劉金鑫，張方怡，張 巖

(上海理工大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心，上海 200093)

血管緊張素Ⅱ調(diào)控骨代謝的研究進(jìn)展

劉金鑫，張方怡，張 巖

(上海理工大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心，上海 200093)

骨組織中存在局部腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)。RAS組分及其活性肽血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)直接參與調(diào)控骨代謝的病理生理進(jìn)程。成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞都有Ang Ⅱ的受體表達(dá)，這些受體介導(dǎo)了Ang Ⅱ調(diào)控骨代謝的作用。該文回顧了經(jīng)典RAS途徑，探討了組織RAS致局部組織病變的作用，并對RAS活性肽Ang Ⅱ調(diào)控成骨細(xì)胞的靶基因、胞內(nèi)信號通路、Ang Ⅱ通過成骨細(xì)胞間接調(diào)控破骨細(xì)胞功能、Ang Ⅱ受體在骨代謝調(diào)控中的交互作用進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。

腎素-血管緊張素系統(tǒng)；血管緊張素Ⅱ；成骨細(xì)胞；破骨細(xì)胞；骨質(zhì)疏松癥；受體

骨代謝過程是骨組織不斷進(jìn)行重塑的一個(gè)復(fù)雜過程，包括骨吸收和骨形成兩方面。破骨與成骨的動(dòng)態(tài)平衡是維持正常骨量的關(guān)鍵。成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞在功能上相對應(yīng)，二者協(xié)同，在骨骼的發(fā)育和形成過程中發(fā)揮重要作用。然而，當(dāng)破骨細(xì)胞的骨吸收大于成骨細(xì)胞的骨形成時(shí)，骨吸收和骨形成失去平衡，會導(dǎo)致骨量不斷減少，骨質(zhì)下降，骨代謝紊亂，從而引起骨質(zhì)疏松癥。近來研究發(fā)現(xiàn)，骨組織存在腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)組分血管緊張素原(AGT)、腎素、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)、血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)及其受體[1]。骨組織RAS直接參與骨代謝并在骨代謝疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要生物學(xué)作用[2]。腎素抑制劑、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)以及Ang Ⅱ受體阻滯劑(ARB)的使用在一定程度上會對組織RAS起到抑制作用[3]。

1 經(jīng)典的腎素-血管緊張素系統(tǒng)

RAS是控制血壓、體液和電解質(zhì)平衡的一類內(nèi)分泌系統(tǒng)。在經(jīng)典的RAS中，由腎小球旁器的球旁細(xì)胞釋放的一種蛋白水解酶腎素，能夠?qū)GT催化分解生成血管緊張素Ⅰ(Ang Ⅰ)，而ACE可將Ang Ⅰ羧基末端的二肽水解，生成Ang Ⅱ。Ang Ⅱ是RAS中最重要的生物活性成分，通過與其1型受體(AT1R)或2型受體(AT2R)結(jié)合，來發(fā)揮其生物學(xué)作用。腎素和底物AGT之間的酶解反應(yīng)是RAS的限速步驟[2]。

RAS作為一個(gè)激素級聯(lián)系統(tǒng)，是體內(nèi)血壓和體液平衡的主控制器[4]。RAS一直是抗高血壓藥物研究的重要靶標(biāo)，比如，ACEI、ARB類藥物通過影響RAS的不同環(huán)節(jié)，而廣泛應(yīng)用于高血壓的治療[5]。此外，腎素抑制劑——阿利吉倫是一種小分子的競爭性抑制劑，其對腎素活性的抑制具有專一性[6-7]。它可以有效地抑制RAS中腎素與AGT間的化學(xué)反應(yīng)，最終減少活性肽Ang Ⅱ的生成。阿利吉倫已被證明能夠有效的控制血壓，并且在單獨(dú)應(yīng)用或與其它抗高血壓藥物聯(lián)合應(yīng)用時(shí)耐受性良好[5,8]。

2 組織中的腎素-血管緊張素系統(tǒng)

從進(jìn)化的角度來看，如果多個(gè)系統(tǒng)、激素受共同的內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)控，這將更加實(shí)用、有效。在不具有封閉的循環(huán)系統(tǒng)的原始動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)RAS，恰恰說明RAS的生理作用不僅僅局限于調(diào)控血管收縮[1]。除了經(jīng)典的RAS外，RAS中的各組分在多個(gè)組織中不僅有表達(dá)，同時(shí)在局部還發(fā)揮重要生物作用，我們稱之為“組織RAS”[1]。組織RAS的生物學(xué)作用多樣，并具有組織特異性。

組織RAS參與胰島素分泌[9]、腎小球硬化[10]、腎臟炎癥[11]、動(dòng)脈粥樣硬化[12]、心臟肥大[13]、腦局部缺血[14]以及在女性生殖道的卵泡發(fā)育和子宮內(nèi)膜癌[15]等病理生理的過程。越來越多的研究證明，諸如心血管疾病[16]、腎病[17]和視網(wǎng)膜病變[18]等一些糖尿病并發(fā)癥，是由于組織RAS的活性增強(qiáng)和Ang Ⅱ水平升高引起的，而臨床實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，RAS抑制劑可以明顯地改善這些病理變化[16-18]。此外，高血糖、肥胖、高血壓和皮質(zhì)醇都能夠刺激局部組織RAS，也是代謝性疾病的危險(xiǎn)因素，而胰高血糖素樣肽(GLP)-1、維生素D和有氧運(yùn)動(dòng)是有效的組織RAS的抑制劑，并在一定程度上可以預(yù)防代謝性疾病[1]。

最近在體內(nèi)研究中，發(fā)現(xiàn)腎素、ACE、Ang Ⅱ受體等RAS組分在骨組織中表達(dá)[2,19-21]。在體外研究中，發(fā)現(xiàn)Ang Ⅱ受體在新生小鼠顱骨成骨細(xì)胞中表達(dá)[2]，這些都明確了RAS組分在骨組織微環(huán)境中的表達(dá)。另外，我們的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，骨組織RAS參與了小鼠老年性骨質(zhì)疏松[22]、阻塞性腎病[23]、1型糖尿病[24]誘導(dǎo)骨損傷的病理進(jìn)程，并且，其他研究組也有報(bào)導(dǎo)，骨組織RAS還參與小鼠股骨骨折愈合[25]、家兔類固醇性股骨頭壞死[21]、去卵巢動(dòng)物的骨質(zhì)疏松[26-27]、糖皮質(zhì)激素致骨質(zhì)疏松[20]等過程。因此，骨組織微環(huán)境存在RAS，其活性的異常升高誘發(fā)骨質(zhì)疏松癥，說明骨組織RAS在骨代謝調(diào)控中發(fā)揮重要作用。

3 Ang Ⅱ調(diào)控骨代謝的生物學(xué)作用

3.1 Ang Ⅱ?qū)Τ晒羌?xì)胞的調(diào)控早期的研究發(fā)現(xiàn)，Ang Ⅱ能夠刺激胎鼠[28]、新生大鼠[29]顱骨骨細(xì)胞群中DNA和膠原蛋白的合成，降低堿性磷酸酶(ALP)的活性，并且，在ROS17/2.8成骨細(xì)胞株[30]以及通過膠原酶消化松質(zhì)骨得到的成人骨細(xì)胞[28]中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。AT1R作為成骨細(xì)胞的機(jī)械感受器，在Ang Ⅱ調(diào)控骨代謝過程中發(fā)揮重要作用[31]。免疫放射自顯影、克隆細(xì)胞分析和受體亞型分析都表明Ang Ⅱ通過AT1R密切參與成骨細(xì)胞的增殖過程[28-29]。

在對Ang Ⅱ直接調(diào)控成骨細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，Ang Ⅱ能夠抑制骨鈣素mRNA的表達(dá)，降低ALP的活性，減少礦化結(jié)節(jié)的數(shù)量與面積，減少Ca2+在細(xì)胞和基質(zhì)層的沉積[32]。在骨形成過程中，Ang Ⅱ通過激活cAMP的信號通路來改變Cbfa1的表達(dá)量，從而減少成骨細(xì)胞的數(shù)量，抑制成骨細(xì)胞的功能，誘導(dǎo)骨生成障礙[33]。SOST基因編碼的硬化蛋白是骨細(xì)胞的分泌產(chǎn)物，能夠拮抗Wnt信號通路，因此，減弱骨形成能力[34]。在AT1R基因缺失的小鼠中，發(fā)現(xiàn)SOST表達(dá)明顯下調(diào)，這表明在AT1R信號通路介導(dǎo)的骨損傷過程中與下游因子SOST異常表達(dá)相關(guān)聯(lián)[35]。此外，在ROS17/2.8成骨細(xì)胞株中，Ang Ⅱ通過AT1R介導(dǎo)的MAPK信號通路，明顯提高基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-9、13的表達(dá)量，說明Ang Ⅱ通過上調(diào)成骨細(xì)胞MMP-9、MMP-13的生成來刺激細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)在類骨質(zhì)中的降解[30]。在新生小鼠顱骨成骨細(xì)胞中，Ang Ⅱ通過JNK信號通路誘導(dǎo)線粒體功能失調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[36]。因此，Cbfa1、SOST、MMP-3、MMP-13等靶基因以及MAPK、JNK等細(xì)胞內(nèi)信號通路參與Ang Ⅱ?qū)Τ晒羌?xì)胞功能及骨形成的調(diào)控。

3.2 Ang Ⅱ?qū)ζ乒羌?xì)胞的調(diào)控成骨細(xì)胞通過合成分泌核因子κB受體活化因子配體(RANKL)和骨保護(hù)素(OPG)實(shí)現(xiàn)對破骨細(xì)胞的生成與成熟的調(diào)控[37]。最近研究發(fā)現(xiàn)，Ang Ⅱ可以誘導(dǎo)骨髓單核細(xì)胞分化成多核細(xì)胞，它還能夠刺激破骨細(xì)胞分化因子在成骨細(xì)胞中的表達(dá)，激活破骨細(xì)胞，從而增加酸性磷酸酶(TRAP)陽性多核破骨細(xì)胞的數(shù)量[2,26]。然而，AT1R阻滯劑(奧美沙坦)和絲裂原活化蛋白激酶抑制劑(U0126)卻能夠完全抑制Ang Ⅱ的這些作用[26]。最重要的是，雖然Ang Ⅱ本身沒有誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化的能力，也不具有協(xié)同RANKL促進(jìn)破骨細(xì)胞形成的能力，但是，在原代培養(yǎng)的成骨細(xì)胞與骨髓巨噬細(xì)胞的共培養(yǎng)體系中，Ang Ⅱ可以呈劑量依賴性地刺激破骨細(xì)胞的形成[2,33]。總之，以上結(jié)果表明，Ang Ⅱ通過作用于成骨細(xì)胞來刺激破骨細(xì)胞生成作用，而非直接作用于破骨細(xì)胞[2]。

3.3 Ang Ⅱ的體內(nèi)骨調(diào)控作用去卵巢致大鼠骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型是研究婦女絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的經(jīng)典模型。大鼠去卵巢后，體內(nèi)雌激素水平降低。通過皮下植入微滲透泵并以200 ng/kg/min方式進(jìn)行Ang Ⅱ給藥處理，4周后發(fā)現(xiàn)，去卵巢大鼠脛骨中TRAP的活性明顯增強(qiáng)、TRAP陽性染色區(qū)也在擴(kuò)增，ALP/TRAP比值大大降低，Ang Ⅱ還可以誘導(dǎo)去卵巢大鼠骨代謝生化指標(biāo)——尿脫氧吡啶啉的顯著增加，明顯地降低去卵巢大鼠脛骨的骨密度[26]。這些結(jié)果表明，Ang Ⅱ能夠提高骨代謝轉(zhuǎn)換率，直接加速雌激素缺乏引起的骨質(zhì)疏松癥。

4 AT1R和AT2R在骨代謝調(diào)控中的交互作用

由AT1R介導(dǎo)的Ang Ⅱ信號通路的生物學(xué)作用在早期的研究中備受關(guān)注，然而，Ang Ⅱ發(fā)揮生物學(xué)作用與RAS其它組分也密切相關(guān)[1]。越來越多的研究證實(shí)，成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞應(yīng)對外來刺激或是傳導(dǎo)Ang Ⅱ信號時(shí)，尤其是在通過藥理學(xué)手段阻斷AT1R信號通路時(shí)，AT1R和AT2R通過彼此的信號通路相互作用[38]。

Asaba等[2]使用siRNA技術(shù)將原代培養(yǎng)的成骨細(xì)胞分別敲除AT1R或AT2R,通過這樣的體外模型，研究兩種受體在傳導(dǎo)Ang Ⅱ信號、誘導(dǎo)破骨細(xì)胞生成中的相對作用。在AT1R敲除的成骨細(xì)胞中，Ang Ⅱ刺激破骨細(xì)胞生成的作用有所增強(qiáng)，而在AT2R敲除的成骨細(xì)胞中，破骨細(xì)胞生成作用明顯降低[2]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，AT2R缺陷小鼠股骨遠(yuǎn)端松質(zhì)骨區(qū)的骨量增加，而在骨組織培養(yǎng)環(huán)境下，AT2R阻滯劑PD123319可以抑制Ang Ⅱ引起的破骨細(xì)胞數(shù)量的增加[39]。以上研究結(jié)果表明，Ang Ⅱ作用于成骨細(xì)胞來刺激破骨細(xì)胞的分化主要是通過AT2R介導(dǎo)，而AT1R通路可能對AT2R通路起抑制作用。然而，Namsolleck等卻認(rèn)為，Ang Ⅱ-AT2R是RAS的保護(hù)臂，能夠抑制由Ang Ⅱ-AT1R誘導(dǎo)的病理進(jìn)程，促進(jìn)疾病的恢復(fù)[40]。因此，還需要進(jìn)一步的深入研究，探索兩個(gè)受體在成骨細(xì)胞的下游信號通路，以更好地揭示Ang Ⅱ-AT1R與Ang Ⅱ-AT2R之間的交互作用。

5 展望

骨組織RAS在調(diào)節(jié)骨代謝過程中發(fā)揮重要作用。RAS活性肽Ang Ⅱ通過直接作用于成骨細(xì)胞，或通過作用于成骨細(xì)胞而間接刺激破骨細(xì)胞的分化，誘導(dǎo)骨質(zhì)疏松癥。然而，Ang Ⅱ通過其受體介導(dǎo)的下游信號通路需要進(jìn)一步的闡明。最近，RAS的新成員如Ang Ⅱ的代謝物Ang(1-7)及其受體Mas、以及ACE2成為研究的熱點(diǎn)，尤其是它們在組織RAS介導(dǎo)的病理生理進(jìn)程中的生物學(xué)作用、以及在作為藥物靶點(diǎn)研究方面，成為許多RAS研究小組的共同興趣。當(dāng)然，它們對骨組織RAS以及骨代謝的調(diào)控作用也需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探究，這將為深入明確骨組織RAS的生物調(diào)控、各種骨代謝疾病的藥物研制帶來新的曙光。

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Research progress on regulation of angiotensin Ⅱ on bone metabolism

LIU Jin-xin, ZHANG Fang-yi, ZHANG Yan

(CenterforSystemsBiomedicalSciences,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

The renin-angiotensin system exists locally in bone tissue. The RAS components and the active peptide angiotensin Ⅱ (Ang Ⅱ) within RAS are directly involved in the pathophysiological process of regulating bone metabolism. Ang Ⅱ exerts the effects via its receptors expressed in osteoblasts and osteoclasts. This paper reviewed the pathways of classical RAS，explained the tissue RAS-induced tissue injuries, and especially elaborated the regulation of RAS active peptide Ang Ⅱ on target genes and intracellular signaling pathways in osteoblasts, the action of Ang Ⅱ on osteoclastic function via acting on osteoblasts, and the interaction of Ang Ⅱ receptors involved in the modulation on bone metabolism.

renin-angiotensin system; angiotensin Ⅱ; osteoblasts; osteoclasts; osteoporosis; receptor

時(shí)間：2015-3-16 15:41 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20150316.1541.008.html

2014-09-25,

2015-02-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 81202894)

劉金鑫(1991-)，男，碩士生，研究方向：骨生物學(xué)；E-mail: liujinxin2013@163.com; 張 巖(1978-)，男，博士，副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：藥理學(xué)、內(nèi)分泌代謝,通訊作者,Tel: 021-65710368；E-mail: medicineyan@aliyun.com

10.3969/j.issn.1001-1978.2015.04.004

A

1001-1978(2015)04-0458-04

R-05；R336；R392.11；R681.023；R977.6