交感神经系统—肾上腺素能受体对骨改建的问题

交感神经系统—肾上腺素能受体对骨改建的问 交感神经系统—肾上腺素能受体对骨改建的问题 交感神经系统—肾上腺素能受体对骨改建的问题 传统观点认为，骨改建活动主要受到局部细胞因子和内分泌系统的调节;然而越来越多的研究明，交感神经可通过调控成骨细胞和破骨细胞的功能，在骨的生理病理性改建中发挥作用。 1.交感神经在骨内的分布 交感神经系统(sypatheti nervus syste，SNS)对骨组织和骨细胞的神经支配是其调控骨代谢的组织学基础。骨外膜、骨小梁和骨髓腔中均分布有交感神经纤维，其中生长板和长骨骺交感神经纤维分布最多、密度最大。在骨密质中，神经纤维沿哈佛系统排列并随血管走行;在骨松质和骨髓腔内，神经纤维多数伴随血管走行，部分呈散在分布。 2.交感神经系统对成破骨细胞的调节 SNS分泌的去甲肾上腺素(nrepinephrine，NE)等神经递质，作用于组织器官中的肾上腺素能受体(renergi reeptr，AR)起作用。ARN于G-蛋白偶联受体超家族成员，目前发现的AR主要有5种亚型，即 1、 2、 1、 2、 3受体。AR与其对应的配体结合后，可激活环腺苷酸-蛋白激酶A(prtein kinase A，PKA)信号转导通路、细胞外信号调节激酶(extraellular signal-regulated kinase，ERK)信号转导通路、蛋白质激酶B信号转导通路、P38促丝裂原激活蛋白激酶(P38 itgen-ativated prtein kinase，P38APK)信号转导通路，诱导一系列细胞内事件，调控细胞的功能和基因表达。在成骨细胞与破骨细胞中可以检测出多种AR，SNS通过激活细胞表面的AR完成其对成骨细胞和破骨细胞的调控，从而调节骨代谢。 2.1对成骨系细胞的调节 Huang等在人成骨细胞表面定位了 与 受体: 受体激动剂西拉唑啉可增强成骨细胞的增殖活性，而 受体激动剂非诺特罗则抑制成骨细胞增殖，即交感神经激活成骨细胞表面的 或 受体所产生的生物学作用并不相同。 Suzuki等采用不同浓度的 受体激动剂肾上腺素及 1受体激动剂苯妥拉明体外刺激3T3-E1成骨样细胞发现:肾上腺素和苯妥拉明均可以剂量依赖地促进成骨细胞增殖，可促进其高表达碱性磷酸酶; 受体 拮抗剂酚苄明及 1受体拮抗剂螺哌隆均可逆转肾上腺素的上述效应，但 2受体拮抗剂萝芙素及 受体拮抗剂普萘洛尔则无明显阻断作用。他们认为，交感神经递质系通过激活成骨细胞 1受体促进成骨细胞增殖与成骨活动效应。其后续研究显示，肾上腺素促进成骨细胞增殖的作用是通过激活ERK信号转导通路实现的，而其促进成骨细胞碱性磷酸酶活性增强的作用则是通过激活P38APK信号转导通路来实现的。Kdaa等采用NE体外刺激人SA-1成骨细胞系细胞，结果发现NE可促进成骨细胞内钙离子浓度增高，促进细胞增殖，该作用可被 1受体拮抗剂氯乙基可乐定或PKA信号转导通路抑制剂H89阻断。上述研究表明， 1-AR激活可以促进成骨细胞增殖与成骨活动，其在SNS调节骨代谢的过程中可能起着促进骨生成的作用。 与 1受体相反， 2受体激活则主要起到抑制骨生成的作用。Takeda等发现，给予野生小鼠腹腔注射 受体激动剂异丙肾上腺素(Isprenaline，IS)后，其骨量、骨形成率以及成骨细胞数量及面积均降低，且骨组织内成骨活动相关基因核心结合因子- (re binding fatr 1，BFA1)和1型胶原表达也明显降低;另一方面，经腹腔注射普萘洛尔的野生小鼠或是 2受体基因敲除鼠，其椎体和长骨骨形成率和成骨细胞的数量都明显增加，最终表现为小鼠骨量增加。Bnnet等通过卵巢切除(varity，VX)构建了大鼠及小鼠骨质疏松模型，通过腹腔注射普萘洛尔观察 受体阻断对VX鼠骨形成指标的影响。结果显示，小剂量普萘洛尔注射较生理盐水注射可以明显提高VX鼠长骨矿物沉积率、骨量以及股骨中成骨细胞的数量及表面积。以上结果显示， 受体的激活可通过抑制成骨细胞活动而导致骨量降低。 体外研究进一步显示，成骨细胞 2受体被激活后可抑制-Y基因的表达，导致细胞周期蛋白D1下调，抑制成骨细胞的增殖，抑制骨量。Li等对成骨前体细胞骨髓间质干细胞(bne arr esenhyal ste ell，BS)的研究显示:在BS成骨分化过程中， 1及 2受体基因表达均逐渐增高，IS可抑制BS的成骨分化，抑制骨形态发生蛋白-2、BFA1、1型胶原及骨钙蛋白在BS中的表达;该作用可被普萘洛尔、 2受体拮抗剂IIll8551及PKA信号转导通路抑制剂H89所阻断，表明 2受体激活后通过活化PKA信号转导通路抑制BS成骨分化，进而抑制骨生 成。 2.2破骨系细胞 SNS对破骨细胞活化的作用可通过直接刺激破骨前体细胞分化与成熟，间接促进成骨细胞分泌促破骨因子两方面来实现。Arai等发现，破骨前体细胞主要表达 2受体，仅有少量 1及 2受体表达，IS可促进破骨前体细胞表达整联蛋白和组织蛋白酶K等破骨细胞成熟特异性因子，增加破骨细胞的骨吸收活性和肌动蛋白环的形成，即激活破骨细胞 受体可直接促进破骨细胞的骨吸收能力。研究显示:NE和 受体激动剂沙美特罗均可以促进核因子-KB受体活化因子配体(reeptrativatr f nulear fatr-kB ligand，RANKL)诱导的成熟破骨细胞的形成，提高其骨吸收能力;而加入普萘洛尔后，上述作用均被抑制。 他们认为，交感神经是通过激活高表达于破骨前体细胞表面的 受体来促进破骨前体细胞形成成熟的破骨细胞的。 Knd等发现，IS可增加小鼠骨髓单核细胞及破骨前体RA264.7系细胞内活性氧自由基的生成，促进其生成成熟的破骨细胞并有破骨相关基因活性T细胞核因子-1、抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant aid phsphatase，TRAP)和组织蛋白酶K表达，而抗氧化剂 -硫辛酸则可抑制IS的上述促破骨作用。他们以为，IS激活 受体后，可能通过促进细胞内氧自由基的生成从而直接促进破骨细胞成熟。Fnsea等发现， 受体激动剂可乐定促进RANKL诱导的成熟破骨细胞的生成及骨吸收活性，而沙美特罗则抑制RANKL的促破骨作用。他们以为， 受体激活可能也在破骨前体细胞的活化与破骨功能中发挥作用。 由于成骨细胞和破骨细胞均有AR表达，因此AR对破骨细胞活动的调节，不仅有上述渠道的直接调节作用，而且可以通过调节成骨细胞分泌细胞因子的渠道间接影响破骨细胞。RANKL是一种由成骨细胞等分泌的促破骨细胞分化和激活的关键因子，可剂量依赖地诱导单核细胞形成具有骨吸收活性的多核成熟破骨细胞。Aitken等发现，在骨髓一成骨细胞共培养体系中加ANE或IS，可以促进小鼠颅骨成骨细胞分泌RANKL，即交感神经可能通过刺激成骨细胞分泌RANKL的方式间接促进破骨细胞活化。 有学者将野生型和敲出 受体Adrb2-基因小鼠的成骨细胞与RA264.7破骨前体细胞共培养发现，IS可促进野生小鼠成骨细胞分泌RANKL，间接地刺激破骨细胞分化，但Adrb2-基因敲出小鼠的成骨细胞经IS刺激后则没有此效应。他们认为:成骨细胞 受体的激活在其分泌RANKL、促进破骨前体细胞的分化的活动中发挥着关键作用;IS促进成骨细胞分泌RANKL的作用是通过激活PIA信号转导通路，进而磷酸化反应元件活化转录因子-4来实现的。 3.交感神经系统对骨生理病理改建的调节 3.1交感神经系统与骨的力学响应 生物力刺激对骨的维持与生理性改建具有重要意义。有学者通过悬吊大鼠后肢使其不与地面接触从而建立后肢不受力模型，建模14 d后大鼠后肢骨量较对照组明显降低，表现为骨矿物质质量、骨形成率以及骨髓间质细胞的成骨能力明显降低，破骨活动生化指标和破骨细胞数目及面积则明显增加;而在建模开始时每天注射普奈洛尔则可阻断后肢因不受力所发生的骨丢失，使得上述成骨、破骨活动指标恢复至对照组水平。他们认为，SNS抑制成骨、促进破骨的活动介导了大鼠后肢因不受力所发生的骨丢失。 牙槽骨在受到咬合力等力学刺激后具有较强的改建能力，被认为是研究骨力学响应的理想模型。有学者给予大鼠前牙佩戴咬合板造成其前牙咬合功能降低发现，戴咬合板1周后，其前牙区牙槽骨骨体积分数较对照组降低，而破骨细胞数目及面积则增加，若在戴咬合板的每天给予大鼠腹腔注射普奈洛尔，则可逆转前牙区骨量的丢失以及破骨活动的增加，即交感神经参与了由咬合功能不良所导致的牙槽骨骨丢失。 另有学者通过弹性橡皮圈推大鼠第一磨牙向近中移动，结果试验组大鼠第一磨牙近中牙周膜中交感神经纤维较对照组明显增加;腹腔注射普萘洛尔或将交感神经化学切断则可明显减少第一磨牙近中移动量以及牙槽窝破骨细胞 的数目及面积，而腹腔注射IS则可明显增加上述指标，但上述药物注射并不影响牙槽窝成骨活动指标。他们认为，SNS主要是通过调控破骨活动参与牙槽骨在力学刺激下的骨改建的。 3.2交感神经系统与骨质疏松 骨质疏松症是一种以骨量减少、骨质结构破坏为主要特征的全身性骨骼疾病，SNS则与其发生发展密切相关。有学者通过VX建立骨质疏松大鼠模型发现，肾上腺素能纤维在骨质疏松大鼠的干骺端骨膜形成层中的分布较健康大鼠增多，即骨质疏松的发病可能受到分布于骨膜的交感神经纤维的影响。有学者给予骨质疏松大鼠普萘洛尔，结果发现普萘洛尔可提高VX大鼠椎骨及长骨骨量，VX大鼠外周血中瘦蛋白水平及其下丘脑瘦蛋白受体表达升高;即普萘洛尔促进VX大鼠骨量升高，可能至少部分通过瘦蛋白的作用来实现。 有学者在不影响大鼠血压的前提下，对SNS过度活跃的骨质疏松症大鼠予以腹腔注射 受体拮抗剂布托沙明，结果发现布托沙明可剂量依赖性地降低血浆TRAP水平，减少破骨细胞的数量及面积，低剂量的布托沙明可增加血浆骨钙蛋白的质量浓度及骨形成率。他们认为，低剂量 受体拮抗剂可能通过抑制破骨活动和促进成骨活动来逆转骨质疏松。