曾俊銘，賀小寧

（海南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院口腔科，海南 ?？?570100）

隨著人口老齡化及人類壽命延長，現(xiàn)已有超過2 億 人 口 罹 患 骨 質(zhì) 疏 松 癥（osteoporosis）［1］；與 此 同時，世界上超過10%的成年人正遭受嚴(yán)重牙周?。╬eriodontal disease）的侵襲［2］，這二者會降低人們的生活質(zhì)量并加劇財政負(fù)擔(dān)。究其本質(zhì)，兩種疾病均為過度骨吸收所致。

作為礦化組織中SIBLING（小整合素結(jié)合配體N-連接糖蛋白）家族成員，骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP）是促進(jìn)/誘導(dǎo)骨形成和骨吸收（bone resorption）的主要骨非膠原細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)，它通常由成熟的成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞和血小板產(chǎn)生。BSP具有多種生理功能，包括基質(zhì)礦化，促進(jìn)破骨細(xì)胞（osteoclast，OC）分化與附著，以及骨吸收形成等。如果BSP 水平出現(xiàn)異常，則與人體破骨細(xì)胞異常分化和骨吸收活動等有關(guān)的疾病，如骨質(zhì)疏松癥和乳腺癌等多種惡性癌癥將會發(fā)生。

OC 是骨吸收的唯一細(xì)胞，它由單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來，并在骨骼的發(fā)育和形成以及骨改建過程中發(fā)揮重要作用。生理學(xué)上骨的重塑是一個包含5 個階段的過程，包括靜止、活化、再吸收、形成和礦化，而OC 正是骨吸收階段的關(guān)鍵參與者。OC的異常產(chǎn)生和激活可導(dǎo)致骨細(xì)胞數(shù)量的抑制，并引起相關(guān)疾病如骨質(zhì)疏松和牙周病。本文對BSP 的生物作用以及全身疾病的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 BSP 的生物化學(xué)性質(zhì)及分布

BSP 正?？梢娪诠趋澜M織如骨、軟骨、牙本質(zhì)和牙骨質(zhì)，由成骨細(xì)胞、OC 等骨相關(guān)細(xì)胞合成，在脛骨和無細(xì)胞牙骨質(zhì)中染色最明顯［3］，同時也在唾液腺和主動脈等中表達(dá)［4］。

BSP 和骨橋蛋白（OPN）以及牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白-1（DMP1）和 牙 本 質(zhì) 磷 蛋 白（DSPP）等 共 同 構(gòu) 成SIBLING 家族（小結(jié)合素配體N-連接糖蛋白）［5］。該成員通常含1 個細(xì)胞位點結(jié)合（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸，RGD）氨基酸序列以及數(shù)個糖基化位點和磷酸化位點［5］。所有成員基因均在人類4 號染色體上可發(fā)現(xiàn)（小鼠則為5 號染色體）［6］。BSP 占非膠原蛋白質(zhì)的10%～15%，經(jīng)過在細(xì)胞內(nèi)的一系列轉(zhuǎn)化過 程， 包 括Tyr 硫 化、N-和O-糖 基 化、Ser 磷 酸 化、等，最終表觀分子量為60～80 kDa。

在細(xì)胞外，BSP 通過RGD 序列，與細(xì)胞膜表面的整合素如αvβ3 等相結(jié)合［7］，同時在與細(xì)胞附著時，其余氨基酸序列亦有參與［7，8］。酸性磷酸蛋白在HA（羥基磷灰石）的形成過程中起著直接作用，而BSP 是最有效的成核子［9］，但酒石酸鹽耐酸性磷酸酶（TRAP）通過部分磷酸化也參與了BSP 的細(xì)胞附著［10］。磷酸化BSP 的主要蛋白激酶是經(jīng)典酪氨酸激酶II（FIPK），主要磷酸化位點在N 末端半部，在C 端半部僅存在輕微磷酸化或無［11］。上述修飾也在一定程度上決定了BSP 的生物功能。

2 BSP 的生物作用

2.1 BSP 在骨及牙骨質(zhì)形成中的作用

BSP 和OPN 是骨骼中的主要磷酸化蛋白，對礦化組織具有特異性，在胚胎發(fā)育中，BSP 在骨形成時開始表達(dá)，在初級骨化過程中達(dá)到最大，并可通過上調(diào)cbfa1 和osterix 刺激成骨細(xì)胞分化。早期對純化蛋白的體外研究強調(diào)了BSP 啟動HAP 晶體形成的能力，同時免疫標(biāo)記和生化研究表明，BSP 與骨基質(zhì)的I 型膠原支架密切相關(guān)［13，14］。BSP 在體外和體內(nèi)時均可誘導(dǎo)礦化組織的出現(xiàn)［15，16］，當(dāng)BSP 加入含有磷酸鈣（Ca-P）的穩(wěn)定瓊脂糖凝膠體系中時，被證明是形成HA 的有效成核劑［16］。在鈣化組織中，蛋白質(zhì)磷酸化在生物礦化時必不可少，而絲氨酸136 磷 酸 化 則 是BSP 介 導(dǎo)HA 晶 體 的 關(guān) 鍵［11，18］。因此，筆者認(rèn)為BSP 是成骨細(xì)胞的重要標(biāo)志物之一［12］。

由于BSP 含有多個氨基酸序列，它們通過結(jié)合細(xì)胞膜表面的整合素，從而完成細(xì)胞附著，細(xì)胞運動，細(xì)胞機械傳導(dǎo)和細(xì)胞跨膜信息傳導(dǎo)等一系列生物學(xué)行為［17］。由骨純化來的BSP 可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和體內(nèi)外新骨沉積［23，26］，這些作用可能與其N末端的糖基化相關(guān)［19］。過表達(dá)的BSP 可促進(jìn)成骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)和結(jié)節(jié)形成，而抑制BSP 表達(dá)時也會抑制成骨樣細(xì)胞標(biāo)志物產(chǎn)生和結(jié)節(jié)出現(xiàn)［20，21］。在牙根發(fā)育過程中，BSP 由成牙本質(zhì)細(xì)胞分泌，在無細(xì)胞和細(xì)胞牙骨質(zhì)中沉積，并且在牙骨質(zhì)、牙槽骨形成與礦化以及牙周功能中起重要作用，缺乏BSP 可減少磨牙和切牙根部無細(xì)胞牙骨質(zhì)的形成，并使牙骨質(zhì)礦化減少［17，22］。并且在牙骨質(zhì)、牙槽骨形成與礦化BSP 通過促進(jìn)牙根表面的礦化來提供Sharpey 纖維的插入，從而使牙齒與牙槽骨和無細(xì)胞纖維外源牙骨質(zhì)（AEFC）牢固附著，從而對牙槽骨形成產(chǎn)生至關(guān)重要作用。而臨近新牙骨質(zhì)的成骨細(xì)胞也同時出現(xiàn)BSP 的高表達(dá)［23］。缺乏BSP 蛋白小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的牙周分解，包括骨質(zhì)減少，PDL 紊亂以及牙槽骨破壞［24］，以上均說明BSP在骨形成中起到不可或缺的作用。

2.2 BSP 在破骨細(xì)胞分化和骨吸收中的作用

2.2.1 BSP 與破骨細(xì)胞間的關(guān)系 骨的吸收由一個復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò)來控制，其中包括激素，趨化因子、細(xì)胞因子等。 RANKL（核因子 kappa B（RANK） 的受體激活劑）是連接上述骨骼和免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵分子，通過刺激激活RANK 下游的信號通路，從而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞成熟來控制骨吸收的情況［25］，是破骨細(xì)胞的重要分化因子。另一方面，OPG（骨保護(hù)素）作為一種可溶性蛋白質(zhì)，可與RANKL 結(jié)合并阻止其與RANK 相互作用，從而抑制OC 細(xì)胞成熟，是破骨細(xì)胞成熟的負(fù)調(diào)節(jié)因子［26］。RANK 在破骨細(xì)胞及其前體中表達(dá)，而RANKL 通過對RANK 的調(diào)控，從而促進(jìn)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞中的基因表達(dá)，而這一過程通常來自于成骨細(xì)胞［27］。BSP 可以促使破骨細(xì)胞生成NFAT-2（活化T 細(xì)胞核因子-2）［28］，而在破骨細(xì)胞的末端分化過程中，NFAT-2 在RANKL 誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄程序中起著不可或缺的作用。一系列的刺激導(dǎo)致OC 細(xì)胞生成、并調(diào)節(jié)細(xì)胞存活和骨吸收活性。BSP 可以增加RANKL誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體的骨吸收能力，并可以提高細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平，而破骨細(xì)胞的活化亦可提高細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平，而鈣調(diào)磷酸酶-NFAT 通路可以維持破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞活性的平衡調(diào)節(jié)［29］。

Foster 等［30］發(fā)現(xiàn)BSP 能促進(jìn)破骨細(xì)胞分化和骨吸收，并且與RANKL 協(xié)同發(fā)揮這些功能。以上這些體外研究結(jié)果表明：（1）BSP 通過與OC 表面受體整 合 素αVβ3 和RANKL 結(jié) 合，加 強RANKL 調(diào) 節(jié)OC 細(xì)胞分化的能力；再結(jié)合OC 表面受體RANK，促進(jìn)OC 附著和分化以及骨吸收；（2）BSP 還與其它分子發(fā)生相互作用。

2.2.2 BSP 在骨吸收中的作用 敲除BSP 基因之后導(dǎo)致骨形成減少，同時骨吸收也減少［31］，但會導(dǎo)致OPN（骨橋蛋白）的上升［32］。BSP-脾細(xì)胞培養(yǎng)指出缺乏BSP 會導(dǎo)致破骨細(xì)胞前體（POC）及OC 形成受損，同時破骨細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)亦降低，并導(dǎo)致發(fā)育性骨礦化缺陷［34］。在過度表達(dá)BSP 的小鼠的小梁骨中，OC 表面和數(shù)量增加了一倍，并且在轉(zhuǎn)基因骨髓培養(yǎng)中，OCs 的數(shù)量及其在體外的再吸收活性增加［33］。而在BSP-脾細(xì)胞培養(yǎng)中，加入外源性BSP 或其他含有RGD 的蛋白質(zhì)，可明顯通過αvβ3整合素信號通路重新形成多核破骨細(xì)胞，但不能恢復(fù)破骨前細(xì)胞數(shù)量或其基因表達(dá)譜，這表明內(nèi)源性BSP 在調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的作用效果優(yōu)于外源性BSP［33］。

2.3 BSP 和全身疾病

BSP 作為樞紐基因，也被證明與骨質(zhì)疏松癥患者以及動脈粥樣硬化的共同機制中發(fā)揮重要作用［35］。侵襲性牙周炎（AgP）多伴隨嚴(yán)重的牙周附著和骨骼喪失，并可導(dǎo)致早期牙齒脫落，通常影響年輕人，在侵襲性牙周炎患者的牙槽骨活檢中可發(fā)現(xiàn)，BSP 和rankl 的m-RNA 的水平上調(diào)［36］。通過初始牙周治療可抑制破骨細(xì)胞功能來預(yù)防骨質(zhì)流失，BSP 水平在初始牙周治療后顯著下降［36］，這也說明BSP 影響破骨細(xì)胞分化與調(diào)節(jié)［37］。

BSP mRNA 的表達(dá)可能參與糖尿病和骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展［48］。BSP 的異常表達(dá)，和乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌以及非小細(xì)胞肺癌患者的惡性腫瘤預(yù)后不良密切相關(guān)［38-40］。如Paget 病患者的平均血清BSP 濃度為（32.3±17.3） μg/L［41］。隨著骨量的降低，血清BSP 的含量也逐漸降低［39］，大多數(shù)理論認(rèn)為BSP 通過結(jié)合αVβ3 整合素來促使乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移。同時，在敲除αVβ3 整合素之后，細(xì)胞的侵襲與遷移能力出現(xiàn)明顯下降。因此，有文獻(xiàn)提出BSP 可以憑借調(diào)控該受體的表達(dá)以及與其結(jié)合來調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)移［42］。尤其是在骨轉(zhuǎn)移ER 乳腺癌中，乳腺癌細(xì)胞分泌BSP 從而募集破骨細(xì)胞前體，可誘導(dǎo)患者骨轉(zhuǎn)移，而不是直接影響癌細(xì)胞的生長或運動，這一過程可被綠原酸（CGA）所抑制［43］。目前，并沒有有效和安全的方案來預(yù)防乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)。而CGA 在植物提取物中含量豐富，對長期預(yù)防性治療的副作用最小，可以考慮推廣使用。在骨轉(zhuǎn)移的前列腺癌中，BSP是最重要的幾個表達(dá)基因之一［44］。胰腺腺癌患者手術(shù)切除腫瘤后復(fù)發(fā)者仍不在少數(shù)，而BSP 作為接受腫瘤切除的胰腺腺癌患者的生物標(biāo)志物，有助于建立新的術(shù)前分層策略，從而更好地篩選出需要腫瘤切除的患者［45］。在上述多種惡性腫瘤中均出現(xiàn)BSP 表達(dá)，說明BSP 在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中起到非常重要的作用。

肝硬化是慢性肝病的常見終末期，而代償期患者大多均無明顯癥狀，研究表明BSP 血清水平與門靜脈壓力及其替代物（如血小板計數(shù)，門靜脈橫截面積）呈負(fù)相關(guān)，并與門靜脈血流速度呈正相關(guān)［46］。BSP 可能代表肝硬化患者以前未識別的門靜脈高壓標(biāo)志物。而在危重癥患者中，BSP 循環(huán)水平也出現(xiàn)明顯升高［47］，這也說明BSP 在危重病病理生理學(xué)中具有以前未被識別的功能。

3 總結(jié)與展望

BSP 是具有多功能的主要骨細(xì)胞外基質(zhì)非膠原蛋白，它可與αVβ3、αVβ5 和RANKL 發(fā)生相互作用，促進(jìn)OC 附著和分化以及骨吸收，從而影響一系列骨吸收性疾病如牙周炎、骨質(zhì)疏松，以及多種惡性腫瘤的骨轉(zhuǎn)移。同時也可作為肝硬化患者及危急癥患者診斷的血清標(biāo)志物之一。但是目前具體的機制尚未明確，因此明確BSP 促進(jìn)OC 分化和骨吸收的具體分子機制，適當(dāng)?shù)刈璧KBSP 功能，可達(dá)到調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞成熟與分化，進(jìn)而預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松和牙周病等骨吸收相關(guān)疾病、抑制乳腺癌、前列腺癌等惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移的可能性。在應(yīng)用研究方面，目前的研究主要仍采用的是體外合成培養(yǎng)的BSP，在效用方面仍弱于內(nèi)源性BSP。臨床級天然BSP 的大規(guī)模生產(chǎn)、純化、制備和保存等諸多核心環(huán)節(jié)仍面臨瓶頸問題，需要進(jìn)一步研發(fā)和優(yōu)化的提取和純化技術(shù)，改進(jìn)BSP 的生產(chǎn)體系并進(jìn)行嚴(yán)格的驗證，這也是未來發(fā)展的重點。

作者貢獻(xiàn)度說明：

曾俊銘：執(zhí)筆撰寫；賀小寧：審校。

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。