单位文秘网 2021-07-17 14:05:34 点击: 次
摘要:OPG/RANKL/RANK系统是成骨细胞和破骨细胞之间相互作用的信号通道,岂今为止所发现的最重要骨代谢调节机制。许多因素可以通过影响这个信号系统发挥对骨代谢的调节作用,机械力刺激就是一个非常重要的影响因素。在运动过程中肌肉不断的对骨骼施加机械力刺激,因此运动对骨骼的影响也可能是通过影响OPG/RANKL/RANK系统的表达而发挥调节作用。目前主流观点认为“内分泌激素分泌变化是运动影响骨健康的重要机制”,但这种观点值得重新思考,因为机械力可以直接刺激骨组织影响骨代谢,而运动通过改善体内激素分泌环境促进骨代谢平衡这只是一种间接调节方式,并且一般强度的健身运动根本不会明显影响激素的基础分泌,因此需要从更深层次阐明这一机制。随着OPG/RANKL/RANK骨代谢信号调节系统的发现,可能为这一领域的研究提供新的发展机遇,使我们能够在更微观的层面上探讨运动对骨骼影响的调节机制。
关键词:OPG;RANKL;RANKL;骨代谢;运动
中图分类号:G804.2文献标识码:A文章编号:1004-4590(2010)03-0076-05
Abstract:By far, OPG/RANKL/RANK system is the most important bone metabolism modulator, playing an essential role in the interaction between osteoblasts and osteoclasts. This system is affected by many hormones, cytokines and chemikinds, and mechanical strain is one of important regulating factor. Exercise exerts continuous mechanical strains on bone, therefore it can influence on the OPG/RNAKL/RNAK system. It is well known that endocrinal hormones are the key mechanism in the influence of exercise on bone. However, this concept should be reconsidered, for the fact that mechanical strains can affect bone metabolism directly, and moderate physical activity may not change the secretion of hormone. With the discovery of OPG/RNAKL/RNAK system, it will give out a glim on research in the regulatory mechanism of exercise affecting bone.
Key words: OPG; RNAKL; RANKL; bone metabolism; exercise
1 前 言
骨骼似乎是机体内最不活跃的组织,它承担着负重、保护机体重要组织器官、维持生理机能的重要作用。实际上骨组织非常活跃,每年大约有10%总量的骨组织在更新,骨骼这种以“吸收-构建”为特征的动态平衡称为重建,由成骨细胞和破骨细胞主导的重建过程受到多种因素调节和影响[1]。机械力就是一个非常重要的影响因素,各种日常生活活动和体育运动对骨骼不断地产生机械力刺激,促进骨组织结构改变,以能够更有效适应各种负荷刺激。大量的文献报道[2,3]:有规律的体育运动可以提高骨量2%-3%,并认为良性的机械力作用能够使骨组织处于正向骨代谢平衡(positive metabolism balance)。同时,有研究还表明[4,5]优秀高水平女性运动员骨密度普遍比同龄健康的人群低3%-24%,而优秀耐力运动的男性运动员一些部位的骨密度和骨量比普遍健康人群低19%,而骨代谢率增高23%。这表明运动是影响骨健康的重要因素,不同的运动方式对骨骼有不同的影响。运动主要通过影响骨组织代谢而发挥其调节作用,调节骨组织代谢因素有局部机制和内分泌调节机制,维生素D、甲状旁腺、性激素等是非常重要的内分泌调节机制,它们在骨骼生长发育和维持骨量平衡中起到重要的作用。局部的调节机制主要是由自分泌和旁分泌产生的骨代谢调节因子。由于机械力可以直接刺激骨组织影响骨代谢,因此一般健身运动主要还是肌肉对骨骼施加机械力影响骨代谢这一个调节机制,并且这种强度的运动根本不会影响内分泌的基础分泌水平,因此,通过调节内分泌激素的分泌影响骨代谢似乎不是主要的机制,但是机械力影响骨代谢的具体调节机制目前还不十分清楚。随着分子生物学新理论和新方法的飞速发展,对调节骨代谢的分子机制也有了新的认识,这为阐明运动影响骨骼生长发育、维持骨量平衡的机制开辟了新视野,提供新的发展机会。
OPG/RANKL/RANK系统是新近发现的成骨细胞与破骨细胞之间相互作用的信号通道[6,7,8]。成骨细胞分泌“核因子κB受体活化因子配体”-RANKL(receptor activator of nuclear factorκB ligand)与破骨细胞上的“核因子κB受体活化因子”-RNAK (receptor activator of nuclear factorκB)结合后促进破骨细胞的分化、成熟及增强其活性,影响许多基因的表达,其中细胞组织蛋白酶K(cathepsin K)和抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrat-resistant acid phosphatase, TRAP)就是由破骨细胞分泌的重要骨吸收因子。同时,成骨细胞又分泌“护骨素”(osteoprotegerin, OPG)与RNAKL竞争结合阻止与RNAK的结合从而降低破骨细胞的活性。OPG/RANKL/RANK系统是目前已经发现最重要的调节骨组织代谢机制,体育运动影响骨组织代谢也可能是通过影响这个系统而实现对骨骼的调节作用。下面根据目前最新的文献成果对OPG/RANKL/RANK系统的生理特性、影响因素及与运动的关系作一个简要概括。
2 RNAKL
从RANKL的发现到现在大约有十多年的时间,随着越来越多的研究资料表明它是破骨细胞分化的极重要的调节因子[9,10,11,12]。许多细胞都表达RNAKL,其包括:成骨细胞前体,成熟成骨细胞、骨髓干细胞及T、B 淋巴细胞等。RANKL分子由317 个氨基酸组成,有一个N 端胞浆结构域(残基1~48),一个跨膜结构域(残基49~69),一个细胞外结构域(残基70~317),这其中包含一个配基结合位点(残基158~317)。RANKL主要有二种存在方式:一种是膜结合的同源三聚体形式(member-bound RANKL)(40ku~45 ku);另一种是可溶性形式(soluble RANKL, sRANKL)(31ku)。可溶性RANKL可由膜结合形式的RANKL裂解产生:蛋白水解酶,如TNF-α转化酶(TNF-αconverting enzyme, TACE)和基质金属酶(matrix metalloproteinase, MMP)等,在氨基酸序列140 位或145 位进行裂解生成sRANKL。这两种蛋白分子都可以与破骨细胞膜上RNAK受体结合。
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