IRAK-4对成骨细胞分化BMP-Smad通道的影响

刘晓春黄 东* 于明圣申宽宏黄永军牟 勇

（1 广东医学院，广东 广州 524023；2 广东省第二人民医院，广东 广州 510317；3 南方医科大学，广东 广州 510515）

IRAK-4对成骨细胞分化BMP-Smad通道的影响

刘晓春1黄 东2* 于明圣1申宽宏3黄永军2牟 勇2

（1 广东医学院，广东 广州 524023；2 广东省第二人民医院，广东 广州 510317；3 南方医科大学，广东 广州 510515）

IRAK-4；骨形成；BMP-Smad通道

骨形成是一个复杂现象，当骨折发生时，附近骨髓中的间充质干细胞在细胞外基质和损伤部位的各种细胞因子刺激激活下发育分化成为成骨细胞[1]。之后，经过成骨细胞增殖、细胞外基质成熟和矿化等三个阶段，最终完成骨形成过程。这些过程易受多种因素的影响。其中成骨细胞的作用为合成骨基质，由间充质干细胞分化发育形成[2]。破骨细胞的作用为降解骨基质，由骨髓单核巨噬细胞分化演变而成。各种病理因素均可介导骨折愈合，血运不佳、严重感染、炎症性疾病等均可导致愈合明显延迟甚至骨不连发生。因此，更深入了炎症对骨折愈合的影响机制，采取有针对性保护措施，将为临床提供更好治疗手段和策略。IRAK-4是炎性反应中关键的激酶，还是内毒素胞内信号转导的最关键分子，在炎性反应中扮演着举足轻重的关键角色[3]。骨形成蛋白(Bone morphogenetie protein，BMP)、核心结合因子等信号通道是控制成骨细胞分化的关键因素。因此，本文重点研究IRAK-4对成骨细胞分化过程中关键的BMP-Smad通道的调控作用和意义进行综述。

1 影响成骨细胞分化的活性因子

转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）在骨形成中作用复杂，对成骨细胞呈激活和抑制双向效应。TGF-β能诱导成骨细胞合成细胞外基质（extracellular matrix，ECM），促使成骨细胞ECM组分表达，并且还与类成骨细胞向ECM的趋化及后者对靶细胞的识别有关[4]。骨形成蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)最初因其具有诱导骨形成的作用而得名，是控制成骨细胞分化的关键因子之一。BMP是转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族中最大的蛋白家族，BMP-2、4、5、7能有效促进骨髓基质干细胞向成骨细胞分化，诱导骨的形成，其中BMP-2活性最强[5]。成骨细胞膜上有BMP受体（bone morphogenetic protein receptor，BMPR），它通过与机械刺激产生的BMP结合被激活，然后作用于细胞质内下游Smad。Smad蛋白是近年发现的新的细胞内信号传导蛋白，可分为调节Smads（receptor-regulated-Smad，R-Smad）即Smad1、2、3、5、8、9和共同介导Smads（Smad4）、抑制性Smads(Smad6、7)。与成骨细胞分化关系密切的是Smad1和Smad5[6]。Smad1、5 、8末端丝氨酸残基被BMPR-Ⅰ磷酸化，随后2个或1个R-Smad与1个Smad4以异源三聚体或异源二聚体的形式进入核内，作用于成骨细胞特异性转录因子Cbfα1、Osterix等基因序列并上调其表达[7]。

除TGF-β超家族外，还有多种活性因子共同参与调节成骨细胞分化。如外胰岛素生长因子-1，它是长骨生长的必需因子，可以刺激OB增殖分化，增加Ⅰ型胶原合成、ALP活性及骨钙素产生。这些活性因子在成骨细胞分化中起到重要作用。

2 IRAK-4对骨BMP-Smad通道的影响机制

炎症发生时中性粒细胞的过度激活产生大量炎性介质，被激活的巨噬细胞、中性粒细胞释放大量炎性介质，并随之产生大量促炎细胞因子，如TNFα、IL-1等，引起细胞黏附分子上调和白细胞活化以及许多其他递质，爆发一系列连锁反应。NF-κB是炎性反应中关键的转录因子，能与TNFα、IL-1等多种细胞因子、黏附分子基因启动子部位的位点发生结合，增强这些基因的转录和表达。通常情况下，NF-κB分子与IκB分子结合，结合后NF-κB的核定位序列NLS被掩藏，从而使NF-κB以非活性形式存在于细胞质中。在炎症启动时TLR家族的受体被激活，动员IRAK-1、IRAK-4在受体上结合，并与Toll样蛋白(toll-interacting protein，Tollip)相互作用、MyD88及TRAF6结合后形成受体复合物；此时IRAK-1被IRAK-4磷酸化，并启动IRAK-1的自动磷酸化过程，最终形成IRAK-1的超磷酸化状态。IRAK-1构型发生改变，导致与受体复合物的亲和力下降而分离，并与TRAF6形成复合物，导致TRAF6发生低聚作用，进一步通过转接蛋白TAB激活转化生长因子B活化激酶和NF-κB诱导激酶，NF-κB诱导激酶随即活化IκB激酶，使IκB磷酸化并最终降解。IκB降解后NF-κB的核定位序列暴露出来，从而去除了对NF-κB的抑制作用，导致NF-κB活化，进入细胞核[8-10]。激活的NF-κB活化IL-1、TNF-α等促炎因子，进而诱发下游的瀑布炎性反应，造成组织的炎症损伤。另外，NF-κB可以调控任何含有κB位点的基因转录。Smad7是NF-κB的一个转录靶点[11]，Smad6、7可以抑制其它Smads的磷酸化或者抑制调节Smads与共同介导Smads（Smad4）的结合[7]。所以当NF-κB活化后通过Smad7影响Smad1和Smad5的作用使它们不能进入核内，无法作用于成骨细胞特异性转录因子而影响成骨细胞的分化。

骨折的愈合过程是破坏清除和新生修复共存的过程[12]，骨折伴随炎症常常延迟其愈合时间，其中促炎细胞因子对成骨细胞分化通道的抑制可能是成骨细胞分化抑制的主要因素。IRAK-4是炎性反应关键激酶，充分研究其调控机制，设计出针对IRAK-4特异性的药物，或者通过基因治疗手段干预IRAK-4表达水平，阻断IRAK-4激酶活性，都将为拮抗炎症因子活性进而有效促进成骨细胞分化、促进骨折愈合提供新思路。

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R-03

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1671-8194（2013）23-0053-02

*通讯作者：E-mail：5520680lxc@163.com