血清外泌体与LOX-1/NF-κB信号轴在糖尿病性骨质疏松的研究进展

司惠玲，张琦，刘亚倩，段奇党，刘静*

（1. 甘肃中医药大学第一临床医学院(甘肃省人民医院),甘肃 兰州 730000；2. 甘肃省人民医院内分泌科，甘肃 兰州 730000）

1 糖尿病性骨质疏松症(diabetic osteoporosis，DOP)

糖尿病性骨质疏松是我国常见的内分泌代谢性疾病引发的并发症，其发病率随着人民生活水平和方式的变化而日益上升，其主要发病机制与高血糖、胰岛素、细胞因子及糖基化终末产物等有关。机体内长期高血糖状态会导致破骨细胞骨吸收速度超过成骨细胞骨形成速度，破环骨重塑和微损伤修复作用的动态平衡，导致骨量减少或骨质破环，最终引发DOP的发生[1]。据报道，近乎50%的糖尿病患者可并发骨质疏松[2]。这种疾病是无法完全治愈的，目前最为安全有效的治疗手段是通过药物来延缓病程进展。因此，对此病好发人群（绝经后妇女、骨质减少患者及中老年人等）来开展营养科普宣教是十分有必要进行的，日常生

活保健中可以考虑通过多进行户外运动，补充富含有机钙、铁、镁、锌的天然食物，如优质奶乳制品、海鲜、香蕉，以及绝经后妇女遵医嘱补充相应的激素等预防骨质疏松问题的进一步发生。本文就SDEs和LOX-1/NF-κB信号轴与糖尿病性骨质疏松之间的关系展开综述，旨在为该病的诊疗防治提供科学依据。

2 外泌体

2.1 外泌体概述

1967年，Peter Wolf首次用电镜观察到由血小板释放的外泌体，但是当时这一发现并没有引起研究人员的重视，它被认为是没有任何生物学功能的细胞碎片或废物。1983年，外泌体被科学家们在绵羊网织红细胞中观察到，其表面被检测到含有源自网织红细胞的遗传物质[3]。1987年，Johnstone将这些囊泡正式命名为“外泌体”，并将其进一步定义为直径在30～100nm之间脂质双分子层的细胞外囊泡[4]。细胞外囊泡可根据其大小分为小型(直径＜200 nm，也称为外泌体)和中型(直径＞200nm，也称为微囊泡)[5]。

2.2 外泌体形成过程

细胞通过质膜内陷和内吞的作用方式将细胞外液成分摄入胞内，形成早期核内体；成熟为晚期核内体后体腔再次内陷形成多囊泡小体，其中含有各种胞质内遗传物质的囊泡；成熟后的多囊泡小体一部分与溶酶体融合，其内容物被降解。剩下的部分通过肌动蛋白与微管细胞骨架相互作用运输到质膜结合后释放到细胞外液中，即为外泌体[6]。然而，外泌体的释放（多泡小体的形成、囊泡的萌发）还需要一些蛋白质的辅助触发，如ESCRT、RAB家族、GTPase和SNARE，并且这些蛋白质是否启动依赖于细胞类型，如一些细胞需要ESCRT或RAB机制来释放外泌体，但是其他细胞就不需要[7,8]。

2.3 外泌体的组成及生理功能

真核生物、原核生物以及所有细胞都可以释放外泌体，在健康或疾病状态下维持细胞间通讯[9]。外泌体携带其母细胞的各种生物大分子蛋白质，包括室膜、质膜及细胞质的蛋白质，但不包括线粒体、高尔基体、内质网和细胞核的蛋白质[10]，还有酶类、转录因子、脂质、细胞外基质蛋白和核酸[11]。外泌体表征蛋白也参与免疫识别，与受体蛋白的质膜相互作用，典型的外泌体标记蛋白有：热休克蛋白（Hsp70、Hsp90）、抑癌基因101（Tsg101）、四环素（CD9、CD63、CD81）、肌动蛋白等，这些蛋白表达不受外泌体来源的限制[5]。然而。外泌体中所含的脂质是具有特异性的，根据细胞来源而异，主要有胆固醇，鞘磷脂（鞘磷脂和神经酰胺）、甘油磷脂对于外泌体的形成，受体细胞的动态平衡调节以及外泌体表面形状的维持都具有重要意义[5]。

供体细胞将外泌体释放到细胞外环境发挥各种生物学功能，包括细胞内通讯以及母细胞与周围细胞进行蛋白质和遗传物质（DNA、mRNA及microRNA）的信息交换[12]。外泌体可以激活或抑制免疫系统[13]，具有双重调控作用。目前外泌体已在临床癌症免疫治疗中发挥重要作用，因其表面的特异性肿瘤生物标志物，在肿瘤的靶向药物治疗中意义重大[14],肿瘤细胞可以将生长因子和细胞因子转移到细胞表面，并释放外泌体与细胞外液中的其他细胞进行信息传递，从而建立肿瘤的侵袭性生长。由于含有丰富的的miRNA和mRNA，外泌体也是一种潜力较高的生物基因传递系统[15]这种细胞外囊泡在帮助基因传递、疾病诊断、细胞内通讯、药物传递和生物标志物驱动疗法方面的巨大潜力已逐渐成为近几年的研究热点[14]。

2.4 血清外泌体与糖尿病性骨质疏松

血清外泌体可以稳定地提供一些肿瘤疾病的特异性信息，样本便于获得，外泌体的提取不受血液数量及存储时间的限制，可以减少疾病检测需要带来的侵入性手术。通过筛选不同的信号分子，找到不同疾病的特异性生物标志物，从而进行相应的靶向治疗。例如，血清外泌体miR-122被认为是结直肠癌肝转移诊断和预后的潜在生物标志物[16]。各种来源不同的外泌体参与了骨重建过程中的多个调节过程，其中含有多种生物活性物质可调控骨重建过程。定量蛋白质组学分析，骨质疏松患者的血清外泌体参与抑制体内成骨细胞的生长过程[17]。研究表明，骨质疏松减少患者的血清外泌体能够促进破骨细胞的黏附和活化以及新骨量的形成。通过实验发现在骨质减少患者的SDEs中被发现淀粉样前体蛋白、核仁蛋白和细胞质核糖体蛋白的成员含量上升，而淀粉样前体蛋白和核仁蛋白与破骨细胞的细胞粘附和存活有关[17]。研究骨质减少患者血清外泌体的病理生理功能，对于我们探索出糖尿病性骨质疏松患者新的临床诊断和治疗方法具有一定的价值[18]。

3 LOX-1

3.1 LOX-1概述

日本科学家Sawamura于1997年首次在牛主动脉内皮细胞上研究发现LOX-1[18]，这是一种相对分子质量为50kDa跨膜糖蛋白，参与氧化低密度脂蛋白的结合，内吞和蛋白降解[19]。LOX-1属于C型凝集素受体家族，其结构在哺乳动物上高度表达。人类中，LOX-1基因由位于12号染色体断臂上的单拷贝基因OLR1（氧化低密度脂蛋白受体1）编码[20]。

3.2 LOX-1与糖尿病性骨质疏松症

LOX-1是一种多配体受体，可识别多种配体，并在细胞中广泛表达[21,22]，包括内皮细胞[23,24]，血管平滑肌细胞[25]，巨噬细胞及软骨细胞[26]。研究报道[27]，骨吸收破骨细胞和骨形成成骨细胞均表达LOX-1，LOX-1-/-小鼠在稳定状态下骨量减少，但由于成骨细胞RANKL表达受损，因此对炎症性骨破坏具有抵抗力。生理条件下，LOX-1是低表达的，但在氧化应激和炎症反应期间显著上调[28]。Kimiko[29]等人研究表明，Toll样受体激活会通过上调LOX-1的表达而促进破骨细胞的生成增加。LOX-1可以通过ox-LDL/LOX-1/NF-κB 轴的恶性循环，促进 AS的进展[24]。研究证明，LOX-1通过基本抑制破骨细胞前体细胞的细胞融合来负调控破骨细胞分化。LOX-1缺失小鼠由于生长期骨吸收增加，骨小梁质量持续下降[30]。糖尿病患者的高糖环境通过上调LOX-1的表达，使破骨生成增加，成骨形成减少，骨微环境失去动态平衡，引发骨质疏松。

4 血清外泌体、LOX-1/NF-κB及糖尿病性骨质疏松

NF-κB是一种细胞内核转录因子，能对机体各种刺激立刻做出反应，可参与病毒复制，肿瘤发生，细胞凋亡，炎症和多种自身反应性疾病。它有不同亚基的同源或异源二聚体组成，分别属于Rel蛋 白 家 族(p65(RelA)、RelB、c-rel、p105/p50(NFkB1)和P100/P52(NFKB2)。NFkB1(P50)和NFKB2(P52)缺乏C末端转录激活域(TADS)，它们的同源二聚体被认为是抑制因子[31]。研究表明[32]，在敲除核因子-βp50和/或p52的小鼠模型中，体外骨髓培养中由破骨细胞前体形成的破骨细胞数量较少，此外，一些破骨细胞上的特异性标志蛋白，如TRAP表达降低。LOX-1在破骨细胞膜上分布表达，NF-κB通路的激活是LOX-1的信号通路下游的关键环节，NF-κB与LOX-1启动子结合后负向调控，导致LOX-1表达上调。外泌体中富含的miRNA可激活或抑制相关信号通路，调控基因的表达水平。许永峰[33]等人通过血清学分析筛选出12个上调的miRNA和5个下调的miRNA作为预防骨质疏松的检测指标。总之，血清外泌体中miRNA可通过一定的信号途径调控骨代谢是毋庸置疑的，如miRNA通过LOX-1/NF-κB、MEPK经典信号途径，然而至今为止这方面的研究报道仍较少，这可为我们未来研究的一个新方向。

5 小结与展望

综上所述，血清外泌体在治疗糖尿病性骨质疏松方面有巨大的治疗潜力，具体的病理机制和许多未解决的临床问题需要我们去深入研究探讨，LOX-1/NF-κB信号途径在破骨细胞的增值分化中起着非常重要的作用，基于此信号轴探索血清外泌体治疗骨质疏松的新靶点药物，无疑具有一定的创新性和强大的临床前景。