无码不卡亚洲毛片av_欧美日韩综合精品一区二区三区_好男人的资源在线观看视频_火线出击_亲爱的妈妈6中文在线观看版

原來這些信號通路參與了成骨分化
2019.11.29
2219次

一、概述


? ? ? ?成骨分化是骨生成的關(guān)鍵步驟,即骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)歷骨原細(xì)胞、成骨細(xì)胞最終分化為骨細(xì)胞的一個復(fù)雜的過程,其中涉及到多種類型細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)的信號傳遞,如信號通路、轉(zhuǎn)錄因子、生長因子、 MicroRNA 等,形成了一個完整的骨代謝調(diào)控負(fù)反饋環(huán)路[1]。成骨分化最基本的生物學(xué)特征是骨基質(zhì)合成、分泌、礦化及成熟。


? ? ? 骨基質(zhì)是鈣化的細(xì)胞間質(zhì),包括有機質(zhì)和無機質(zhì)兩種成分。有機質(zhì)的主要成分是骨膠原纖維即骨膠原(bone collagen),由成骨細(xì)胞合成,主要由Ⅰ型膠原蛋白組成,另有一類是被稱為無定形基質(zhì)(ground substance)的非膠原蛋白,如骨鈣素(OCN)、堿性磷酸酶(ALP)、骨橋蛋白(OPN)、骨結(jié)合素(ON)、骨唾液酸蛋白(BSP)、骨生長調(diào)節(jié)因子等。骨基質(zhì)中的無機質(zhì)為無機鹽,按含量多少依次是磷酸鈣、碳酸鈣、檸檬酸鈣,它們主要以羥基磷灰石的結(jié)晶形式分布于骨的有機質(zhì)中。無定形的磷酸鈣發(fā)展為羥基磷灰石結(jié)晶埋于骨的有機質(zhì)間隙中的過程,通常稱為骨礦化(bone mineralization)。


? ? ? ?Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)和Sp1轉(zhuǎn)錄家族成員Osterix/Sp7被認(rèn)為是成骨分化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點[2]。Runx2促進(jìn)成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞表達(dá)的主要胞外基質(zhì)(包括ALP、OPN、OCN、BSP 、I型膠原和X型膠原)的表達(dá)[3,4],而且能夠激活Osterix/Sp7表達(dá)[5]。Osterix/Sp7也驅(qū)動成骨細(xì)胞表達(dá)外基質(zhì),包括I型膠原、ALP、OC、OPN、BSP和OCN[6,7]。


二、成骨分化相關(guān)信號通路


1、BMP-Smads 信號通路


? ? ? ??BMPs 在骨代謝過程中起著關(guān)鍵性的調(diào)控作用。BMPs 屬于轉(zhuǎn)化生長因子 β (TGF-β)超家族,是一類多效性細(xì)胞因子,根據(jù)序列相似性和功能可以將 BMPs 分為4個亞族:BMP-2和BMP-4,BMP-5、-6、-7、-8a 和-8b,BMP-9和BMP-10,BMP-3、-3b、-11、-12、-13、-14、-15 和-16。其中,BMP-2、-7、-6、-9 能夠促進(jìn)骨質(zhì)形成[8],而 BMP-3 對成骨具有負(fù)調(diào)控作用[9]。TGF-β 超家族的成員均通過結(jié)合雙受體系統(tǒng)——I型和II型跨膜絲氨酸/蘇氨酸激酶受體(BMPR-I、BMPR-II)介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。而在膜信號傳入核內(nèi)的過程中,Smad 信號通路發(fā)揮著主要作用。


? ? ? ?BMP 信號分子結(jié)合并激活 BMPR-II,使BMPR-I 磷酸化并進(jìn)一步磷酸化BMP 活化型 Smads(BR-Smads,為Smad1、5、8)的 C 末端 DNA 結(jié)合域,磷酸化的BR-Smads 與共同通路型Smads(Co-Smads,為Smad4)結(jié)合形成異質(zhì)低聚體進(jìn)入核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄因子相互作用(如圖1所示),共同激活成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子(Runx2、 Sp7等)表達(dá),從而誘導(dǎo) MSCs 向成骨細(xì)胞分化及骨形成 [10-12]。在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)中 BR-Smads 又可以與 Runx2 以物理結(jié)合的方式進(jìn)一步誘導(dǎo)成骨分化[13]。BMP-Smads 信號通路上調(diào)Msx2表達(dá),而Msx2促進(jìn)Osterix/Sp7表達(dá),這一過程不依賴Runx2[14]。I-Smads可以抑制 BR-Smads 和Co-Smads 的作用。此外,Samds 的活性還受到許多因素的調(diào)控。小C端結(jié)構(gòu)域磷酸酶1、2 (SCP-1、 SCP-2)介導(dǎo) Smads 的去磷酸化可抑制后者的轉(zhuǎn)錄活性[15]。E3泛素連接酶1(Smurf1)使 Smad1、 5泛素化而被 26S 蛋白酶體識別和降解[16],Smurf2僅介導(dǎo)Smad1泛素化 [17]。


? ? ? ?此外BPM2信號促進(jìn)E1A結(jié)合蛋白p300介導(dǎo)的Runx2乙酰化,而乙酰化增強Runx2的轉(zhuǎn)錄激活活性,并且抑制Smurf1介導(dǎo)的Runx2泛素化降解。HDAC4和HDAC5使Runx2去乙酰化,允許Runx2被Smurf1泛素化而降解[18]。


微信圖片_20191129110924.jpg

圖1??BMP-Smads 信號


2、Wnt/β-Catenin 信號通路


? ? ? ?Wnts是一類與卷曲蛋白受體(FZD)結(jié)合的分泌型糖蛋白。Wnt家族參與細(xì)胞極化、分化、遷移、增殖和生物學(xué)功能等多個細(xì)胞生理過程。Wnt 蛋白可以大致分為兩類:一類激活經(jīng)典的 Wnt信號通路,即 Wnt/β-Catenin 信號通路;另一類由Wnt5a 激活非經(jīng)典的Wnt通路,配體與FZD結(jié)合后不依賴于β-Catenin 和 LRP5/6。


? ? ? ?Wnt/β-Catenin經(jīng)典信號通路中,Wnt 配體與 FZD 或低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白 5/6 (LRP5/6)形成復(fù)合物。當(dāng)胞外缺乏Wnt蛋白時,該復(fù)合體無法形成,此時軸蛋白2(Axin2)、糖原合酶激酶 3β(GSK-3β)、大腸腺瘤樣蛋白(APC)、肌酸激酶1(CKMT1) 等組成復(fù)合體,該復(fù)合體可降解β-Catenin,胞漿及核內(nèi)的 β-Catenin水平降低,最終抑制Wnt/β-Catenin 信號通路;當(dāng) Wnt 分子與LRP5/6-FZD 受體復(fù)合體結(jié)合, LRP5/6 胞內(nèi)端磷酸化而產(chǎn)生軸蛋白 Axin2 的結(jié)合位點,Axin2 結(jié)合到該位點能抑制 GSK-3β介導(dǎo)的β-Catenin 水解,引起 β-Catenin 增加并進(jìn)入核內(nèi),與細(xì)胞核中的 T 細(xì)胞因子(TCF)/淋巴增強因子(LEF)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物結(jié)合(如圖2所示),作為轉(zhuǎn)錄激活因子可引起下游靶基因表達(dá),從而發(fā)揮調(diào)控作用[19]。


? ? ? ?經(jīng)典Wnt信號通路在調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化及骨形成方面是通過作用于Runx2起作用。Runx2 基因啟動子序列包含一個 TCF作用元件,它能將β-catenin 及 TCF1 募集到該位點,繼而啟動 Runx2及下游靶基因的表達(dá),從而調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化及骨形成[20]。此外LRP5 能通過上調(diào) Runx2及ALP的表達(dá)促進(jìn) MSCs 向成骨細(xì)胞分化,同時下調(diào) CCAAT 增強子結(jié)合蛋白 α 及過氧化物酶體增殖物激活受體 γ 的表達(dá)來抑制脂肪形成[21]。



微信圖片_20191129111102.jpg

Wnt/β-Catenin 信號通路


3、Notch 信號通路


? ? ? ?Notch 信號通路在進(jìn)化上高度保守,其在細(xì)胞發(fā)育、增殖、凋亡和分化均具有調(diào)控作用。Notch 本身是一類在進(jìn)化上高度保守的受體蛋白,在哺乳動物中 Notch 受體的同源分子有 4 種,分別為 Notch1、 2、 3、 4。配體同源分子目前已知有12種,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同將 12 種配體分為四類。Notch 的受體和配體為跨膜蛋白,其發(fā)揮功能依賴于相鄰細(xì)胞間的相互接觸。


? ? ? ?當(dāng)相鄰細(xì)胞表面的同源配體與受體結(jié)合,Notch受體的胞外部分和跨膜部分分別經(jīng) TACE、 γ-分泌酶水解,引起 Notch 受體胞內(nèi)部分(NICD)從細(xì)胞膜上脫落并移入核內(nèi)。在細(xì)胞核中 NICD 與 RBPJ、 MAML相互作用,將轉(zhuǎn)錄抑制子轉(zhuǎn)化為激活子,激活下游 HES 家族、 HEY 家族等的基因表達(dá)[22]。


? ? ? ?NICD 過表達(dá)的 MC3T3-E1 細(xì)胞在成骨分化過程中鈣結(jié)節(jié)的形成量顯著增加,外源性 Notch 可以誘導(dǎo)多能間充質(zhì)細(xì)胞系(C3H10T1/2)成骨分化,抑制成脂分化[23]。Notch下游基因 Hes-1能與 Runx2 相互作用并增強后者作為轉(zhuǎn)錄激活子的活性,Notch 信號通路的激活子Maml 也能夠激活骨組織 Runx2 的轉(zhuǎn)錄[24]。Notch信號通路也通過轉(zhuǎn)錄激活Osterix /Sp7,以及上調(diào)細(xì)胞周期蛋白D 和周期蛋白 E 來實現(xiàn)的提高成骨細(xì)胞增殖能力[25]。

4、Hedgehog 信號通路


? ? ? ?Hedgehog 信號通路同樣在進(jìn)化上高度保守,在發(fā)育和內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面起著重要作用。Hedgehog是一類分泌型信號蛋白,在哺乳動物體內(nèi)可分為三類:Sonic Hedgehog (SHH), Indian Hedgehog (IHH), Desert Hedgehog (DHH)。當(dāng)胞外 Hedgehog 蛋白與跨膜受體(Ptch1)結(jié)合即解除對SMO抑制并進(jìn)一步使之磷酸化,活化的 SMO與 Cos2、 Fu 結(jié)合形成復(fù)合物,該復(fù)合物可激活鋅指蛋白家族 Ci/G li,促使它們進(jìn)入核內(nèi)聚集并激活轉(zhuǎn)錄,從而啟動下游靶基因表達(dá)[26]。


? ? ? ?SHH 能上調(diào)成骨細(xì)胞系Osterix /Sp7的表達(dá),促進(jìn)成骨細(xì)胞產(chǎn)生并間接上調(diào)破骨細(xì)胞的活力[27]。IHH通過Gli2上調(diào) Runx2 的表達(dá)來調(diào)控成骨細(xì)胞分化[28]。Ptch1缺陷的成骨前體細(xì)胞由于與Runx2 的反應(yīng)性增加及 GLI3 抑制物產(chǎn)生減少而表現(xiàn)為成骨分化速度增快[29]。

?


5、MAPK 信號通路

? ? ? ?傳統(tǒng)的絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)包括三個亞家族成員:ERK1/2、 ERK5, JNK1/2/3, p38。MAPK 通路主要參與轉(zhuǎn)導(dǎo)胞外刺激(環(huán)境壓力、生長因子、細(xì)胞因子等)引起細(xì)胞生長、分化和凋亡。一旦細(xì)胞接觸刺激物, MAPKK 激酶(MAP3K)被激活并磷酸化 MAPK 激酶(MAP2K),而后磷酸化激活MAPKs [30]。


? ? ? ?ERK1/2通過促進(jìn)Runx2 磷酸化誘導(dǎo)成骨分化[30],ERK1/2 特異的絲氨酸殘基(Ser301、 319)與 Runx2 的激活能力有關(guān)[31]。p38被 BMP 激活后通過促進(jìn)SMAD1磷酸化及核定位促進(jìn)成骨分化[32]。PTH具有通過蛋白激酶A(PKA)激活 p38 調(diào)控成骨細(xì)胞的功能,說明 PTH是 p38 上游分子之一[38]。


6、FGF 信號通路


? ? ? ?成纖維細(xì)胞生長因子(FGFs)家族由 22 個分泌性多肽組成,能與 4 個高度同源的酪氨酸激酶受體(FGFR1-4)結(jié)合,引起 FGFR 二聚化并磷酸化自身的酪氨酸殘基,以激活多個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及下游基因,具有調(diào)控多種生長相關(guān)進(jìn)程的作用,包括軟骨內(nèi)成骨和膜內(nèi)成骨[34]。


? ? ? ?FGF-2 可誘導(dǎo)人 MSCs 中 ALP 的表達(dá),但并不改變骨鈣素 mRNA 的表達(dá)水平,表明 FGF-2 可能參與了成骨細(xì)胞分化早期的調(diào)節(jié)[35]。此外,F(xiàn)GF-2 可誘導(dǎo) Runx2 發(fā)生磷酸化并活化,從而調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化[36]。FGF 信號通路也可通過激活BMP-2和Runx2的表達(dá)來調(diào)控成骨分化及骨形成 [37,38]。


三、總結(jié)

? ? ? 成骨分化是一個涉及多步驟的復(fù)雜生理過程,目前已證實多條信號通路在這一過程中起重要的調(diào)控作用,其中多個信號路通直接或間接影響 Runx2、Osterix /Sp7等成骨關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),最終調(diào)控成骨分化。成骨分化相關(guān)的多條通路相互聯(lián)系相互作用,構(gòu)成了一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),協(xié)同參與骨細(xì)胞分化及骨形成的調(diào)節(jié)。



參考文獻(xiàn)

[1] Hankenson KD, Gagne K, Shaughnessy M. Extracellular Signaling Molecules to Promote Fracture Healing and Bone Regeneration. Adv Drug Deliv Rev. 2015, 94: 3-12.

[2] Komori T. Regulation of Osteoblast Differentiation by Transcription Factors. J Cell Biochem. 2006, 99(5): 1233-9.

[3] Ducy P, Zhang R, Geoffroy V, Ridall AL, Karsenty G. Osf2/Cbfa1: a transcriptional activator of osteoblast differentiation. Cell. 1997, 89(5): 747–54.

[4] Banerjee, C., McCabe, L. R., Choi, J. Y., Hiebert, S. W., Stein, J. L., Stein, G. S., and Lian, J. B. Runt homology domain proteins in osteoblast differentiation: AML3/CBFA1 is a major component of a bone-specific complex. J Cell Biochem. 1997, 66: 1–8.

[5] Nakashima K1, Zhou X, Kunkel G, Zhang Z, Deng JM, Behringer RR, de Crombrugghe B.The Novel Zinc Finger-Containing Transcription Factor Osterix Is Required for Osteoblast Differentiation and Bone Formation. Cell. 2002, 108(1): 17-29.

[6] Nakashima K, Zhou X, Kunkel G, Zhang Z, Deng JM, Behringer RR, Crombrugghe de B. The novel zinc finger-containing transcription factor osterix is required for osteoblast differentiation and bone formation. Cell. 2002, 108(1): 17–29.

[7] MatsubaraT, Kida K, Yamaguchi A, Hata K, Ichida F, Meguro H, Aburatani H, Nishimura R , Yoneda T. BMP2 Regulates Osterix through Msx2 and Runx2 during Osteoblast Differentiation. J Biol Chem. 2008, 283(43): 29119-25.?

[8] Peng Y, Kang Q, Cheng H, Li X, Sun MH, Jiang W, Luu HH, Park JY, Haydon, RC, He TC. Transcriptional Characterization of Bone Morphogenetic Proteins (BMPs)-Mediated Osteogenic Signaling. J Cell Biochem. 2003, 90 (6), 1149-65.

[9] Daluiski A, Engstrand T, Bahamonde ME, Gamer LW, Agius, E, Stevenson SL, Cox K, Rosen V, Lyons KM. Bone Morphogenetic Protein-3 Is a Negative Regulator of Bone Density. Nature Genetics. 2001, 27 (1), 84-8.

[10] Hong JH, Hwang ES, McManus MT, Amsterdam A, Tian Y, Kalmukova R, Mueller E, Benjamin T, Spiegelman BM, Sharp PA, Hopkins N, Yaffe MB. TAZ, a transcriptional modulator of mesenchymal stem cell di?erentiation. Sc





在線咨詢
在線咨詢
OA系統(tǒng)入口