β-信号通路

无翼型MMTV整合位点（Wnt）是一类富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白。在Wnt信号的作用下，间充质干细胞分化为成骨细胞。成骨细胞中经典的Wnt/β-catenin信号通路也调节破骨细胞形成。成骨细胞表达两种破骨细胞形成所必需的因子：巨噬细胞集落刺激因子（MCSF）和NF-κB受体激活剂配体（RANKL）；成骨细胞也分泌表达骨保护素（OPG），OPG是RANKL的诱饵受体，与其结合可抑制RANK/RANKL反应，从而抑制破骨细胞形成。在破骨祖细胞中，RANKL激活其受体后能够刺激破骨细胞产生骨吸收所必需的活性氧（ROS）。因此，RANKL和OPG在骨重建过程中是连接骨形成与骨吸收的关键分子。此外， Wnt通路可升高OPG水平，下调RANKL的表达，在促进成骨细胞活性的同时，也抑制骨吸收作用。相反，在破骨细胞前体细胞中，激活非经典的Wnt信号通路可增强RANKL诱导的破骨细胞分化。因此，Wnt信号通路具有调节成骨细胞和破骨细胞分化的双重作用。

Wnt/β-catenin信号通路，即经典Wnt信号通路，与BMP途径共同组成成骨细胞分化、骨形成的主要调控机制。

经典Wnt信号通路调控间充质干细胞的分化。在没有β-catenin存在的情况下，间充质干细胞不能分化成表达骨钙素的成熟成骨细胞，而是分化成软骨细胞。经典Wnt信号通路可通过抑制脂肪生成促进成骨细胞形成，这与PPARgamma的作用正好相反，PPARgamma可促进脂肪生成而抑制成骨细胞形成。在某些情况下，经典Wnt信号激活后可通过促进成骨细胞表达OPG，从而抑制破骨细胞形成和骨吸收。

经典Wnt信号通路的调节主要依靠两个受体的抑制剂SOST（sclerostin）和DDK1（Dick-kopf-related protein）。

2.2 SOST和DDK1

2.2.1 SOST

SOST由骨细胞表达，SOST的表达及其在血清中的浓度的最主要调节因素是机械应力。制动后可使SOST水平升高及骨形成减少，进一步说明SOST在机械性制动和废用性骨质疏松中发挥着极其重要的作用。多项研究表明，血清SOST水平随着年龄的增长而升高，在女性绝经后升高尤为明显。在2型糖尿病患者体内，循环SOST水平显著增加，并且不受年龄和性别的影响。目前有研究报道，骨折患者早期SOST表达减少，这将有助于骨折愈合，但是SOST早期表达减少的机制尚不明了，可能与骨折局部炎性反应有关。

在人体内，甲状旁腺素（PTH）可下调SOST表达。与健康对照组相比，原发性甲旁亢患者体内血清SOST水平显著降低，而甲减患者SOST水平显著升高。在严重慢性肾衰和继发性甲旁亢患者体内，血清SOST和PTH水平呈负相关，矫正混杂因素后，SOST依旧是预测骨转换和成骨细胞功能的一个重要指标。

雌激素抑制SOST的表达亦有相关报道。绝经后妇女体内血清SOST水平较绝经前妇女明显增高，并且绝经后妇女体内血清SOST水平与血清游离雌激素水平呈负相关。绝经后妇女接受雌激素治疗后，SOST水平在外周血和骨髓中均显著降低。

2.2.2 DKK1

DKK1是一种糖蛋白，是除了SOST以外经典Wnt信号通路的另一抑制剂，它可与Wnt受体Lrp5和Lrp6结合。Wnt信号通路的抑制剂，包括DKK1在内，在成骨细胞分化晚期表达明显上调。DKK1的表达在成年动物体内主要局限于骨组织，尤其是成骨细胞和分化成熟的骨细胞，但在发育阶段的动物体内其表达情况依然不甚明了。在生理和病理情况下， DDK1在骨重塑中所起的作用仍不是非常清楚，目前尚未见老年性骨质疏松与DDK1的相关报道。

在强直性脊柱炎患者体内，DDK1水平越高，椎体骨赘形成越不明显，说明DDK1通过抑制Wnt通路抑制了新骨形成和骨赘生成，进而抑制脊柱强直。老年妇女循环DKK1水平越高，越不容易患髋关节骨性关节炎（OA），并且患髋关节骨性关节炎后的病程进展越缓慢。

最新研究表明，虽然PTH水平与SOST水平呈负相关，但是PTH水平与DKK1水平却呈正相关。由此可见，经典Wnt通路的两个抑制剂之间的平衡，也许可以解释原发性甲旁亢患者累及不同骨骼部位的机制。

综上，目前针对经典Wnt信号通路，如SOST和DKK1的抑制剂已成为骨质疏松研究领域新的热点。

2.3 Wnt通路/FOXO转录因子在氧化应激（OS）中的作用

2.3.1 FoxO转录因子是抗OS的最重要的防御信号

FoxO转录因子属于叉头框蛋白（forkhead proteins）家族中的一个亚类，是对抗OS最重要的一类防御机制，能够减少与衰老相关的各种不良影响。FoxO刺激机体表达与DNA修复和自由基清除有关的各种功能基因，并调节几种前凋亡基因，从而诱导异常或损伤细胞发生凋亡。生长因子（如胰岛素）抑制FoxO活性，并通过Akt途径能够使其转录失活并从核中运出；相反，ROS促使FoxO停留在核内，活化并促进FoxO的转录后修饰作用。在机体对OS做出应答后，JNK（cjun激酶）和哺乳动物不育系20样激酶（Mst1）结合FoxO，使其磷酸化后进入核内。此外，JNK也可以使伴侣蛋白1433磷酸化，引导FoxO停留在核内，同时阻止Akt

介导的FoxO活性下调；Mst1磷酸化FoxO后干扰1433与后者结合，促进FoxO向核内转移。OS激活Mst1/FoxO可导致细胞凋亡，而JNK可通过磷酸化Mst1增强其介导的凋亡信号。因此，OS激活JNK/Mst1和生长因子激活Akt对FoxO在细胞内的作用完全相反。

2.3.2 β-catenin是FoxO与TCF信号之间的调控开关

β-catenin是FoxO家族转录因子必需的一种共激活剂，OS可促进FoxO与β-catenin结合，并激活FoxO转录，启动调节细胞凋亡、DNA修复和清除ROS的转录程序，从而构建以FoxO为中心的OS防线，对骨组织内环境平衡和与衰老相关的骨质疏松密切相关。当OS激活FoxO转录因子后，抑制β-catenin下游TCF/LEF的转录，降低成骨细胞的形成和骨形成作用。过多的ROS致使Wnt/β-catenin信号通路中TCF/LEF转录转向为FoxO转录，最终导致机体出现骨质疏松。此外，OS介导Wnt信号通路与FoxO转录因子之间的平衡，从而决定间充质祖细胞的分化方向（图12-3）。

图12-3 β-catenin是FoxO与TCF信号间的调控开关

此外，脂氧酶和ROS可产生氧化多不饱和脂肪酸（PUFAs），形成4-羟基壬烯醛（4-HNE），增加骨组织ROS的产生。过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）与FoxO结合并阻止其转录活性。ROS还可以增加脂氧合酶Alox15的表达，继而反馈调节脂质氧化，后者又可以结合PPARγ，促使PPARγ与β-catenin结合，进而降低β-catenin/TCF诱导的成骨细胞形成。因此，脂质氧化也能抑制经典的Wnt信号，引起成骨细胞数量与骨形成下降。

综上所述，ROS和胰岛素均调节β-catenin和FoxO转录因子的相互作用，前者对β-cate-nin池的平衡是负性调节，后者对其是正性调节。β-catenin与FoxO结合后，可增强后者转录活性，而FoxO也可竞争性结合β-catenin，抑制TCF的活性。此外，ROS可使β-catenin与TCF的结合减少，并增加β-catenin与FoxO的结合。在成骨细胞的有氧代谢过程中，依赖FoxO转录因子的氧化防御机制可清除不断产生的ROS，这对维持骨量平衡是必不可少的。因此，β-catenin处于调控中心，成为FoxO与TCF信号之间的一个交叉机制或调控开关，将OS与骨质疏松连接起来。

2.4 FoxO/Wnt通路相关分子对氧化应激诱导的骨质疏松的影响

2.4.1 SIRT1

沉默信息调节因子1（SIRT1）是FoxO家族转录因子中的另一种共激活剂。OS促进SIRT1与FoxO相互作用，引起FoxO去乙酰化，从而调节破骨细胞活动并维持骨量，选择性调节FoxO/Sirtuin相互作用有希望治疗代谢性疾病。此外，SIRT1也是Wnt通路的调节剂，可以通过调节Disheveled蛋白，促进Wnt信号传导，但是以SIRT1作为治疗骨质疏松的药靶尚未见报道。

2.4.2 Rho

Rho GTPase（Rho）是一种Wnt信号的关键介质，可引起Wnt3a/β-catenin通路中靶基因的转录。Fasudil是Rho激酶（ROCK）抑制剂，能够增加抗氧剂的水平，提示ROCK与OS有关。他汀类药物能够抑制Rho GTPase，抑制ROS的释放，减少OS对去卵巢模型大鼠的骨质疏松。辛伐他汀可拮抗TNFα诱导的Ras/Rho/MAPK通路和激活经典Wnt/β-catenin通路，从而促进成骨细胞分化。抑制Rho激酶是否通过影响Wnt/β-catenin通路产生抗OS诱导的骨质疏松，且Wnt/Rho信号通路与FoxO的关系及其在抗OS中的机制如何，目前尚未阐明。

2.4.3 WTX与nfr2

WTX（Wilms tumor on the X）是经典的Wnt信号阻遏物，与β-catenin相互作用促进其发生降解，并促进β-catenin泛素化，抑制成骨作用，而WTX基因缺失可导致骨量增加，产生骨硬化性骨瘤。核因子E2相关因子2（nfr2）是一种重要的转录因子，可以保护骨髓干细胞，控制其中抗氧化剂与2相减毒酶的表达，调节细胞对OS的敏感度和OS诱导的相关基因表达，抑制成骨细胞与软骨细胞的分化。WTX可抑制nfr2的快速泛素化和降解，调控抗氧化剂的响应，但是抑制WTX活性及其对nfr2的作用，是否对抗OS诱导的骨质疏松尚不清楚。

2.4.4 钙黏附蛋白

钙黏附蛋白（cadherin）是一类主要介导细胞间同质黏附的钙依赖性跨膜糖蛋白。OS可选择性地干扰肝脏中E-cadherin/β-catenin蛋白复合物的相互作用。在成骨细胞中，过表达N-cadherin可增加N-cadherin-LRP5反应，增强β-catenin的泛素化，下调Wnt/β-catenin信号，并导致成骨细胞功能出现缺陷，降低骨形成作用；干扰N-cadherin表达，结果与前述变化相反。因此，N-cadherin是成骨细胞中调节成体骨骼生长与维持骨量的一种关键调节剂。然而，在骨组织中，是否ROS增多通过N-cadherin/β-catenin轴影响骨质疏松进程，尚未见进一步的研究。

2.4.5 核氧化还原蛋白

核氧化还原蛋白（nucleoredoxin，NRX）是一种氧还原蛋白（TRX）相关蛋白，可以暂时性控制ROS刺激的Wnt信号。NRX能够与Disheveled（Dv1）相互作用，阻断Wnt信号通路的活化，而H2O2可使Dv1与NRX发生解离，激活Wnt下游信号通路，但其机制有待深入研究。

（李光飞）