骨膜蛋白与糖脂代谢紊乱的研究进展

张莞，宋光耀

(1.河北医科大学研究生学院，石家庄 050017； 2.河北省人民医院内分泌科，石家庄 050051)

骨膜蛋白首先于1993年在小鼠胚胎成骨细胞前体细胞中作为细胞黏附蛋白被发现[1]，并命名为成骨细胞特异性因子-2(osteoblast specific factor-2，OSF-2)。随后Horiuchi等[2]使用OSF-2结构域的特异性抗体探寻其在小鼠和人类组织中的定位，揭示OSF-2在富含胶原蛋白且能承受机械应力的结缔组织(骨膜、牙周韧带、心脏瓣膜和肺等)中高表达，故更名为骨膜蛋白，由骨膜蛋白基因编码。

骨膜蛋白可由机体多种组织分泌，但表达水平不一，其在大多数健康成年人的组织器官内表达水平较低，但在肿瘤发生发展、心肌梗死后、过敏性疾病、炎症性病变(组织损伤及修复、纤维化等)中会出现表达水平上调的现象[3-5]。Amara等[6]通过骨膜蛋白启动子序列分析(旨在确定转录因子的结合位点)和小干扰RNA敲除等方法进行研究发现，与未经处理的HepG2细胞相比，经肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-17活化的细胞中骨膜蛋白信使RNA(messenger RNA，mRNA)表达水平出现不同程度的上调，并且与炎症因子水平呈剂量依赖性。

骨膜蛋白水平变化与糖脂代谢紊乱密切相关，并且在非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)和肝纤维化的发生发展中发挥重要的作用。明确骨膜蛋白在不同组织器官中的作用及相关信号转导通路，有助于及时明确疾病诊断并制订正确的治疗策略。现就骨膜蛋白与糖脂代谢、NAFLD和肝纤维化之间的关系进行综述。

1 骨膜蛋白的结构和功能

1.1骨膜蛋白的结构 骨膜蛋白是一种分子量为93 300的非结构性基质细胞蛋白，由811个氨基酸残基组成，具有多结构域空间结构，其C端为亲水结构域，N端由与轴突导向蛋白-1有同源性的四个内部重复区组成，与富含半胱氨酸残基的结构域相邻，该结构域可与多种细胞外基质蛋白直接结合发挥作用。

1.2骨膜蛋白的功能 作为基质细胞蛋白家族的一员，骨膜蛋白具有支撑细胞外基质结构、改变细胞外基质的理化特性、调节组织机械强度、平衡组织稳态和适应性的功能[7-8]。骨膜蛋白还能调节周围细胞的生物学行为，利用与细胞膜受体相互作用调节细胞内的信号转导进而影响细胞的增殖和分化等过程[9]。此外，骨膜蛋白可通过瞬时上调自身表达水平以应对靶组织的应激或损伤，重塑局部组织微环境[10]。

在肿瘤性疾病中，骨膜蛋白可通过与整合素受体结合，激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和黏着斑激酶介导的信号通路，调节下游基因，如胶原蛋白、趋化因子和纤维连接蛋白等的表达，促进肿瘤细胞的存活、血管生成、局部浸润和侵袭[11]。同时，骨膜蛋白还可与其他细胞外基质蛋白结合，增强Wnt信号通路转导，重塑局部肿瘤组织微环境，诱导肿瘤细胞自我更新和转移性扩散[12]。

在骨代谢中，骨膜蛋白可通过其结构域与多种细胞外基质蛋白结合：①与结构胶原相互作用，促进胶原交联和纤维生成；②与骨形态发生蛋白结合，调节成骨细胞的存活、增殖和分化，从而参与骨骼发育、骨折修复、骨质重塑等病理生理过程[13]。

2 骨膜蛋白与糖代谢

骨膜蛋白作为一种分泌型蛋白，可通过自分泌或旁分泌的方式参与糖代谢的调节。反之，不同个体间血糖值和胰岛素敏感性的差异亦会对骨膜蛋白水平产生影响。

Lu等[14]开展的一项动物实验发现，与野生型小鼠相比，骨膜蛋白基因敲除的db/db小鼠空腹血糖降低且胰岛素敏感性改善，随后经野生型小鼠颈静脉持续输注50%葡萄糖溶液1～2 d后小鼠肝组织骨膜蛋白mRNA表达水平出现显著而持久的上调，通过进一步研究揭示高糖通过糖类反应元件结合蛋白上调肝脏骨膜蛋白的表达水平。Luo等[15]以161例门诊患者作为研究对象，将其分为2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)组(n=83)和糖耐量正常组(n=78)，再以体质指数(body mass index，BMI)≥ 25 kg/m2为界点，将两组分为正常体质量亚组和肥胖亚组进行分析研究，结果显示血清骨膜蛋白水平由高到低依次为T2DM肥胖组、正常糖耐量肥胖组、T2DM正常体质量组、正常糖耐量-正常体质量组，说明肥胖和糖代谢异常对骨膜蛋白表达上调具有累加作用，Pearson相关分析显示骨膜蛋白与BMI、腰臀比、空腹血糖、餐后2 h血糖、稳态模型评估的胰岛素抵抗指数(homeostatic model assessment-insulin resistance index，HOMA-IR)呈正相关，且与HOMA-IR独立相关。刘文文等[16]为研究T2DM患者血清骨膜蛋白水平变化与胰岛素抵抗的关系进行的一项病例对照试验所得结论与Luo等[15]一致。而另一项临床研究结果显示，骨膜蛋白水平仅与腰臀比和HOMA-IR呈正相关，与BMI、空腹血糖和餐后2 h血糖无相关性[17]。基于此，该研究团队认为骨膜蛋白水平变化与体型的差异有关，因其在皮下脂肪和内脏脂肪的表达水平有差异，故单纯体重或血糖的变化不能全面解释骨膜蛋白水平的改变。综合上述观点，血清骨膜蛋白水平与胰岛素抵抗关系密切，其可通过影响胰岛素抵抗程度参与糖代谢的调节和T2DM的发生、发展。

另有研究证实，胰腺局部的骨膜蛋白参与胰岛β细胞增殖修复[18]。当胰腺损伤或发生癌变时，释放的多种细胞因子激活胰腺星形细胞，后者产生过量的细胞外基质，继而分泌大量骨膜蛋白渗入并包裹正常的胰腺实质组织，促使胰腺星形细胞在胰腺导管复合物附近增殖聚集，创造适合胰岛细胞增殖的基质环境。Smid等[19]研究发现，胰腺部分切除术后，骨膜蛋白编码基因敲除的小鼠与野生型小鼠相比，胰腺外观形态无明显差异，但其胰岛β细胞的数目及血清胰岛素水平明显减少。研究人员向野生型小鼠的胰腺中直接注入500 ng重组人骨膜蛋白，1 d后发现其胰腺组织中具有分泌胰岛素功能的胰腺细胞团块数量明显增多，胰岛素水平升高，且6个月后小鼠糖代谢稳态明显改善，在此过程中未引起小鼠胰腺组织包括癌变在内的其他病理变化。以上研究表明，骨膜蛋白在胰腺受损后的胰岛β细胞再生方面发挥重要作用，尽管如此，重组人骨膜蛋白能否安全有效地用于胰腺病变或胰岛功能障碍者尚有待进一步研究证实。

3 骨膜蛋白与脂代谢

目前研究发现，血清骨膜蛋白水平与低密度脂蛋白胆固醇无明显相关性，但与三酰甘油呈正相关，与高密度脂蛋白胆固醇呈负相关，并与三酰甘油独立相关，提示在对脂代谢的影响中，骨膜蛋白与三酰甘油的关系更为紧密[15-16]。

正常情况下，三酰甘油通常作为基础能量来源贮存于脂肪组织中。由脂肪组织合成并释放的脂肪因子在脂肪细胞和血液循环之间的交换通过细胞外基质进行调节[20]，因此细胞外基质完整性的破坏是诱发脂肪组织功能障碍的重要因素，骨膜蛋白则作为由脂肪间质细胞产生和分泌的一种细胞外基质组分参与脂肪组织脂代谢紊乱的病理生理过程。Graja等[21]的一项动物实验中，成年C57BL/6J小鼠接受长期高脂饮食喂养、短时间冷暴露和急性β3肾上腺素能刺激后，小鼠白色脂肪组织中骨膜蛋白表达水平上调，而骨膜蛋白基因敲除小鼠的脂肪组织对高脂、寒冷和肾上腺素能刺激的适应性受损，脂肪动员减少，脂代谢异常，提示骨膜蛋白是调节细胞外基质与脂肪组织代谢间相互作用的一个至关重要的代谢信号转导因子。此外，该项研究还发现，在肥胖人群的白色脂肪组织中，骨膜蛋白mRNA表达水平与研究对象的年龄呈正相关，而与BMI呈负相关，与小鼠模型及正常体重人群的研究结果相反。上述研究结果说明，人类白色脂肪中骨膜蛋白表达水平与年龄及年龄相关表型之间的关系由个体脂肪组织功能、营养状态和代谢健康水平等因素综合决定。Yang等[17]进行的一项临床试验结果显示，在超重、肥胖组人群中血清骨膜蛋白水平与三酰甘油呈正相关，而在正常体重组中两者无明显相关性，进一步证实了机体的脂肪水平及成分与骨膜蛋白表达水平关系密切。

4 骨膜蛋白与NAFLD

肝脏脂肪从合成和脂肪酸摄取增加以及脂肪酸氧化和极低密度脂蛋白胆固醇输出减少，引起三酰甘油代谢紊乱，肝内三酰甘油沉积，继而发生肝脏脂肪变性。NAFLD是以三酰甘油在肝内异常堆积为特征的一类临床综合征，它包括从单纯肝脏脂肪变性发展到NAFLD的整个过程，后者可进展为肝纤维化、肝硬化或肝细胞癌[22]。

骨膜蛋白参与肝脏脂肪稳态的调节，是肥胖性脂肪肝的重要调控分子。Zhu等[23]的一项病例对照试验研究显示，NAFLD组人群血清骨膜蛋白水平高于正常对照组，且NAFLD的发病率随血清骨膜蛋白水平升高而上升，但骨膜蛋白水平与腹部超声所示的脂肪肝严重程度不完全平行。Pearson相关分析发现，骨膜蛋白与抵抗素和脂联素呈显著负相关，与白细胞介素-6和白细胞介素-8呈显著正相关，提示骨膜蛋白可能是通过调控炎症因子和胰岛素抵抗在NAFLD的发生发展中发挥作用。另有研究表明，虽然超重、肥胖人群的血清骨膜蛋白水平升高与胰岛素抵抗和NAFLD发生风险增加有关，但骨膜蛋白在不依赖胰岛素抵抗的情况下独立增加NAFLD的患病风险(血清骨膜蛋白水平每增加1个标准差，NAFLD的患病风险随之增加1.75倍)，提示骨膜蛋白可作为一种肝细胞因子独立调节肝脏内的三酰甘油代谢过程[17]。同时，Lu等[14]开展的动物实验和临床试验发现高脂喂养的小鼠、家族性肥胖小鼠和NAFLD患者肝脏骨膜蛋白mRNA和蛋白表达水平均显著上调，而敲除小鼠骨膜蛋白基因或给予骨膜蛋白中和抗体能显著改善肥胖小鼠的肝脏脂肪变性和高三酰甘油血症，进一步研究揭示骨膜蛋白可能通过激活JNK信号通路和下调过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferators-activated receptor α，PPARα)的表达，使肝脏脂肪酸氧化受阻，引起肝脏脂肪变性和高三酰甘油血症。PPARα主要通过调控脂肪酸代谢相关基因降低血液循环中三酰甘油和非酯化脂肪酸的水平，间接改善胰岛素抵抗，增加胰岛素敏感性[24]。此外，PPARα表达受抑可引起骨膜蛋白等肝细胞因子的表达水平上调，从而加快肝细胞脂肪样变进展到脂肪性肝炎的速度。虽然PPARα激动剂可改善肥胖小鼠模型的肝脏脂肪变性，但其用于NAFLD患者治疗的安全性和有效性仍需大规模的前瞻性临床试验的验证。综上所述，骨膜蛋白是超重、肥胖患者NAFLD发病的独立影响因素，但在正常体重组人群中，NAFLD对于血清骨膜蛋白水平无显著影响。

目前，临床上尚未研发出下调肝脏骨膜蛋白表达水平，继而改善肝脏脂肪样变和脂肪性肝炎的治疗药物。Ali Khan等[25]开展了一项为期16周的前瞻性观察研究，在肥胖人群中选取77例NAFLD患者，随机分组后分别给予单纯低热量饮食或低热量饮食+奥利司他，结果显示，与单纯饮食组相比，奥利司他治疗组人群NAFLD程度减轻、血清骨膜蛋白水平降低，且奥利司他具有减轻体重，降低三酰甘油、肿瘤坏死因子-α及HOMA-IR的作用，提示这可能是其降低血清骨膜蛋白水平的原因，但奥利司他能否借此改善NAFLD患者肝脏脂肪浸润程度，仍需要进一步研究证实。

5 骨膜蛋白与肝纤维化

肝纤维化是慢性肝损伤的常见后果，可视为失控的损伤修复过程，其特征在于组织结构改变和富含胶原蛋白的细胞外基质沉积，肝移植为晚期肝纤维化患者唯一有效的治疗方法，因此研究新型治疗药物和方案对预防和延缓肝纤维化的发生发展十分必要[26]。

慢性脂肪性肝炎进展为肝纤维化的过程为：慢性炎症刺激可导致肝细胞凋亡，而凋亡的肝细胞可募集巨噬细胞使其分泌促纤维化因子以及促炎因子，从而激活肝星状细胞，后者分化为成纤维细胞并产生过量细胞外基质蛋白，使胶原沉积、纤维形成，继而引起肝纤维化。Huang等[27]开展的一项动物实验研究首次证实了骨膜蛋白与肝纤维化密切相关，该项研究结果显示，四氯化碳致肝纤维化组小鼠肝组织中骨膜蛋白mRNA表达水平较矿物质油对照组明显上调；与野生型小鼠相比，四氯化碳致肝纤维化组骨膜蛋白基因敲除小鼠肝组织白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α、纤连蛋白、Ⅰ型胶原蛋白、转化生长因子-β表达水平较低。Li等[28]发现，骨膜蛋白高表达于缺乏蛋氨酸-胆碱饮食诱导的肝纤维化小鼠肝脏内，经过4周缺乏蛋氨酸-胆碱饮食喂养造模后，与野生型小鼠相比，骨膜蛋白基因缺陷小鼠表现出较低程度的肝脂肪变性、炎症及纤维化，说明骨膜蛋白与脂肪性肝炎和肝纤维化的进展有关。随后，Takeda等[29]为研究骨膜蛋白与血管紧张素Ⅱ在肝纤维化发展过程中的相互作用，对随机分配的两组小鼠分别给予缺乏蛋氨酸-胆碱饮食联合以及不联合氯沙坦，喂养12周，实验结束时与单纯缺乏蛋氨酸-胆碱饮食喂养组小鼠相比，氯沙坦组小鼠活化的肝星状细胞数目较少、肝纤维化程度较轻，且肝脏骨膜蛋白mRNA表达水平显著下调。Mantovani等[30]对77例绝经后T2DM女性的临床研究显示，患者肝纤维化而非肝脏脂肪变性的严重程度可引起骨膜蛋白等血清骨转换生物标志物水平出现相应变化。以上研究结果提示，可将骨膜蛋白作为肝纤维化的标志物预测其发生发展，选择性拮抗骨膜蛋白则成为抗肝纤维化治疗的新策略。

6 小 结

骨膜蛋白能调节糖脂代谢，且作为一种基质细胞蛋白，可通过与膜受体相互作用调节细胞内信号转导通路，调节下游基因表达，从而使肝脏脂肪酸氧化受阻，造成肝脏脂肪样变性，并且促进其向NAFLD和肝纤维化进展，但临床上目前尚未研究出可用于治疗上述疾病的骨膜蛋白拮抗剂，此外，能否将重组人骨膜蛋白用于胰腺病变或胰岛功能障碍的人群亦有待进一步临床研究证实。特异性骨膜蛋白制剂在代谢性疾病中有广阔的应用前景，对骨膜蛋白的病理生理作用及其作用机制进行广泛而深入的研究，有助于疾病的早期发现和正确诊治。