馮 瑤，賈婷婷，王亞楠，張東姣，徐 欣

脂肪組織不僅有儲存剩余能量的作用，還可以行使分泌功能。脂聯(lián)素(adiponectin, APN/ADPN)就是其分泌的一種脂肪細胞因子，可增加骨骼肌對葡萄糖和脂肪酸的利用，在葡萄糖代謝、脂質(zhì)代謝和胰島素抵抗減弱中起關(guān)鍵作用，脂聯(lián)素還具有抗動脈粥樣硬化的特性[1]。越來越多的證據(jù)表明，脂肪組織與骨代謝的調(diào)節(jié)密切相關(guān)[2]，其分泌的脂聯(lián)素可能通過與脂聯(lián)素受體1(adipoR1)和脂聯(lián)素受體2(adipoR2)的結(jié)合在骨代謝中發(fā)揮直接作用。成骨細胞和破骨細胞中adipoR1和adipoR2的表達，表明脂聯(lián)素在骨骼中具有重要的功能作用[3]。

1 脂聯(lián)素的生物學特性

脂聯(lián)素又稱為Acrp30(30 kDa的脂肪細胞補體相關(guān)蛋白)，是一種與C1q具有結(jié)構(gòu)相似性的脂肪細胞分泌的蛋白，其膠原結(jié)構(gòu)域與C1q補體蛋白具有序列同源性[4]。人類脂聯(lián)素基因位于3q27號染色體上，脂聯(lián)素的一級序列具有一個N端信號肽(約28～32個氨基酸)，其后是一個高變區(qū)(12個氨基酸)，其中包含寡聚化所需的保守氨基酸，一個帶有22個甘氨酸-X-Y重復序列(66個氨基酸)的膠原蛋白區(qū)域和一個C-末端球狀結(jié)構(gòu)域[3]。

脂聯(lián)素通過其膠原結(jié)構(gòu)域存在于血漿中多種多聚體復合物和組合物中，從而形成三種主要的寡聚形式：低分子量(LMW)三聚體，中分子量(MMW)六聚體和高分子量(HMW)多聚體，其中HMW多聚體是所有脂連蛋白多聚體中激活腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5-monophosphate (AMP)-activated protein kinase, AMPK)最有效的脂聯(lián)素多聚體形式[5]。脂聯(lián)素可以降低血漿中葡萄糖水平，利于脂肪酸的分解，并且脂聯(lián)素可以促進骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)的成骨分化[2]。

2 脂聯(lián)素的受體

2.1 adipoR1和adipoR2

脂聯(lián)素主要通過adipoR1和adipoR2起作用，它們對脂聯(lián)素具有獨特的親和力，adipoR1在所有組織中普遍存在，但在骨骼肌中表達最高，而adipoR2主要在肝臟中表達[6-7]。研究表明adipoR1可在內(nèi)皮細胞，心肌細胞和胰腺β細胞中表達，而adipoR2可在內(nèi)皮細胞中表達，并且兩種受體都在下丘腦中表達[6]。adipoR1和adipoR2在正常葡萄糖代謝和胰島素敏感性的調(diào)節(jié)中均起著重要的作用，脂聯(lián)素與受體結(jié)合后，不同的下游信號傳導被激活，從而引發(fā)各種生理效應。adipoR1主要參與AMPK的活化，而adipoR2主要參與過氧化物酶增殖體激活受體(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)α的活化，從而增加了機體對胰島素的敏感性[8]。adipoR1和adipoR2在體內(nèi)的過度表達會使肝神經(jīng)酰胺的水平降低，從而提高了胰島素敏感性[7]。

2.2 T-鈣黏著蛋白

2004年，首次發(fā)現(xiàn)T-鈣黏著蛋白與C2C12小鼠成肌細胞中的脂連蛋白結(jié)合，T-鈣黏著蛋白是一種非典型的糖基磷脂酰肌醇固定在細胞表面的糖蛋白，在結(jié)構(gòu)上不同于adipoR1和adipoR2[9-10]。T-鈣黏著蛋白沒有跨膜或細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，但是它在促進內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞(這是T-鈣黏著蛋白表達的主要部位)的脂聯(lián)素信號傳導中起重要作用。T-鈣黏著蛋白與脂聯(lián)素高分子量多聚體以及脂聯(lián)素的六聚體形式結(jié)合，但不與脂聯(lián)素的三聚體，球狀或細菌產(chǎn)生的多聚體結(jié)合，這表明脂聯(lián)素與T-鈣黏著蛋白結(jié)合需要真核生物的翻譯后修飾才能發(fā)揮其生物學功能[10]。在缺乏T-鈣黏著蛋白的小鼠中，體內(nèi)高分子量多聚體形式的脂聯(lián)素循環(huán)水平升高了。T-鈣黏著蛋白是在心臟和血管中大量表達的脂聯(lián)素受體之一，心肌細胞上的T-鈣黏著蛋白可通過與脂聯(lián)素結(jié)合激活其心臟的保護功能[11]。

3 脂聯(lián)素的信號傳導

3.1 與脂聯(lián)素受體相互作用的蛋白

磷酸酪氨酸銜接蛋白(APPL)：APPL1是與脂聯(lián)素受體結(jié)合的銜接蛋白，在adipoR1和adipoR2的下游起作用，可促進大多數(shù)細胞內(nèi)的信號傳導[12]。C2C12小鼠肌管中APPL1的過表達增加了脂聯(lián)素誘導的AMPK、p38和乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase, ACC)的磷酸化，最終促進了脂聯(lián)素的代謝功能。APPL2是APPL1的同工型，APPL2的轉(zhuǎn)基因表達可防止C2C12小鼠肌管中APPL1-adipoR1結(jié)合和其下游信號的傳導，抑制APPL2的表達可提高脂聯(lián)素誘導的脂肪酸氧化和葡萄糖攝取[7]。

3.2 脂聯(lián)素信號傳導的中間信號分子

肝激酶B1(liver kinase B1,LKB1)：在細胞質(zhì)中被配體結(jié)合的adipoR1激活后，與APPL1相互作用并激活蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A, PP2A)。激活的PP2A通過去磷酸化使另一個與APPL1結(jié)合的蛋白激酶C-ζ(protein kinase C-ζ，PKC-ζ)失活。PKC-ζ是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它可使絲氨酸307處的LKB1磷酸化并促進其核轉(zhuǎn)運。PKC-ζ的失活導致LKB1在細胞質(zhì)中積累，并增加了它與APPL1的相互作用[13]。因此，LKB1間接的促進了脂聯(lián)素的代謝功能。

鈣離子-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin dependent protein kinaseⅡ，CAMKK)：這是AMPK的另一種上游激酶，可被脂聯(lián)素激活。CAMKK與LKB1具有相當?shù)男蛄泻徒Y(jié)構(gòu)同源性[14]，CAMKK有兩種同工型； CAMKKα和CAMKKβ。CAMKK可以通過Ca2+介導AMPK的磷酸化。

AMPK：AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，被稱為細胞的代謝傳感器。除上游激酶(LKB1和CAMKKβ)外，AMPK還被腺嘌呤核糖核苷酸 (adenosine monophosphate, AMP)的變構(gòu)結(jié)合所激活，當能量消耗不足的情況下AMPK在細胞中會增加[15]。脂聯(lián)素以AMPK依賴性的方式在心肌細胞、骨骼肌細胞等不同細胞類型中誘導自噬，自噬對不同細胞類型中的細胞分化起重要作用[16]。AMPK的磷酸化可以激活過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1α，PGC1α)[17]，活化的CAMKKβ也可以獨立于AMPK活化PGC1α[18]?；罨腜GC1α會促進線粒體生物發(fā)生和線粒體的呼吸作用，隨后會增加肌肉中的脂肪酸氧化。而在腦和肝等其他組織中，線粒體作用的增強并不依賴于PGC1α的表達水平[19]。

p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase, p38MAPK)：APPL1是脂聯(lián)素介導的p38MAPK途徑激活的基礎(chǔ)，脂聯(lián)素激活的APPL1進一步激活轉(zhuǎn)化生長因子激酶1(transforming growth factor kinase 1,TAK1)，隨后形成由adipoR1、APPL1、TAK1、絲裂原活化蛋白激酶Ⅱ3(mitogen-activated protein kinaseⅡ 3, MKK3)和p38 MAPK組成的復合物。隨后，活化的TAK1使MKK3磷酸化，進而使p38MAPK磷酸化[20]。有研究表明脂聯(lián)素抑制p38MAPK磷酸化，但可以增加AMPKα磷酸化并對高糖通過AMPK/p38MAPK途徑誘導的細胞凋亡起著至關(guān)重要的保護作用[21]。

PPARα：PPARα在adipoR2的下游起作用，PPARα信號傳導增加了肝對胰島素的敏感性，因此促進了肝細胞對葡萄糖的吸收[8]。誘導脂肪組織中脂聯(lián)素表達的PPARγ被脂聯(lián)素激活，并引發(fā)了一種反饋機制，該機制不僅誘導脂聯(lián)素的表達，而且還促進脂肪細胞的分化和脂質(zhì)的蓄積[7]。

3.3 脂聯(lián)素的其他信號傳導

除上述經(jīng)過充分研究的信號傳導途徑外，脂聯(lián)素還可激活其他下游信號傳導通路。脂聯(lián)素還通過磷酸肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase, PI3K)誘導蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)磷酸化，其介導的PI3K活性可促進內(nèi)皮祖細胞遷移，增加胰腺β細胞的存活率[3]。

4 脂聯(lián)素與骨代謝的關(guān)系

4.1 脂聯(lián)素對BMSCs的影響

人脂聯(lián)素可通過APPL1-p38MAPK信號傳導途徑上調(diào)成骨相關(guān)基因的表達，從而促進人原代頜骨骨髓間充質(zhì)干細胞(human primary jaw bone marrow mesenchymal stem cells, h-JBMMSCs)的成骨分化[22]，并且脂聯(lián)素是通過上調(diào)趨化因子(C-X-C 基元)配體(chemokine (C-X-C motif) ligand, CXCL)1和CXCL8來促進h-JBMMSCs趨化性的[23]。脂聯(lián)素還通過adipoR1介導的p38MAPK磷酸化促進間充質(zhì)干細胞的成骨作用。p38MAPK使c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)磷酸化，進而增加環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2, COX2)的表達，最終導致骨形成蛋白-2(bone morphogenetic protein-2,BMP2)的表達增加[24]。球狀脂聯(lián)素通過激活APPL1-LKB1介導的AMPK磷酸化而促進人脂肪組織干細胞的成骨分化[25]。球狀脂聯(lián)素處理可降低CXCL12在骨髓中的表達，而引起B(yǎng)MSCs從骨髓向外周循環(huán)遷移，并將BMSCs募集至成骨部位，促進骨傷口內(nèi)的細胞遷移和新骨的形成[26]。

4.2 脂聯(lián)素對成骨細胞、破骨細胞及軟骨細胞的影響

在人成骨細胞中，脂聯(lián)素分別通過adipoR1/JNK和adipoR1/p38MAPK途徑誘導成骨細胞的增殖和分化，全長脂聯(lián)素可以增加adipoR1下游的BMP2信號傳導。球狀脂聯(lián)素可通過adipoR1介導的AMPK磷酸化上調(diào)與成骨細胞分化和骨形成有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Osterix，進而使成骨細胞增殖、分化，導致骨的礦化增加[3]。成骨細胞中adipoR1的下游信號傳導涉及氧化磷酸化的刺激，可能通過抑制Wnt信號通路的骨硬化蛋白而導致成骨細胞分化增加，脂聯(lián)素激活Wnt途徑后，adipoR1信號通過β-catenin核易位誘導了成骨效應[2]。球狀脂聯(lián)素會增加線粒體的功能和呼吸作用，從而導致成骨細胞分化，此作用由adipoR1-AMPK-PGC1α信號通路介導[3]。骨髓來源的單核細胞中脂聯(lián)素在蛋白和mRNA水平均有表達，脂聯(lián)素對骨髓來源的破骨細胞的分化和增殖有明顯的抑制作用[27]，有研究發(fā)現(xiàn)核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)和p38信號通路是破骨細胞形成所必需的，脂聯(lián)素通過抑制NF-κB和p38信號通路來抑制體外破骨細胞的發(fā)生和吸收功能。此外，脂聯(lián)素還阻斷了F-肌動蛋白環(huán)的形成，減弱了破骨細胞介導的骨吸收功能[28]。在破骨細胞中，球狀脂聯(lián)素還可通過APPL1抑制Akt磷酸化，從而導致核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of NFκB ligand, RANKL)誘導的活化T細胞核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor of activated T cells, NFAT)2、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子(tumor necrosis factor receptor-associated factors, TRAF)6、組織蛋白酶K(cathepsin K, CatK)和腫瘤壞死因子受體相關(guān)蛋白(tumor necrosis factor receptor-associated protein, TRAP)表達下調(diào)，并抑制破骨細胞的生成[29]。Yang等發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，脂聯(lián)素缺陷小鼠骨髓細胞外液中RANKL/OPG比值升高，重組脂聯(lián)素治療促進了RANKL誘導的破骨細胞向骨髓間充質(zhì)干細胞分化，上調(diào)了重組脂聯(lián)素治療的顱骨細胞中OPG的產(chǎn)生，從而抑制了破骨細胞的分化，脂聯(lián)素通過調(diào)節(jié)骨髓微環(huán)境中RANKL/OPG比值，抑制破骨細胞和成骨細胞前體細胞之間的相互作用，從而影響骨代謝[30]。在多發(fā)性骨髓瘤患者中，脂聯(lián)素可通過與adipoR1的結(jié)合來降低雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)和真核細胞始動因子4E結(jié)合蛋白l(4E-binding protein 1,4EBP1)的磷酸化水平而抑制破骨細胞的分化和成熟[31]。在糖尿病患者中，鈦植入物的骨結(jié)合由于活性氧(reactive oxygen species, ROS)的過量產(chǎn)生而受損，脂聯(lián)素可通過激活AMPK減輕線粒體的損傷，從而逆轉(zhuǎn)成骨細胞的損傷[32]。

脂聯(lián)素并非全是積極作用，其對骨骼的代謝也有負面影響[33]，脂聯(lián)素與骨礦物質(zhì)密度呈負相關(guān)，表明它可能是骨代謝的負調(diào)節(jié)劑[34],一些研究表明脂聯(lián)素可抑制成骨細胞的分化[33]。脂聯(lián)素改變成骨細胞的基因表達和細胞因子的釋放，增加破骨細胞分泌IL-8。脂聯(lián)素可抑制成骨細胞中的Osterix，并誘導成骨細胞中護骨素mRNA的表達。相應地，成骨細胞的礦化能力降低，而破骨細胞的吸收活性增加。證實了脂聯(lián)素的促炎作用，影響類風濕關(guān)節(jié)炎骨重建[35]。在骨質(zhì)減少癥患者中，過高的脂聯(lián)素水平可能通過增加成骨細胞中的核因子κB受體活化因子配體(RANKL)/骨保護素(osteoprotegerin, OPG)比例和通過與adipoR1結(jié)合而在軟骨細胞中釋放白細胞介素-6導致骨量的減少[36]。

4.3 脂聯(lián)素對骨形成的影響及在口腔領(lǐng)域的作用

脂聯(lián)素具有三種不同的骨形成作用：①局部產(chǎn)生的脂聯(lián)素通過旁分泌途徑促進骨的形成；②體內(nèi)循環(huán)脂聯(lián)素的水平過高或過低對骨骼的形成會產(chǎn)生負面作用；③脂聯(lián)素介導的對骨的間接作用是通過增強胰島素信號傳導發(fā)揮作用的[37]。

有研究發(fā)現(xiàn)脂聯(lián)素受體激動劑(AdipoRon, APR)對破骨細胞的分化有抑制作用，顯著減少了破骨細胞數(shù)量和牙槽骨丟失。APR還可減少病變牙齦組織中致炎分子CC、趨化因子配體2和白細胞介素6的產(chǎn)生。另一方面，APR通過促進成骨細胞分化來促進牙槽骨再生。APR對脂聯(lián)素基因敲除小鼠牙周炎的治療也取得了相同的結(jié)果，表明APR具有激活內(nèi)源性脂聯(lián)素受體發(fā)揮骨代謝作用的能力[38]。此研究支持APR可以作為一種有效的方法來治療2型糖尿病相關(guān)性牙周炎。此外，脂聯(lián)素可通過激活AMPK減輕線粒體損傷，從而逆轉(zhuǎn)成骨細胞損傷，促進糖尿病環(huán)境下鈦種植體周圍的骨結(jié)合[32]，脂聯(lián)素作為一種新的有前途的活性成分有望改善糖尿病患者鈦種植體周圍骨組織的改建。腺病毒介導的脂聯(lián)素還可改善去卵巢骨質(zhì)疏松大鼠鈦種植體周圍骨結(jié)合[39]，可能成為在骨質(zhì)疏松條件下進行種植體植入的新策略。

5 總 結(jié)

脂聯(lián)素是血漿中最普遍的脂肪細胞因子，也是一種經(jīng)典的抗炎藥物，通過adipoR1和adipoR2信號傳導機制減少了各種細胞類型的炎癥。不同的脂聯(lián)素多聚體顯示出獨特的生物學功能，它們可抑制肝細胞中葡萄糖的產(chǎn)生，促進骨骼肌中脂肪酸的氧化及葡萄糖的攝取。脂聯(lián)素水平的增加和脂聯(lián)素信號傳導的增強可能有助于改善代謝疾病中骨骼的病理變化，而脂聯(lián)素受體為治療各種代謝性疾病提供了藥物靶標，直接增加脂聯(lián)素信號傳導或間接增加脂聯(lián)素血清水平為治療代謝性骨骼疾病提供了新的治療思路。由于過高脂聯(lián)素導致的骨代謝疾病，也可通過抑制脂聯(lián)素的信號傳導，降低血清中脂聯(lián)素的水平，使疾病得以改善。adipoR1具有骨合成代謝作用，各種生理或病理條件下，骨中脂聯(lián)素受體的表達狀態(tài)可以決定脂聯(lián)素對骨骼的作用。解決這些問題將為理解脂聯(lián)素在骨骼上的真正作用提供重要的理論依據(jù)。