OPN通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生

OPN Involved in the Occurrence of Many Diseases through NF-κB Signaling Pathway

摘要: 骨桥蛋白(osteopontin, OPN)是一种磷酸化糖蛋白，其在多种类型的细胞中均有表达。在炎症、肿瘤、免疫性疾病及纤维化疾病等多种病理状态下，OPN会出现异常表达。近年来，越来越多的研究发现，OPN通过核因子κB (nuclearfactor kappa-B, NF-κB)信号通路参与各病理生理过程，如子宫内膜癌、骨关节炎以及肾结石等多种疾病，本文将OPN通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生发展做一综述。

Abstract: Osteopontin is a phosphorylated glycoprotein, which is expressed in many types of cells. OPN is ab-normally expressed in many pathological states, such as inflammation, tumor, immune disease and fibrosis disease. In recent years, more and more studies have found that OPN through NF-κB sig-naling pathway is involved in various pathophysiological processes, such as endometrial cancer, os-teoarthritis, kidney stones and other diseases. This review will describe OPN is involved in the oc-currence and development of many diseases through NF-κB signaling pathway.

1. 引言

OPN是一种磷酸化糖蛋白，其在多种类型的细胞中均有表达，并且具有介导细胞的粘附、细胞与细胞间的相互作用等众多的生物学功能。在炎症、肿瘤、免疫性疾病及纤维化疾病等病理状态下，OPN出现异常表达 [1]；也有研究发现OPN在心肌纤维化、肾间质纤维化及肝硬化中扮演重要角色 [2]。NF-κB是一种调节多种炎性反应表达的诱导性转录因子，能被多种应激和炎性因子激活，激活后参与众多基因的转录调控，通过调节多种前炎性因子、生长因子和黏附分子等的表达，在炎症、免疫反应、氧化应激反应、细胞增殖及细胞凋亡等病理生理过程中发挥重要作用 [3]。OPN作为一种新的细胞因子，在人体内发挥着重要作用，近几年研究表明，OPN可诱导NF-κB路径的激活，调节在乳腺癌细胞中NF-κB的通路依赖因子的表达 [4]。也有研究证实OPN通过增加p65和磷酸化p65的丰度以及p65蛋白从细胞质到细胞核的易位来促进NF-κB途径的激活，抑制OPN表达使NF-κB通路失活 [5]。本文将OPN通过NF-κB信号通路参与不同疾病发生发展的研究现状做一综述。

2. 骨桥蛋白的结构与功能

2.1. 骨桥蛋白的结构及表达

OPN是一种具有多种生物活性的分泌型钙结合磷酸化糖蛋白，属于SIBLING家族 [6]。OPN在细胞中由spp1基因编码，该基因含有6个外显子，相对分子量约44kd，全长约11 kb，其mRNA通过可变剪切产生3种不同的剪切体：OPN-a、OPN-b和OPN-c，它们均由几个高度保守的结构域组成，主要包括RGD、识别序列 (GRGDS)、SVVYGLR序列、凝血酶切割位点(RSK)、N－末端富含天冬氨酸序列、钙结合位点和C－末端结合肝素结构域 [7]。OPN约含300个氨基酸残基，其中天冬氨酸、丝氨酸和谷氨酸残基占有很高的比例，OPN多肽链的二级结构包括8个α螺旋和6个β折叠结构，在高度保守的精氨酸–甘氨酸–天冬氨酸(RGD)序列两端各有一个β折叠结构，而分子中心部位则是α螺旋结构。OPN可表达于不同器官、组织及细胞中，广泛存在于细胞外基质中，如骨细胞、成骨细胞、破骨细胞、上皮细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞、活化的T淋巴细胞、巨噬细胞以及肾、肺、乳腺等中，但在母乳中含量最高(平均约138 mg/L)；OPN也可存在于正常的体液中，如血清、乳汁、尿液 [3]。在正常状态下，机体只分泌少量的OPN以维持其正常的生理功能，然而，当机体受到某些刺激时则会大量分泌OPN。

2.2. 骨桥蛋白的功能

根据细胞种类、生理、病理条件的不同，OPN在转录后可受到糖基化、磷酸化、硫酸化等修饰，导致其大小和功能的差异 [8]。OPN可通过RGD位点作为配体结构结合几种不同的整合素，包括αVβ1、αVβ3、αVβ5、α4β1、α9β1，其中αVβ3是其主要受体，当OPN被凝血酶片段切割时，暴露了隐藏在OPN分子内部的整合素连接位点162SLAYGLR168，整合素α4β1和α9β1便与后者结合，结合后所形成的结构在细胞黏附中起着重要作用 [7]。此外，RGD和SVVYGLR两个结构域参与OPN相关的信号转导，主要包括整合素途径和CD44糖蛋白途径 [9]。OPN的分子结构决定了其具有多种生物学功能，与不同的受体结合便产生不同的生物学效应，它能在生物矿化中发挥重要的作用；可促进细胞介导的免疫应答；还可以激活细胞内通路，调节免疫系统内的基因表达 [10]；此外，OPN可增强血小板和B淋巴细胞的粘附以及T细胞的粘附；可刺激人T细胞增殖并促进人单个核细胞表达Th1细胞因子；可引起单核细胞分化、加速血管生成、参与组织重建，如骨吸收、血管生成和创口愈合等；还可以抑制内皮细胞的凋亡及促进肿瘤细胞的侵袭 [11] [12] [13]。

3. NF-κB信号通路的简介及激活过程

3.1. NF-κB信号通路的简介

NF-κB是一种能与免疫蛋白特异结合的一种多向性核转录因子，NF-κB家族有五个成员，p65(RelA)、RelB、c-Rel、p105/p50和p100/p52，它是由p-50或者p-65亚基组成的二聚体 [12]。NF-κB的激活通过两种不同的信号途径发生，即经典的和非经典的NF-κB途径，两者具有不同的激活机制。在经典途径中抑制蛋白(inhibitorκB, IκB)的蛋白质被高分子IκB激酶复合物(inhibitor of kappaB kinase, IKK)磷酸化，IκB降解使NF-κB的蛋白质从细胞质转运到细胞核并且与其同源的DNA结合位点结合后来调节大量的下游靶基因的转录；非经典途径中NF-κB诱导激酶(NIK)和IKKα的激活，产生p52/RELB异源二聚体，使其进入细胞核，并激活各种靶基因 [13]。典型NF-κB途径对炎症、免疫反应、细胞增殖、分化和存活等多种外部刺激作出反应，非典型NF-κB途径负责免疫细胞多层的发育 [14]。

3.2. NF-κB信号通路的激活过程

一般情况下，NF-κB是以非活性形式分布于细胞浆中，一旦受到外界刺激，病变组织会活化进而释放出大量NF-κB [15]。在静息状态下，NF-κB与IκB相结合，以非活化形式存在于细胞质内。当细胞受到多种细胞内或细胞外信号刺激时，IκB 特异丝氨酸残基被IKK磷酸化，引起IκB分子的多泛素化，进而被蛋白酶体降解，使NF-κB从与IκB复合物中解离出来，NF-κB迅速移位到胞核，与基因上的κB位点特异性结合，促进有关基因的转录，促使机体释放过多的炎症介质和细胞因子 [16]。IKK由两个同源催化亚单位IKKα (也称为IKK1)和IKK β (也称为IKK2)以及一个调节亚单位IKKγ (也称为NF-κB必需调节剂，NEMO)组成 [17]。IKKβ对于促炎细胞因子和各种微生物产物的典型NF-κB激活至关重要；而IKKα主要调节非典型NF-κB激活 [18]。近几年，越来越多的国内外研究发现，NF-κB能够通过介导、调控机体免疫应答、炎症因子释放及细胞凋亡等病理过程而参与许多炎症性疾病发生发展 [19]。此外，有研究发现NF-κB在淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺癌组织中呈高表达，表明其与许多致瘤基因的激活密切相关 [20]。

4. 骨桥蛋白通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生发展

OPN在许多生理和病理过程中发挥重要作用，包括伤口愈合、炎症、免疫反应和肿瘤进展 [11]，研究表明OPN的过度表达增加了人类卵巢癌、前列腺癌、肺癌和肝癌细胞的增殖、迁移、侵袭和肿瘤形成 [21] [22]。同时，越来越多的研究发现OPN通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生发展，包括骨关节炎、肾结石、子宫内膜异位症、乳腺癌以及肝癌等。

4.1. 骨桥蛋白通过NF-κB信号通路参与多种疾病的作用机制

OPN可以通过与多种细胞表面受体结合，包括多个整合素受体如αvβ3、αvβ1、αvβ5和αvβ6，以及CD44受体，从而激活多个下游信号通路。以往的研究表明，OPN以细胞特异性的方式激活包括JAK/STAT、MAPK、PI3K和NF-κB途径在内的多个下游信号级联。近几年研究发现，当机体处于应激、炎症和低氧等环境时可激活NF-κB途径，OPN通过激活IKK将IκBα磷酸化，使IKB与NF-κB解离，这时游离状态的NF-κB迅速转移到达细胞核内，与特异性的靶基因序列结合，促进各种基质金属蛋白酶(Matrix metallo proteinase, MMP)及炎性因子的表达，进而调节细胞骨架组织、细胞运动、细胞生长，最终调控细胞迁移、细胞外基质(extra cellular matrix, ECM)侵袭和肿瘤生长等过程 [23]。MMP是一个大家族，因其需要Ca²⁺、Zn²⁺等金属离子作为辅助因子而得名。MMPs家族已分离鉴别出26个成员，编号分别为MMP1~26。根据作用底物以及片断同源性，将MMPs分为6类，包括胶原酶(MMP1和MMP13)，介导软骨中的胶原如IV型、IX型和软骨基质成分蛋白多糖等的降解；明胶酶(MMP2和MMP9)，通过自分泌或旁分泌途径在调节癌细胞迁移、ECM侵袭以及转移中发挥重要作用 [5]；还有基质溶解素(MMP3)，furin活化的MMP和其他分泌型MMP。

然而，在不同的疾病中OPN通过NF-κB信号通路介导疾病的具体机制及过程也是不同的。有研究报道，在骨关节炎中，OPN通过激活NF-κB途径促进胶原酶MMP13的表达，从而促进骨关节炎的进展 [23]；Urtasun及其同事研究发现OPN作为一种氧化应激敏感的细胞因子，能通过αVβ3整合素结合及活化PI3K/p-Akt/NF-κB途径上调肝星状细胞α-SMA和I型胶原表达，加速肝纤维化的进程 [24]；此外，Guarneri等人研究发现OPN在黑色素瘤中介导MMP-9激活从而增强肿瘤侵袭性的机制可能与NF-κB激活有关 [25]；也有研究发现OPN通过诱导NF-κB信号通路的激活，促进MMP-2、MMP-9和uPA的表达和/或激活，刺激胃癌细胞增殖、侵袭以及转移 [26]。综上所述，我们不难发现在大多数疾病中，OPN与其受体结合后，通过NF-κB的激活增强依赖于NF-κB通路的uPA/MMPs (uPA/MMPs的催化区域中均有NF-κB的结合序列)的表达，促进细胞外基质、基底膜的降解、细胞的增生及抑制细胞凋亡，进而诱导众多疾病的发生发展。除了上述所提到的机制，还有不同的OPN通过NF-κB信号通路调控疾病的机制有待于我们继续探究。

与此同时，也有学者发现了与上述研究结果不同的结论，有研究表明OPN抑制NF-κB信号通路的激活，从而调控某些病理生理过程。比如，Guo等人研究发现OPN抑制NF-κB的活性，进而预防经IL-1β和内毒素处理的非肿瘤细胞NF-κB的激活和一氧化氮的合成 [27]。同时，在非小细胞肺癌的研究中发现，雾化吸入OPN三重突变体(OPN三重突变体)能通过抑制NF-κB活性，从而抑制K-ras突变小鼠肺癌的发生 [28]。在Suzuki等人的研究中报道，在蛛网膜下腔出血后出现的脑损伤中，外源性OPN可通过抑制NF-κB的活性，保持脑微血管基底膜的完整性，从而减轻脑损伤 [29]。此外，在肾透明细胞癌(CCRCC)的研究中发现，OPN与肿瘤细胞的NF-κB蛋白表达和凋亡活性呈负相关，研究结果表明NF-κB信号通路可能参与OPN介导的CCRCC进展，部分通过保护肿瘤细胞免受凋亡 [30]。我国学者在使用OPN基因敲除的高氧所致急性肺损伤(ALI)小鼠动物模型研究中发现，OPN蛋白的表达能减轻高氧所致的ALI，最近研究表明，长时间吸入高氧能引起ALI伴NF-κB、MMP-2和MMP-9的表达增高，但重组OPN处理组上述指标明显降低，表明吸入重组OPN能抑制它们的表达，从而减轻高氧所致急性肺损伤 [16]。

4.2. 骨桥蛋白通过NF-κB信号通路参与多种疾病的研究局限性

本文提到的众多研究多为动物实验研究，样本量较少，缺乏基因水平的验证，存在较多的局限性。我们需要使用大量完整的临床样本来验证上述结论。同时，OPN具体是通过与哪一个受体结合，结合后如何促进NF-κB的释放及引起哪些因子的分泌，最终参与多种疾病的发生，也存在疑问，有待于接下来进一步的研究。

5. 骨桥蛋白通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生的研究展望

总之，结合上述内容，我们可以明确骨桥蛋白通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生发展。但是，其详细作用机制仍需要进一步明确。研究OPN通过NF-κB信号通路参与多种疾病的发生，探讨OPN及NF-κB是否能作为疾病治疗一个靶点，具有重要价值。

基金项目

青海省科技计划项目——细胞焦亡与特发性炎性肌病的相关性研究(20119-ZJ-7094)。

参考文献

NOTES

^*通讯作者。