adhesion of osteoclast precursors. J Cell Physiol, 1995, 162:199.
, 百拇医药
4 Colucci S, Glannell G,Grano M,et al. Human osteoclast-like cells selectively recognize laminin isoforms, an event that induces migration and activates Ca++ mediated signals. J Cell Sci, 1996, 109:1527.
5 Ross FP, Chappel J,Alvarez JL, et al. Interactions between the bone matrix proteins osteopontin and bone sialoprotein and the osteoclast integrin αvβ3 potentiate bone resorption. J Biol Chem, 1993, 268:9901.
, http://www.100md.com
6 Chenu C, Colucci S, Grano M, et al. Osteocalcin induces chemotaxis, secretion of matrix proteins, and calcium-mediated intracellular signaling in human osteoclast-like cells. J Cell Biol, 1994, 127:1149.
7 Lakkakorpi PT, Helfrich MH, Horton MA, et al. Spatial organization of microfilaments and vitronectin receptor, αvβ3, in osteoclasts. J Cell Sci, 1993, 104:663.
8 V
n
nen HK, Horton M.The osteoclast clear zone is a specialized cell-extracellular matrix adhesion structure. J Cell Sci, 1995, 108:2729.
, http://www.100md.com
9 Nakamura I, Gailit J, Sasaki T.Osteoclast integrin αvβ3 is present in the clear zone and contributes to cellular polarization. Cell Tissue Res, 1996, 286:507.
10 Yamate T,Mocharla H,Taguchi Y, et al. Osteopontin expression by osteoclast and osteoblast progenitors in the murine bone marrow:demonstration of its requirement for osteoclastogenesis and its increase after ovariectomy. Endocrinology, 1997, 138:3047.
, http://www.100md.com
11 Berry V,Rathod H, Pulman LB, et al. Immunofluorescent evidence for the abundance of focal adhesion kinase in the human and avian osteoclasts and its down regulation by calcitonin. J Endocrinol, 1994, 141:R11.
12 Hruska KA, Rolnick F,Huskey M, et al. Engagement of the osteoclast integrin αvβ3 by osteopontin stimulates phosphatidylinositol 3-hydroxyl kinase activity. Endocrinology, 1995, 136:2984.
13 Zimolo Z,Wcsolowski G, Tanaka H, et al. Soluble αvβ3-integrin ligand raise [Ca++]i in rat osteoclasts and mouse-derived osteoclast-like cells. Am J Physiol, 1994, 266:c376.
, 百拇医药
14 Hu DD, Hoyer JR, Smith JW. Ca++ suppresses cell adhesion to osteopontin by attenuating binding affinity for integrin αvβ3. J Biol Chem, 1995, 270:9917.
15 Mimura H, Cao X,Ross FP, et al. 1,25-Dihydroxyvitamin D3 transcriptionally activates the β3-integrin subunit gene in avian osteoclast precursors. Endocrinology, 1994, 134:1061.
16 Kitazawa S, Ross FP,Mchugh K, et al. Interleukin-4 induces expression of the integrin αvβ3 via transactivation of the β3 gene. J Biol Chem, 1995,270:4115.
, 百拇医药
17 Moursi AM, Gobus RK, Damsky CH. Interactions between integrin receptors and fibronectin are required for calvarial osteoblast differentiation in vitro. J Cell Sci, 1997, 110:2187.
18 Lynch MP, Stein JL, Stein GS, et al. The influence of type I collagen on the development and maintenance of the osteoblast phenotype in primary and passaged rat calvarial osteoblast:modification of expression of genes supporting cell growth, adhesion, and extracellular matrix mineralization. Exp Cell Res, 1995, 216:35.
, 百拇医药
19 Takeuchi Y, Nakayama K, Matsumoto T. Differentiation and cell surface expression of transforming growth factor -β receptors are regulated by interaction with matrix collagen in murine osteoblastic cells. J Biol Chem, 1996, 271:3938.
20 Moursi AM, Damsky CH,Cull J, et al. Fibronectin regulates calvarial osteoblast differentiation. J Cell Sci, 1996, 109:1369.
21 Ganta DR, Mccarthy M,Gronowicz GA. Ascorbic acid alters collagen integrins in bone culture. Endocrinology, 1997, 138:3606.
22 Doherty WJ, Derome ME, Mccarthy MB, et al. The effect of glucocorticoids on osteoblast function. J Bone Joint Surg Am, 1995, 77:396., http://www.100md.com
单位：430022 武汉协和医院内分泌科
关键词：
中国骨质疏松杂志990127 从胚胎期到整个一生中，骨形成和骨吸收周而复始，交替进行，这个过程称为骨重建(bone remodeling),它由成骨细胞(OB)和破骨细胞(OC)共同完成。在正常成年人，骨吸收和骨形成处于动态平衡。一旦平衡被破坏，就会导致骨质疏松症等骨病。骨重建的机制十分复杂，目前还不甚明确，但至少部分与整合素(integrin)有关。
1 整合素
1.1 结构：整合素是位于细胞表面、由一个α亚单位和一个β亚单位共价结合构成的异二聚体跨膜糖蛋白超家族。至少15种α亚单位和9种β亚单位经不同组合产生二十多种整合素，不同类型的细胞可选择性表达某些整合素而改变其粘附特性。α、β亚单位都由较长的胞外区、单个跨膜区和通常较短的胞内区三部分组成。胞外区能与细胞外基质(ECM)大分子结合，使细胞粘附于ECM；胞内区则与细胞骨架相互作用，将细胞骨架锚锭于胞膜，藉此介导细胞与ECM之间的双向信号传递。一种整合素可以结合一种以上的配体，一种配体也能识别一种以上的整合素。最先被确认的结合位点是纤连蛋白(FN)、玻连蛋白(VN)等分子中的Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列，此三肽序列能被α5β1、αⅡbβ3、及多种αvβ整合素识别。αⅡbβ3还能识别纤维蛋白原的KQAGDV序列，α2β1还能结合I型胶原的DGEA序列。另外，α、β亚单位都有二价离子结合区，二价离子是整合素行使功能所必需的，它使得αβ异二聚体稳固[1]。
, 百拇医药
1.2 作用：整合素的基本作用是介导粘附，因而参与胚胎发展、肿瘤细胞生长和转移、程序性细胞死亡、止血、骨吸收以及细胞对机械压力的反应等多种生理、病理过程，还可以调节特异性基因的表达[2]。研究发现整合素只有被其他因子激活后才能发挥强大的粘附作用，这些因子可以是可溶性调节物(激素、细胞因子等)，也可以是固相反应物(ECM或其他细胞)[1]。整合素的信号传递途径尚未完全明了，但已有研究表明局部粘附激酶(FAK)和原癌基因产物c-src在其中扮演了中心角色。整合素激活后最早检测到的反应是蛋白磷酸化，酪氨酸激酶和丝氨酸/苏氨酸激酶家族在蛋白磷酸化中起了重要作用；整合素激活后还可以触发胞内Ca++浓度和 pH值升高，并产生大量磷脂代谢产物，从而将信息传递下去[2]。
2 整合素和骨吸收
2.1 骨吸收过程：大量研究已表明，OC来源于造血干细胞单核-巨噬系。当骨组织的某处在一特定时间需重建时，OC前体细胞经血管系统迁移并粘附于吸收部位的矿化骨基质上，融合成多核巨细胞，并发生极化：与骨相对的膜形成皱褶缘(ruffled border)，远离骨表面的膜则称为基侧膜(basolateral membrane),皱褶缘与骨表面之间的区域则称缝合区(sealing zone)。缝合区即电镜下所见的清亮区(clear zone)，它与骨表面紧密接触构成有利于骨吸收的密闭腔隙，经皱褶缘排出的酸、溶酶体酶、酸性蛋白酶在腔隙中积累以降解骨基质。骨吸收完成时，骨表面形成吸收陷窝。
, http://www.100md.com
2.2 OC表面的整合素：不同种属OC的整合素不完全相同，用不同方法检测同一种属OC的整合素也不完全一致。大量研究表明人类OC表达αvβ3、αvβ1、α3β1、α5β1，并认为αvβ3是OC识别骨基质蛋白的主要整合素，而骨桥蛋白(OPN)、骨涎蛋白(BSP)是介导OC粘附于骨的主要基质蛋白。OC前体则主要表达αvβ5，它介导OC前体与骨基质的粘附，这是OC分化的基础。在分化过程中αvβ3逐渐代替αvβ5成为成熟OC上的优势整合素。大鼠OC主要有αvβ3和α2β1，鸟OC则表达丰富的αvβ3、β1[1]。
, http://www.100md.com
2.3 整合素与骨吸收：αvβ3的抗体或含RGD的肽类在体内、外均可抑制骨吸收，提示整合素是骨吸收的必要因子，但它在骨吸收中的确切作用尚不十分清楚。
首先整合素可能参与了OC前体细胞的迁移。后者在受到适宜刺激时，粘附于血管壁内皮细胞，然后渗出到骨组织分化为成熟OC。Formigli等观察到介导这一粘附的是α5β1、αvβ1与FN的结合[3]。Colucci亦发现OC样细胞人巨细胞瘤细胞GCT虽能以非整合素依赖的方式粘附到血管基底层的层粘蛋白LN-2上，从而促进OC前体迁移，但GCT与LN-2的结合能引起非特异性FN分泌和β1在局部的丛集，FN与β1结合后有助于细胞的有效迁移[4]。该结果进一步提示了整合素在OC迁移中的重要作用。
目前的研究热点是整合素在OC与骨基质粘附中的作用，这是OC极化并完成骨吸收的必要条件。Ross等研究证明，骨吸收依赖于OPN和/或BSP与αvβ3的相互作用，而胶原虽然是构成基质的主要蛋白质，而且也有RGD序列，但它似乎并未在OC介导的骨吸收中发挥作用[5]。Chenu等观察到骨钙素(BGP)以不依赖GRD的方式促进OC粘附，同时OC合成并分泌BSP、FN、OPN，使得β1、β3亚单位群集，然后才以RGD依赖的方式促进OC极化和骨吸收[6]。
, http://www.100md.com
由于组织制备技术和所用的免疫细胞化学方法不同，对于αvβ3是否存在于清亮区有争议，所以对αvβ3作用的诠释也有分歧。Lakkakorpi等发现αvβ3介导的是静息相和迁移相OC与骨的接触，但在吸收相OC，αvβ3不存在于清亮区，而存在于基侧膜和皱褶缘，因而认为αvβ3可能借改变信号传导途径来调整OC行为，而不是直接通过粘附实现[7]。V
nnen等也认为缝合区的间隙不足10nm，太狭小而使整合素难以发挥作用[8]，但Nakamura等用针对αv、β3胞内区的抗体证实了αvβ3存在于清亮区，只不过不及基侧膜和皱褶缘丰富。而且用GRGDS肽处理后的OC能粘附于骨，却不能形成界限清楚的清亮区和皱褶缘，表明二者的发生和随后的骨吸收都离不开整合素-RGD相互作用[9]。, http://www.100md.com
整合素还可能影响OB和OC的相互作用。OB既能调节前体OC的分化，又能调节OC功能。这除了与OB产生的生长因子有关外，还必须由细胞-细胞接触来实现。Yamate等报道OPN能加强这两种细胞的粘附，该作用可以被含RGD的肽抑制，表明整合素与该事件相关联[10]。
2.4 作用机制：整合素的α、β链胞内区都很短，缺乏激酶活性或与G蛋白作用的典型结构域，但它们含有酪氨酸残基，如果磷酸化就可成为SH2结合区，而src有SH2、SH3结构域，因此整合素能通过src传递信息。OC表面存在着丰富的原癌基因产物pp60c-src，src基因缺陷的鼠OC不能形成皱褶缘，提示src可能参与了整合素介导的骨吸收。Berry等用免疫荧光染色证实OC表面有高水平的pp60c-src结合蛋白FAK，而FAK的激活是由细胞和ECM相互作用所触发的细胞内信号途径中早期重要的一步[11]。
, http://www.100md.com
另一方面，Hruska等曾报道OPN与αvβ3结合后，磷酸肌醇的磷酸化产物增多，导致胞内Ca++浓度改变，通过细胞骨架重排刺激骨吸收。该产物增多是磷酸肌醇3-羟激酶(PtdIns3-OH激酶)活化所致。FAK和c-src可能是整合素和PtdIns3-OH 激酶之间的作用环节[12]。
整合素的作用还与Ca++有关。Zimolo等研究发现αvβ3与其配体的结合触发胞内Ca++浓度升高，该作用只能由αvβ3的配体产生，而不能由其他ECM蛋白如胶原、层粘蛋白产生。[Ca++]升高对皱褶缘膜蛋白运输及蛋白酶的靶向分泌起调节作用，升高的机制与1，4，5三磷酸肌醇或cADP核糖有关[13]。
此外，细胞外Ca++能降低OPN与αvβ3的亲和力，从而抑制OC粘附到ECM。其机制可能有两点：①Ca++与含RGD的肽竞争结合β3亚单位的同一结构域；②Ca++与OPN上Ca++结合位点结合，改变OPN构象，隐蔽其RGD序列。该现象有很大意义，因为OC吸收骨质时释钙，微环境中[Ca++]上升，从而抑制OPN与αvβ3结合，导致骨吸收活动的终止[14]。
, 百拇医药
2.5 OC整合素基因的表达及调控：现已证实OC有αvβ3mRNA表达，而且通过人OC cDNA文库已成功克隆了αv、β3基因。最近鸟β3基因的启动子也已克隆，它含有VitD反应元件(VDRE)，因而其转录能被1，25(OH)2D3调节。许多研究发现，1，25(OH)2D3能提高OC前体αvβ3mRNA水平及蛋白水平，增加αvβ3含量[15]，该作用能被雌激素加强。视黄醛酸也促进β3转录而增加αvβ3表达，但对αv基因无影响。
许多细胞因子也可调节αvβ3的表达。Kitazawa等发现IL-6、TNF-2、GM-CSF均能促进β3表达；IL-4对αvmRNA无影响，但能提高β3mRNA水平，并促进αvβ3与VN结合，但不改变αvβ3与FN的粘附；IL-1、IL-3、TNF-γ、hTGF-β2则无此作用[16]。
, 百拇医药
3 整合素和骨形成
3.1 骨形成：骨吸收完成后，间充质来源的OB在陷窝表面相继出现，并增殖、分化、合成骨基质。随后羟磷酸盐沉积，骨基质发生矿化。骨形成完成后OB被类骨质包埋，成为分化终末的骨细胞。
3.2 OB上整合素的分布：正常人骨组织表达α3β1、α4β1、α5β1、αvβ3，而体外培养的人OB则表达α1β1、α2β1、α3β1、α4β1、α5β1、αvβ3、αvβ5仅在培养中出现，而不见于原位[17]。胎鼠颅骨及处于各分化阶段的培养OB均表达α5β1、α3β1、α8β1、αvβ5、α5β1在整个分化阶段较为恒定，α3β1、α8β1却在矿化时期水平下降[20]。
, 百拇医药
3.3 整合素与骨形成：人们早已发现GRGDSPK肽能抑制骨形成，提示骨形成和整合素有关，但对二者关系的研究不够广泛和深入。目前已发现胶原和FN对OB分化有重大影响，很可能通过整合素来实现。Lynch等首先观察到Ⅰ型胶原与整合素的相互作用使OB在增殖期高表达的FN、αvβ1、actin下调，而在增殖后期高表达的BGP、OPN提前表达且水平升高，同时ALP活性增高但其mRNA水平下降并且矿化加速。但信号如何从ECM传至细胞骨架然后到核来影响分化相关基因的表达，其确切机制还需进一步研究[18]。Takeuchi等则发现整合素参与了TGF-β对OB的作用。TGF-β能刺激基质蛋白包括I型胶原、FN的合成，从而促进骨形成；另一方面也抑制OB表达ALP、BGP。而在TGF-β刺激下合成的I型胶原以其DGEA结构域与OB表面α2β1结合，能下调TGF-β受体，从而逃逸TGF-β对OB分化的抑制作用，使ALP水平升高，而基质合成受抑[19]。Moursi等认为，与胶原不同，FN以其中央细胞结合区(含RGD序列)与OB上α5β1的结合能促进ALP、BGP的表达，并为骨小结的形成提供必需的调节信号。FN还借与整合素的相互作用增强TGF-β家族的表达以影响OB分化[20]。
, 百拇医药
整合素还参与骨基质矿化。Ganta等曾报道，减少培养液中VitC的浓度，会使胶原纤维结构异常，不能被OB整合素识别，整合素因而下调，细胞粘附力下降，而OB与ECM的粘附是骨形成的必要条件，所以最终导致矿化障碍[21]。糖皮质激素也能通过降低β1mRNA水平抑制OB与ECM的粘附，并经整合素触发的第二信使改变OB形态及骨组织结构，最终抑制骨形成，提示整合素在糖皮质激素诱导的骨质疏松症中起作用[22]。
4 应用展望
随着对整合素与ECM间分子作用机制研究的深入，人们有可能设计出新型药物治疗代谢性骨病。含RGD序列的蝰蛇毒素抑制骨吸收的作用使其成为治疗几种代谢性骨病的候选药物，它能用于治疗骨质疏松症及相关疾病，对抗皮质激素诱导的骨丢失，还能抑制骨转移癌的生长及相关骨丢失。另一种小分子量、非生物降解的RGD类似物SC56631预防骨质疏松症αvβ3的作用与雌激素一样有效。而单抗10C4.1.3能识别人类OC上的独特抗原决定簇，这种特异性使其有望成为副作用小、效果显著的抗骨吸收药物。另一方面，因为FAK和c-src在整合素介导的骨吸收中起重要作用，抑制它们基因表达和磷酸化的药物可能成为治疗骨丢失的新途径。整合素在骨形成中的作用也有助于研制出增加骨量、对抗骨丢失的新措施，这些都有待于进一步深入研究。
, 百拇医药
参考文献
1 Rodan SB, Rodan GA. Integrin function in osteoclasts. J Endocrinol, 1997,154:s47.
2 Clark EA, Brugge JS. Integrin and signal transduction pathways:the road taken. Science， 1995,268:233.
3 Formigli L, Orlandini SZ,Benvenuti S, et al. In vitro structral and functional relationships between preosteoclastic and bone endothelial cells:a juxtacrine model for migration and adhesion of osteoclast precursors. J Cell Physiol, 1995, 162:199.
, 百拇医药
4 Colucci S, Glannell G,Grano M,et al. Human osteoclast-like cells selectively recognize laminin isoforms, an event that induces migration and activates Ca++ mediated signals. J Cell Sci, 1996, 109:1527.
5 Ross FP, Chappel J,Alvarez JL, et al. Interactions between the bone matrix proteins osteopontin and bone sialoprotein and the osteoclast integrin αvβ3 potentiate bone resorption. J Biol Chem, 1993, 268:9901.
, http://www.100md.com
6 Chenu C, Colucci S, Grano M, et al. Osteocalcin induces chemotaxis, secretion of matrix proteins, and calcium-mediated intracellular signaling in human osteoclast-like cells. J Cell Biol, 1994, 127:1149.
7 Lakkakorpi PT, Helfrich MH, Horton MA, et al. Spatial organization of microfilaments and vitronectin receptor, αvβ3, in osteoclasts. J Cell Sci, 1993, 104:663.
8 V
nnen HK, Horton M.The osteoclast clear zone is a specialized cell-extracellular matrix adhesion structure. J Cell Sci, 1995, 108:2729., http://www.100md.com
9 Nakamura I, Gailit J, Sasaki T.Osteoclast integrin αvβ3 is present in the clear zone and contributes to cellular polarization. Cell Tissue Res, 1996, 286:507.
10 Yamate T,Mocharla H,Taguchi Y, et al. Osteopontin expression by osteoclast and osteoblast progenitors in the murine bone marrow:demonstration of its requirement for osteoclastogenesis and its increase after ovariectomy. Endocrinology, 1997, 138:3047.
, http://www.100md.com
11 Berry V,Rathod H, Pulman LB, et al. Immunofluorescent evidence for the abundance of focal adhesion kinase in the human and avian osteoclasts and its down regulation by calcitonin. J Endocrinol, 1994, 141:R11.
12 Hruska KA, Rolnick F,Huskey M, et al. Engagement of the osteoclast integrin αvβ3 by osteopontin stimulates phosphatidylinositol 3-hydroxyl kinase activity. Endocrinology, 1995, 136:2984.
13 Zimolo Z,Wcsolowski G, Tanaka H, et al. Soluble αvβ3-integrin ligand raise [Ca++]i in rat osteoclasts and mouse-derived osteoclast-like cells. Am J Physiol, 1994, 266:c376.
, 百拇医药
14 Hu DD, Hoyer JR, Smith JW. Ca++ suppresses cell adhesion to osteopontin by attenuating binding affinity for integrin αvβ3. J Biol Chem, 1995, 270:9917.
15 Mimura H, Cao X,Ross FP, et al. 1,25-Dihydroxyvitamin D3 transcriptionally activates the β3-integrin subunit gene in avian osteoclast precursors. Endocrinology, 1994, 134:1061.
16 Kitazawa S, Ross FP,Mchugh K, et al. Interleukin-4 induces expression of the integrin αvβ3 via transactivation of the β3 gene. J Biol Chem, 1995,270:4115.
, 百拇医药
17 Moursi AM, Gobus RK, Damsky CH. Interactions between integrin receptors and fibronectin are required for calvarial osteoblast differentiation in vitro. J Cell Sci, 1997, 110:2187.
18 Lynch MP, Stein JL, Stein GS, et al. The influence of type I collagen on the development and maintenance of the osteoblast phenotype in primary and passaged rat calvarial osteoblast:modification of expression of genes supporting cell growth, adhesion, and extracellular matrix mineralization. Exp Cell Res, 1995, 216:35.
, 百拇医药
19 Takeuchi Y, Nakayama K, Matsumoto T. Differentiation and cell surface expression of transforming growth factor -β receptors are regulated by interaction with matrix collagen in murine osteoblastic cells. J Biol Chem, 1996, 271:3938.
20 Moursi AM, Damsky CH,Cull J, et al. Fibronectin regulates calvarial osteoblast differentiation. J Cell Sci, 1996, 109:1369.
21 Ganta DR, Mccarthy M,Gronowicz GA. Ascorbic acid alters collagen integrins in bone culture. Endocrinology, 1997, 138:3606.
22 Doherty WJ, Derome ME, Mccarthy MB, et al. The effect of glucocorticoids on osteoblast function. J Bone Joint Surg Am, 1995, 77:396., http://www.100md.com