脂肪因子Vaspin在骨代谢中的研究进展

荆志慧 薛筱霏 方芷昱 李欣 潘春玲

中国医科大学附属口腔医院牙周科，辽宁省口腔医学研究所牙周病研究室，中国医科大学口腔医学院中心实验室，辽宁省口腔疾病重点实验室，辽宁省口腔疾病转化医学研究中心，辽宁 沈阳 110002

脂肪组织是人体重要的储能器官和最大的内分泌器官，分泌一系列生物活性的细胞因子，被统称为“脂肪因子”[1]，可根据功能分为促炎型和抗炎型。其中，内脏脂肪组织来源特异性丝氨酸蛋白酶抑制剂(visceral adipose tissue-derived serine protease inhibitor，Vaspin)是一种抗炎型脂肪细胞因子，它参与体内各种病理过程，例如食欲调节、胰岛素抵抗、细胞增殖凋亡、炎症反应等。此外，Vaspin已显示出对治疗骨代谢疾病的作用。

骨稳态取决于破骨细胞中骨溶解活性与成骨细胞骨形成之间的相对平衡，并受许多因素的调节。在类风湿性关节炎、牙周炎等慢性炎症的情况下，由于炎症因素的影响，成骨细胞受到抑制，破骨细胞得到加强，破坏了骨骼的代谢平衡，导致溶骨作用丧失。本文回顾了Vaspin在骨骼代谢方面的研究进展，并讨论了其与骨骼代谢疾病的关系。

1 Vaspin表达

Vaspin是丝氨酸蛋白酶抑制物(Serpin)家族的一个成员，也称为SerpinA12[2]。Hida等[3]在2000年比较分析肥胖的自发性2型糖尿病大鼠模型-OLETF大鼠和非肥胖不发生糖尿病的大鼠模型-LETO大鼠内脏脂肪细胞及基因表达的差异时发现OL-64的差异表达，即Vaspin。人类Vaspin cDNA的开放阅读由1 245个脱氧核苷酸组成，蛋白质分别含415个氨基酸残基。人类Vaspin蛋白具有疏水性N端的单肽，相对分子质量45 200。早期人们认为只有脂肪组织才能表达Vaspin，随着对Vaspin的研究逐渐深入，发现Vaspin在人的胃、胰腺、肝脏、皮肤、健康人的脑脊液以及卵巢等组织中均有表达[4-6]。

2 Vaspin调节骨代谢的机制

2.1 干细胞

干细胞的数量和分化能力是影响组织工程能否成功的关键，也是医学领域研究的热点，干细胞的扩增可以有效地提高其治疗能力。近期研究发现，Vaspin可参与骨髓间充质干细胞(BMSCs)的增殖活动。体外实验[7]证实，Vaspin可提高BMSCs中Akt和pAkt的表达水平，提示Vaspin可能通过促进磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号转导途径促进BMSCs增殖。此外，Vaspin可以激活Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)信号通路，上调成骨分化特异性基因核心结合因子-1(Runx2)表达，增加碱性磷酸酶(ALP)活性及基因表达，促进BMSCs成骨分化[8]。

干细胞的凋亡在骨代谢疾病的发生发展中起着关键作用[9]，氧化应激可促进干细胞凋亡从而抑制其增殖和分化能力。Zhu等[10]研究发现H2O2可显著促进间充质干细胞(MSCs)的凋亡，而预先经Vaspin处理可通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK/p38)信号通路来保护MSCs免受氧化应激诱导的凋亡。

2.2 成骨细胞

成骨细胞来源于骨髓间充质干细胞，在骨形成中起重要作用。成骨细胞凋亡被认为是生理性骨周转、修复和再生的关键组成部分[11]。Zhu等[12]研究发现，Vaspin可上调成骨细胞中抗凋亡因子Bcl-2和降低促凋亡因子Bax的表达。进一步研究发现，Vaspin可通过激活丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶(MAPK / ERK)信号传导途径，上调Bcl-2或激动细胞外信号调节激酶途径而下调Bax，从而抑制成骨细胞凋亡。

成骨细胞的分化是骨形成的关键，Vaspin可调节成骨细胞的分化潜能。Wang等[13]体外研究发现，经Vaspin 刺激的大鼠原代成骨细胞成骨能力提高，Runx2的mRNA和蛋白表达水平上升，并显著上调Smad2、Smad3、p-Smad2、p-Smad3的表达，表明Vaspin是通过激活 Smad-Runx2信号通路以促进骨形成。

然而Liu等[14]研究发现，Vaspin对小鼠原代成骨细胞MC3T3-E1细胞株的成骨分化有抑制作用，Vaspin通过激活PI3K信号通路而依赖地减弱成骨分化，导致miroRNA-34c水平升高，从而通过靶向酪氨酸激酶受体c-met反向调节PI3K-Akt信号的激活。我们认为矛盾的结果可能部分归因于不同细胞具有不同的物理特性。

2.3 破骨细胞

破骨细胞是人体唯一的骨吸收细胞，在骨的吸收和改建过程中起着关键作用。活化T细胞核因子( nuclear factor-activated T cell 1，NFATc1) 是破骨细胞分化过程中的重要转录因子。Kamio等[15]研究发现Vaspin在RAW264.7细胞和BMSCs中抑制RANKL诱导的破骨细胞生成，通过抑制NFATc1信号通路的表达影响组织蛋白酶K和基质金属蛋白酶9(MMP9)，从而起到抑制骨吸收过程中骨基质蛋白降解的作用，证实Vaspin对破骨细胞形成起到负向调控的作用。

2.4 软骨细胞

由软骨细胞主导的软骨内成骨对个体四肢发育有着重要作用。已有研究证实，炎症会导致过度的骨吸收和骨形成障碍。炎症细胞因子不仅使炎症持续存在，而且激活骨骼降解和抑制骨形成的机制，对软骨细胞有深远的影响。体外细胞实验[16-17]发现，Vaspin能够抑制白细胞介素1β(IL-1β)诱导的MMP2、MMP9、含凝血酶敏感素基序的去整合素金属蛋白酶-5(ADAMTS-5)和组织蛋白酶D的表达以及炎症介质一氧化氮合酶、环氧化酶-2和前列腺素E2的产生[16]，并且Vaspin可抑制瘦素诱导的ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-2和MMP-9的表达，并抑制瘦素诱导的一氧化氮和肿瘤坏死因子-α的产生[17]，从而逆转IL-1β和瘦素对软骨细胞的破坏。由此可知，Vaspin能通过核因子-κB(NF-κB)信号通路抑制大鼠软骨细胞中IL-1β和瘦素诱导的NF-κB的活化、分解代谢和促炎性介质的产生，从而发挥抗炎和抗代谢的作用。

3 Vaspin与骨代谢疾病的关系

3.1 骨质疏松症

骨质疏松症是导致骨密度降低和骨折风险增加的系统性骨骼疾病。Kirk等[18]发现调节骨骼代谢的脂肪组织可以通过脂肪因子对骨骼形成或吸收发挥作用来调节骨骼重塑，其中关于血清Vaspin与骨密度(BMD)之间相关性的研究结果不尽相同。多发性硬化症的患者伴有骨质疏松症和骨折的比率增加，然而在炎症状态下，多发性硬化症患者血清Vaspin与BMD之间不具有相关性[19]。与骨质疏松发展相关的炎症性肠病也证明同样的结果[20]。

但近期越来越多的研究证实Vaspin对BMD有作用。Tanna等[21]对绝经后妇女(22 %的队列患有骨质疏松症)的研究表明，在调整年龄、身体组成和各种其他参数后，Vaspin血清水平与股骨颈和全髋关节骨密度之间存在显著的正相关。同时，研究[13]发现给予高脂饮食小鼠口服Vaspin，可逆转高脂饮食引起的小鼠血浆I型前胶原氨基端伸展肽(PINP)和ALP水平降低，血浆Ⅰ型胶原羧基端末肽(CTX)水平升高，从而控制骨形成减少、破骨过程增多的现象，并在一定程度上提高高脂饮食引起的骨强度降低。此外，用饮食诱导的肥胖(DIO)方法建立大鼠骨小梁丢失模型时发现，Vaspin治疗组DIO 并没有引起骨小梁丢失，这表明Vaspin在肥胖相关的骨小梁丢失的病理过程中发挥关键作用。

3.2 骨关节炎

骨关节炎(Osteoarthritis，OA)是导致软骨退化、滑膜炎症、软骨下骨重塑和骨赘形成的慢性疾病。OA的病因非常复杂，包括关节损伤、肥胖、衰老和遗传因素等[22]。骨关节炎患者的所有关节组织包括软骨、滑膜、半月板、髌下脂肪垫和骨赘均表达Vaspin基因[23]，并且Wang等[7]在术中提取重症膝OA患者和股骨颈骨折患者的骨髓标本检测Vaspin和转化生长因子-β1(TGF-β1)水平，发现OA患者骨髓中Vaspin水平明显低于对照组，并且与TGF-β1水平之间存在显著的相关性，提示Vaspin可能参与了骨髓微环境中炎性细胞因子和生长因子的相互作用，在骨关节炎的发生发展中起着一定的作用。

高胆固醇水平是骨关节炎的危险因素之一，胆固醇水平升高导致软骨细胞线粒体功能障碍和活性氧(ROS)增加[24]，从而造成软骨破坏。He等[25]在大鼠OA模型中发现，膝关节软骨的肝X受体(LXRα)和其他胆固醇外排相关基因的表达降低，并且Vaspin水平降低，miroRNA-155(miR-155)表达增加。进一步通过体外实验发现，Vaspin不仅可逆转IL-1β引起的Ⅱ型胶原α1(Col2a1)和软骨聚糖蛋白(Acan)表达下降以及ADAMTS 5和MMP13表达上升，并且还能促进软骨细胞中LXRα和其他胆固醇外排相关基因的表达。此外，miR-155模拟物逆转了Vaspin诱导的软骨细胞中胆固醇外排途径的表达变化。由此可知，Vaspin的表达降低通过miR155 /LXRα抑制了胆固醇外排途径的表达，胆固醇外排途径的抑制导致胆固醇的积累和OA。

3.3 类风湿性关节炎

类风湿关节炎(rheumatic arthritis，RA)是一种慢性的自身免疫性疾病，主要临床表现为滑膜炎、软骨损伤和对称性关节损伤。Ozgen等[26]对RA患者和健康人进行检测，发现RA患者血清和滑膜液中Vaspin水平均比对照组的高，而骨关节炎(OA)患者则不升高。与RA患者相比，OA患者滑膜液中Vaspin水平降低[27]。对二者进行相关性的前瞻性研究发现，即使在调整体重以消除超重的危险因素后，自身抗体阳性患者发生RA的风险与血清Vaspin之间存在显著的相关性[28]。Rodríguez等[29]在比较RA组和健康对照组的牙周指标和脂肪因子时发现，RA组血清Vaspin水平高于对照组，然而这种增加与牙周状况无关。

不仅如此，Vaspin水平的变化具有治疗特异性，使用不同治疗RA的药物，对Vaspin的水平影响可能不同[30]，接受糖皮质激素治疗的患者中Vaspin水平的升高，但在阿达木单抗治疗后未受影响，Vaspin的水平可能受到胰岛素敏感性的改变的影响，从而对不同药物的反应不同。

3.4 牙周炎

牙周炎(periodontitis)是由菌斑微生物引起的慢性炎症性疾病，破坏牙齿支持组织导致临床附着和骨质流失，最终导致牙齿脱落[31]，是导致骨丧失的最常见的疾患之一。

近期研究发现Vaspin与牙周炎之间存在相关性，体重正常且牙周健康的患者龈沟液中能检测到Vaspin但表达水平较低，在肥胖和牙周炎的患者其表达水平较高，并且牙周炎患者在经过牙周基础治疗后能够有效地减少龈沟液中Vaspin的水平[20-21]。同样，在研究伴2型糖尿病的慢性牙周炎患者时得到相似的结果[32]。

此外，Kim等[33]对10名慢性牙周炎患者和10名健康个体的牙龈组织进行RNA测序分析，结果发现在牙周炎患者中，与健康对照组相比，有62个基因被下调，其中Vaspin mRNA下调明显。我们推测实验结果的差异可能是由于此实验检测的样本量较少，且未用实验验证。虽然Vaspin与牙周炎相互作用机制仍然不清楚，但可以证实Vaspin可由局部的牙周组织产生，并且其含量的多少与细菌的感染和炎症的严重程度以及全身健康状况密切相关。

3.5 神经性厌食症

神经性厌食症(anorexia nervosa，AN)是一种由于自身营养不良导致的低体重的精神障碍。人们在饥饿的状态下，一些激素会做出适应性的调整，这在短期内提供了一种生存优势，同时也引起低骨量和增加骨折的风险[34]。多项研究[35-38]表明，与健康对照组相比，厌食症患者组中血清高水平的Vaspin对AN患者体重有影响，并且患有神经性厌食症的女性青少年唾液中也有高水平的Vaspin[36]。

OPG/RANK/RANKL信号轴是参与调节骨吸收与骨生成平衡的重要途径，OPG/RANKL比值可作为衡量骨量及骨健康的重要指标[39]。Ostrowska等[38]通过对患有神经厌食症女孩血清Vaspin与骨代谢之间关系研究发现，Vaspin水平与sRANKL呈正相关，并且与OPG/sRANKL比值之间呈显着相关。由此可见，Vaspin是骨形成与吸收过程之间动态平衡的协调者，可通过OPG/RANK/RANKL系统参与骨代谢。

4 发展与展望

Vaspin可通过多方面调节骨代谢的过程，不仅促进干细胞和成骨细胞的增殖分化能力，在促炎条件下保护成骨细胞和软骨细胞免受凋亡，还能够负向调控破骨细胞的分化，调节全身的骨稳态平衡。Vaspin与炎性骨疾病如骨质疏松、风湿性关节炎、牙周炎等疾病的相关性具有非常重要的临床意义，然而对于 Vaspin的作用机制仍处于初级阶段，需要进一步研究，Vaspin的深入探索可为骨代谢和炎性骨疾病的预防、诊断和治疗提供丰富的的临床价值。