Cbfα1因子表达与人非创伤性股骨头坏死关系的研究进展

靳志海，韩文兴，李 蕾，马 华(综述)，李哲海(审校)

(1.内蒙古医科大学第三附属医院骨科，内蒙古 包头 014010； 2.内蒙古医科大学第一附属医院骨科，呼和浩特 010050；3.邯郸市中心医院口腔科，河北 邯郸 056001)

非创伤性股骨头坏死(non traumatic femoral head necrosis，NONFH)又称为股骨头无菌性坏死或股骨头缺血性坏死，是因人体股骨头局部区域的血流受阻进而使股骨头处的骨组织细胞缺血缺氧导致坏死引起的疾病。30～50岁的中青年往往容易得此病，近年来由于酗酒人群的不断增加和激素的广泛应用等因素，发病人数呈加速上升趋势，对其预防和治疗已成为全球性的重要健康问题之一[1]。治疗早期NONFH的方法有很多，但大多效果欠佳，最终只能选择关节置换手术。目前，在多种疑难疾病中，基因治疗越来越得到广泛应用，经临床验证，临床效果显著优于一般药物的疗效[2]。核心结合因子α1(core binding factor alphal 1，Cbfα1)是成骨细胞的一个关键的转录因子，在成骨细胞分化中是必不可少的；学者们通过研究Cbfα1在NONFH局部发生、发展过程中的表达变化，希望在基因水平进一步认识NONFH的发病机制，这可能是防治NONFH的新切入点。

1 Cbfα1的结构特点

Cbfα1属于Cbfa家族，又称为多瘤病毒增强子结合蛋白(polyomavirus enchancer binding protein，PEBP)或急性髓系白血病因子及Runx2(runt related gene 2)，是runt结构域基因家族中的转录因子，许多靶基因上的PyGPyGGTPy序列可被Cbfα1特异地识别并与之结合，从而产生不同的生物效应[3]。Cbfα1的表达起源于远侧的P1和近侧的P2这两个启动子，其中P2启动子可能与骨密度有关，P2活性越高，骨密度越高；有研究认为，通过控制Cbfα1的开关可以影响骨密度的高低[4]。另外，在Cbfα1基因5′端序列中至少有3个自身结合位点，只要存在一个完整的自身结合位点，过量表达的Cbfα1可以反馈抑制该基因的继续表达，说明Cbfα1的表达和活化具有自身负反馈特点[5]。

2 Cbfα1的功能和调控

2.1Cbfα1对成骨细胞的作用 成骨细胞的关键转录因子是Cbfα1，它在成骨细胞分化中是不可或缺的。关于Cbfα1过表达对成骨细胞系分化作用的一些报告已经发表[6-7]。Shinsuke等[8]用5 mg甲泼尼龙醋酸盐注入到15周龄雌性高血压大鼠(注射类固醇的原发性高血压大鼠)体内，将已浸入Cbfα1复合腺病毒液体的聚乳酸移植到一个深1.5 mm的孔内(这个孔在注入类固醇5周后的股骨头上)，实验证明，成骨细胞的浸入和保留通过多孔支架来实现，传递Cbfα1转基因病毒载体的基因转染促进骨形成和骨再造。但是，在其临床应用之前，在体外和体内使用原始细胞的基础研究是必要的。Cbfα1存在两个主要的亚型：PEBP2A和TIL-1，每个亚型由不同的激活子调控[9-10]。Benerjee等[11]报道，Cbfα1的两种亚型在成骨细胞分化上存在功能差异。以前关于Cbfα1过表达对成骨细胞分化作用的报告只专注于PEBP2A，但是，关于这两个亚型在成骨细胞分化中作用不同的比较少有报道。Kojima等[12]假设Cbfα1基因的过表达在体外和体内促进成骨细胞快速分化，并利用携带两个Cbfα1亚型的腺病毒载体转染间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC)源性骨祖细胞，发现Cbfα1基因的转染诱导腺病毒载体，明显刺激成骨细胞体外分化；TIL-1在体外促进成骨细胞快速分化比PEBP2A更有效[13]。为了确认TIL-1过表达的可用性，Kojima等[12]和Li等[14]将TIL-1过表达的成骨细胞/多孔陶瓷复合材料移入菲舍尔鼠(骨髓移植模型大鼠)的异位(皮下)和原位(骨缺损)，检测了7～10 d内的骨钙素高表达，结果表明，矿化的增加不是因为腺病毒感染，而是因为Cbfα1/TIL-1的过表达。由此可见，Cbfα1基因在成骨细胞分化和骨形成中有重要的调节作用[15]。Cbfα1不仅控制成骨细胞的分化，而且还调控已分化的成骨细胞的功能。Ducy等[15]和Yang等[7]利用在出生后就已经分化的成骨细胞小鼠研究这些小鼠中过表达Cbfα1 DNA结合区的转基因，结果发现，内源性Cbfα1的功能被过量表达显性失活的Cbfα1抑制，促使成骨细胞合成和分泌骨基质下降，但它对骨吸收却没有明显影响，最终在最初的2周内就使转基因小鼠发生骨量丢失；此外，与Cbfal基因剔除(Cbfα1-/-)小鼠相比，这类转基因小鼠拥有正常数量的成骨细胞，但是成骨细胞的功能发生了变化(降低)，同时受Cbfα1调控的成骨基因(如骨桥蛋白、骨钙蛋白、骨涎蛋白)的表达也显著下降。

2.2Cbfα1的表达及调控 Cbfα1最早在早期发育的间质细胞集缩处的细胞中表达，这些细胞是成骨细胞和软骨细胞的前体，随后只表达于肥大化软骨细胞和成骨细胞系中。成骨细胞分化的多种生长因子和激素可以参与Cbfα1的表达调控[16-17]，骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)是成骨细胞分化和骨形成最有效的诱导因子[18]。Sheu等[19]认为，骨再生需要许多因子之间相互作用，包括BMP、生长因子和转录调节因子。Runx2/Cbfα1转录因子和BMP-2在体外和体内的相互协同作用刺激成骨细胞分化，作为对这个概念的初步测试，有人利用腺病毒表达载体(AdCMV-Runx2和AdCMV-BMP2)在C3H10T1/2的多能干细胞系中对BMP2和Runx2基因之间的相互作用进行了检测,结果表明，在骨生成的过程中，Runx2和BMP-2具有互补的作用，它们的协同作用对最佳骨形成可能是必要的[18-19]。

Cbfα1的表达和功能可以通过自身启动子的负调控机制自动调控[19]。在鼠的Cbfα1启动子区至少有三个Cbfα1识别位点，Cbfα1启动子活性通过Cbfα1蛋白的过表达来下调，一个 Cbfα1位点就足以抑制转录，这种自我调控严格控制Cbfα1的表达，从而调控骨相关基因的表达和成骨分化[20]。

3 Cbfα1和NONFH之间的关系

Shinsuke等[8]用动物模型实验结果证明，Cbfα1转基因病毒载体的基因转染促进NONFH骨形成和骨再造。Lin等[21]研究了骨组织的MSC，发现在成骨细胞分化中，Cbfα1在其转导通路中起着重要的作用。马新龙等[22]通过研究股骨头坏死大鼠模型证明，Cbfα1在激素性股骨头坏死中是低表达的，它通过抑制成骨细胞的活性，促进骨吸收，导致股骨头坏死的发生。Li等[23]将45只兔子随机分为三组：一组是空白对照组(未经过治疗)，一组是NONFH对照组(经过诱导但未治疗的股骨头缺血性坏死)，一组是MSC移植组(被MSC移植诱导、治疗的股骨头坏死),结果表明MSC移植组Cbfα1在骨组织的mRNA水平，显著高于坏死对照组；此外，Cbfα1在MSC移植组的总蛋白量也显著高于NONFH对照组。胡敏等[24]和赵宏斌等[25]分别在股骨头坏死动物模型实验中用药物上调Cbfα1，结果表明Cbfα1在这些动物模型中促进骨坏死的修复。

以上股骨头坏死动物模型实验已证明在正常骨组织中，Cbfα1因子促进骨细胞的分化，修复骨坏死组织；在股骨头坏死的发病机制中，Cbfα1因子在股骨头坏死中是低表达的，对探索部分股骨头坏死的发病机制有一定意义。

4 小 结

Cbfα1是一个促进成骨细胞发育、分化的特异性很高的转录因子，对骨骼正常的发育起着重要的作用。目前，国内外对Cbfα1在人类股骨头坏死发生、发展过程中所起作用的研究甚少。只有少量的关于Cbfα1因子的药物、股骨头坏死动物模型研究，研究课题——人NONFH股骨头局部Cbfα1表达的实验研究就是进行人体股骨头标本的Cbfα1的表达实验研究，证明NONFH的发病机制之一是通过下调Cbfα1在NONFH局部区域的表达，致使成骨细胞数量减少来实现的，为利用药物上调Cbfα1在股骨头坏死股骨头局部中的表达，促进股骨头坏死部部分成骨细胞的分化提供理论依据。

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