骨桥蛋白(osteopontin, OPN)是细胞外基质中一种重要的分泌型磷酸化糖蛋白。1979年, Senger DR等^〔1〕在恶性转化的上皮细胞株中首次发现了骨桥蛋白, 时称转化相关性磷酸蛋白。1985年, Franzen A等^〔2〕从骨基质中分离出来而得名。作为一种新型的细胞因子, 骨桥蛋白参与多种生命现象, 如骨代谢、肿瘤的生长转移、信号转导、细胞凋亡、炎症与免疫和再生修复等^〔3-5〕。近年来研究表明, OPN在氟中毒的发生、发展中起着重要作用, 并可能成为氟中毒诊断、预后判定的一个新的生物学标志物^〔6〕。本文对骨桥蛋白与氟中毒肝损害的关系研究进展做一综述, 以期为氟中毒的肝病防治工作提供参考依据。

1 骨桥蛋白的分子生物学特点 1.1 骨桥蛋白的分子结构与表达调控

不同种属生物的骨桥蛋白基因编码略有不同。编码人骨桥蛋白的基因位于4号染色体q13, 为一单拷贝基因, 长约5.4~8.2 c, 编码序列包括7个外显子和6个内含子。编码大鼠骨桥蛋白的基因定位于5号染色体ric区。骨桥蛋白基因所编码的蛋白质含有特异的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)氨基酸序列, 这与许多细胞外基质蛋白中的黏附序列相同, 在骨桥蛋白的黏附功能方面起重要作用。骨桥蛋白分子另外1个结构特征是在距RGD序列羧基端6个氨基酸残基处存在1个凝血酶的作用位点。骨桥蛋白分子可被凝血酶水解为1个氨基端片段和1个羧基端片段。骨桥蛋白基因启动子上有多个应答元件, 包括转化生长因子β(TGF-β)、高糖、葡萄糖胺等; 并且有活化蛋白-1(AP -1)的结合位点及核因子-кB (NF-кB)的调控位点^〔7-8〕。因此, 骨桥蛋白可受多种因素调控从而发挥相应的生理及病理作用。骨桥蛋白具有组织细胞特异性, 可以多种不同的成熟形式存在于不同动物的各种组织, 如骨、肝、肾、脑, 同时也存在于正常体液内, 如血清、尿液。

研究表明, 人类骨桥蛋白基因选择性地进行RNA剪接, 也发现了各种磷酸化形式不同的骨桥蛋白亚型, 这些剪接体及不同亚型的功能仍不清楚。多种激素、生长因子、细胞因子能调节骨桥蛋白的表达。表皮生长因子(EGF)能通过磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)信号途径, 以一种剂量及时间依赖性的方式, 增加骨桥蛋白mRNA及蛋白质的表达; PI3K的特异性抑制剂能引起EGF诱导的骨桥蛋白表达明显减少^〔9〕。血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)能通过P38丝裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)信号通路上调骨桥蛋白mRNA的表达^〔10〕。肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血小板源性生长因子(PDGF)、内皮素-1(ET-1)也能上调骨桥蛋白。

1.2 骨桥蛋白的蛋白质修饰及受体

骨桥蛋白通过与整合素家族、CD44家族、纤维连接蛋白(FN)胶原及骨钙蛋白等多种配体结合而发挥相应的生物学效应, 其生物学效应包括:细胞趋化、黏附作用, 参与血管钙化、免疫调节、组织重塑、细胞再生, 还影响细胞间信息传递及基因表达等。

骨桥蛋白通过蛋白裂解来调整其结构与功能。骨桥蛋白包含一个有生物学活性的凝血酶裂解位点, 其大多数已知的生物学活性均来源于它的N末端裂解片段。骨桥蛋白也能被某些基质金属蛋白酶(MMP)特异性裂解, 已发现3个MMP-3裂解位点, 其中的2个位点对MMP-7也敏感, 但MMP裂解的意义仍不清楚。

骨桥蛋白通过2个邻近但不同的序列GRGDSVVYGLR结合许多整合素。RGD结合的整合素包括αv类(αvβ3, αvβ1, αvβ5)及α8β1, α5β1;SVVYGLR结合的整合素包括α4β1, α9β1, α4β7;骨桥蛋白还能与细胞表面受体CD44及V6、V7剪接体结合。骨桥蛋白与受体相互作用的活化信号途径主要包括局部粘附激酶(FAK)、核因子-кB (NF-кB)、RhoA及PI3K等途径。骨桥蛋白受体结合的多样性比其他细胞外基质(ECM)蛋白要多得多, 这也是其功能多样性的基础。

2 骨桥蛋白的细胞生物学特点 2.1 骨桥蛋白的细胞和组织表达

骨桥蛋白在正常人类组织中分布广泛, 骨组织及非骨组织尤其是上皮组织均表达骨桥蛋白, 血液、尿液、乳汁及胆汁中均可检测到骨桥蛋白。免疫细胞包括单核细胞、树突细胞、T细胞、B细胞及自然杀伤细胞(NK), 非免疫细胞包括平滑肌细胞、上皮细胞、内皮细胞、纤维母细胞、成骨细胞及一些肿瘤细胞均表达骨桥蛋白。在正常肝脏组织, 骨桥蛋白表达很少, 在病理过程中, 骨桥蛋白会出现高表达, 主要表达在活化的枯否细胞、肝巨噬细胞及星型细胞等^〔11〕。

2.2 骨桥蛋白的生物学活性

最初认为骨桥蛋白与骨质代谢及恶性疾病相关, 后来发现它还能调节肉芽肿的形成, 参与组织修复、纤维化及粥样斑块的形成。1989年, 骨桥蛋白作为一种早期T细胞活化因子(Eta-1)被分离出来, 是由活化的CD4+细胞表达, 它能引起巨噬细胞移行, 诱导I型细胞因子表达而发挥促炎作用; 另一方面, 它也能抑制诱导型NO合酶(iNOS)表达, 刺激B细胞产生免疫球蛋白而发挥抗炎作用^〔12〕。骨桥蛋白还能作为自然杀伤T细胞(NKT)的介质, 参与T细胞介导的肝脏疾病^〔13〕。

3 骨桥蛋白参与氟中毒肝损害的可能机制 3.1 骨桥蛋白与肝细胞凋亡

骨桥蛋白参与氟中毒肝细胞凋亡的可能机制是:氟中毒引起骨骼中的钙动员, 致使体液和软组织中出现大量的游离Ca²⁺, 诱发骨桥蛋白活化Ca²⁺通道引起肝细胞凋亡。氟可以通过与血清钙直接结合、激活成骨细胞导致对钙离子的需求增加以及减慢骨释放钙离子速度等方式来影响钙的正常代谢。研究表明, 氟化物可以影响G蛋白信号转导通路^〔14-15〕。G蛋白信号通路是由G蛋白、G蛋白偶联受体和腺苷酸环化酶(Adenylate Cyclase, AC)3部分组成。当氟与细胞受体结合后, 通过膜内G蛋白的转导作用, 改变了膜内侧靶酶AC的活性, 调节第二信使CAMP和Ca²⁺的生成。而骨桥蛋白在Ca²⁺介导的或Ca²⁺依赖的反应过程中, 骨桥蛋白的结构决定了其对游离Ca²⁺浓度变化的高度敏感性, 游离Ca²⁺水平的变化则可能通过影响骨桥蛋白与整合素αvβ3之间的相互作用, 进而影响整合素αvβ3依赖其配体的结构特征所产生的细胞信号, 启动细胞内Ca²⁺的转移, 使细胞内Ca²⁺浓度增高。Morimoto J^〔16〕等研究发现, 骨桥蛋白的表达与肿瘤坏死因子TNF-α呈正相关。罗昌霞等在白蛋白诱导肾小管上皮细胞凋亡的实验研究中已证实骨桥蛋白mR NA表达水平与细胞凋亡率变化呈正相关^〔17〕。

3.2 骨桥蛋白与肝细胞坏死、纤维增生

骨桥蛋白在正常肝组织表达很少, 但是在肝脏损害的病理过程中会出现高表达情况, 其主要表达在活化的枯否细胞、肝巨噬细胞及星型细胞。骨桥蛋白参与氟中毒肝细胞坏死、纤维增生的可能机制是当过量的氟进入体内, 引起肝细胞凋亡和肝的脂质过氧化损害时, 激活骨桥蛋白的转录, T细胞、巨噬细胞及病灶处多种细胞均可表达骨桥蛋白, 骨桥蛋白出现高表达。大量的骨桥蛋白能够促进白细胞附壁并向病灶处迁移。骨桥蛋白经凝血酶酶切以后, 其N一末端片段能够与巨噬细胞表面的CD44受体结合, 对巨噬细胞具有趋化功能; 而其C一末端片段则可与细胞表面的整合素受体αvβ1相互作用, 介导巨噬细胞的黏附和迁移。故骨桥蛋白促进巨噬细胞的活化, 释放炎症因子, 从而进一步导致肝细胞变性、坏死、纤维组织增生等肝损害。孔纯玉在研究中发现, 系统性红斑狼疮病人的肾组织骨桥蛋白表达增高后亦可诱导巨噬细胞活化产生炎症因子, 在加重肾损伤同时引起肝损害^〔18〕。而苗静等的研究也发现, 单侧输尿管梗阻第3 d时, 间质骨桥蛋白表达明显增加, 第10 d时, 肾间质巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)表达明显增加, 而后间质纤维化程度随之增强^〔19〕。

4 展望

目前, 骨桥蛋白与肝脏肿瘤, 非酒精性肝炎、肝纤维化报道较多^〔20〕, 对血管再狭窄等心血管损害的研究亦有报道^〔21〕, 而骨桥蛋白与氟中毒机体损害报道较少。有研究发现, 骨桥蛋白参与脂肪肝、肝癌、肝炎、肝纤维化的发病过程^〔22〕, 但具体的信号转导机制仍不清楚。而且关于骨桥蛋白在疾病检测中的研究较多, 在治疗中的研究很少, 且多是体外试验。因此, 探讨骨桥蛋白在氟中毒动物模型肝组织的表达及其相应的细胞内信号活化分子途径, 寻求下调骨桥蛋白表达、阻断其信号转导的靶位点, 对地方性氟中毒病的预防, 检测和治疗有较大的意义, 是今后的研究方向。