研究已證實,OPG、RANKL、RANK在骨吸收中起決定作用,這三個因子在OC的活化、發育、衍變、激活、成熟過程中是刺激骨吸收的因子。根據信號傳導途徑分為三類:蛋白激酶介導的信號(PTH和PG2),維生素受體介導的信號[1,25(OH)-D3]和GP130介導的信號。它們作用於成骨/基質細胞,誘導其膜上表達RANKL分子,通過與OC前體細胞膜上RANK直接結合,將信號傳入前體細胞,引起級聯瀑布反應,使OC分化、成熟和激活。而OPG則由成骨/基質細胞旁分泌發揮作用,競爭性與RANKL結合,封閉OPGL與RANK的結合,抑製OC分化、成熟。OPGL/OPG濃度比是OC分化誘導的決定性因素,除了自我調控機製外,OC成熟、激活誘導的骨吸收、血鈣濃度升高,也對環路起反饋調節反應,總之,研究證實RANKL參與破骨細胞形成、分化、融合、生存、激活、成熟的全過程,而OPG作為RANKL的餌受體主要通過與RANKL結合競爭性抑製RANKL與破骨細胞上受體RANK結合,抑製骨吸收,增加骨量,降低血鈣水平,從而消除RANKL對於破骨各階段發生的作用。
七、軟骨鈣素
軟骨鈣素(chondrocalcin)軟骨鈣素的分子量為69kD,由35kD和34kD兩個亞單位組成。用免疫化學方法顯示,鈣化的軟骨含有大量軟骨鈣素;健康成熟的鈣化或未鈣化軟骨不含軟骨鈣素,網質骨、板狀骨、膜內骨、牙齒及其他組織均未見軟骨鈣素,血液中含微量軟骨鈣素。
軟骨鈣素有啟動和促進軟骨基質礦化、軟骨內成骨作用。細胞增殖層的早期階段,在細胞內囊泡部位有軟骨鈣素存在,在肥大細胞層下部該蛋白呈多極性,釋放到細胞外基質,呈縱向層狀聚集,鈣化完成時經中性蛋白酶水解而清除。在軟骨鈣素聚集點通常可探測到蛋白聚糖和連接蛋白組成的多聚體,軟骨鈣素與這些多聚體結合的同時,軟骨鈣化被啟動。此外軟骨鈣素還與羥磷灰石牢固結合,被動地在礦化部位聚集。以上兩種結合導致了局部軟骨鈣素濃度的增加,成為晶體核心形成的關鍵。軟骨鈣素還有促進前膠原三股螺旋結構形成的作用。24,25(OH)2D可促進軟骨細胞合成軟骨鈣素及軟骨基質的鈣化,1,25(OH)2D3則無此作用。若兩者合用可增強對軟骨鈣素合成的影響。
維生素D缺乏時,生長板軟骨鈣化障礙,未鈣化的肥大細胞層增加,軟骨鈣素減少,甚至消失。恢複食物中維生素D的供給,軟骨鈣素重新出現。軟骨發育不良(Kniestdysplasia)是一種罕見的常染色體隱性遺傳性骨骼發育不良症,患者軟骨內成骨障礙而膜內成骨正常,細胞外基質軟骨鈣素減少,蛋白聚糖、連接蛋白含量正常。以上改變可能是細胞內羧基端前肽酶活性異常增高,軟骨鈣素提前在細胞內從前膠原清除下來導致分泌障礙所致。健康未鈣化的關節軟骨不含軟骨鈣素,但在骨關節炎變性衰老的關節軟骨深層的周圍可探測到軟骨鈣素。Ⅱ型軟骨形成不全(Langer Saldino變異型)是一種罕見的短肢侏儒症,是由Ⅱ型膠原和軟骨鈣素的合成障礙導致軟骨內成骨異常。低磷酸酯酶血症(Rathburn綜合征)是以骨骼發育異常,堿性磷酸酶缺乏、軟骨鈣化障礙為特點的疾病,患者ALP和軟骨鈣素同時缺失。
八、白細胞介素
白細胞介素(interleukin,IL)IL-1由單核-巨噬細胞產生,也可由免疫活性的細胞和許多免疫係統以外的細胞產生。人的IL-1的分子量為12~18kD,30~50kD和>50kD三種類型。小劑量IL-1可促進骨DNA、膠原和非膠原蛋白合成。大劑量或長期應用IL-1則抑製膠原合成,但對DNA合成無抑製。用DNA合成抑製劑羥基脲不影響IL-1對骨蛋白的合成的作用。由於IL-1具有促使骨形成和骨吸收的雙重活性,因此可能是骨代謝的重要調節物質。
骨組織中的IL-6多由成骨細胞、骨髓基質細胞合成和產生,而且在其骨微環境中動態平衡依靠雌激素調控。一旦雌激素調控作用消失,IL-6的合成分泌增加,使骨吸收增加,導致骨質疏鬆。
九、腫瘤壞死因子
腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)分為由巨噬細胞產生的TNF-α和由淋巴球產生的TNF-β(又稱淋巴細胞毒素,Lymphotoxin,LT)。TNF-α和TNF-β在體外有抑製骨形成和促進骨吸收作用。利用大腸杆菌重組DNA技術所產生的TNF-α和TNF-β實驗中,發現TNF-α和TNF-β在10-9~10-7M濃度促進骨吸收,10-7M濃度效果最好。TNF-α和TNF-β在骨組織中使破骨細胞增加,而加入破骨細胞的抑製因子——降鈣素時骨吸收受抑製,提示TNF通過激活破骨細胞促進骨吸收。TNF還能抑製成骨細胞合成Ⅰ型膠原。
在骨組織慢性炎症中,溶骨吸收現象十分常見。TNF可誘導骨母細胞產生一種破骨細胞活化因子,促進破骨細胞的骨吸收。在類風濕性關節炎、骨關節炎等疾病時,常有硫酸軟骨素和蛋白聚糖的丟失,而TNF既可刺激這種蛋白聚糖的吸收,也可抑製其合成。TNF還能抑製骨膠原的合成,減少ALP含量。
十、前列腺素
前列腺素(prostagladins,PG)前列腺素是一類有20個碳原子的不飽和脂肪酸,它以前列酸分子為基本骨架,包括一個5碳環和2條側鏈。首先發現的PG是PGE和PGF,以後又發現了PGA、PGB、PGC等。PG存在於哺乳類動物所有的重要組織和體液中,其中以精液中的含量最為豐富,PG主要來自花生烯酸。它由磷酯酶水解後,通過一係列酶促反應,主要轉化為兩組活性衍生物:一是環氧酶途徑的代謝產物即前列烴類化合物(Prostanoids),如前列腺素(PG)、前列環素(PGI2)、凝栓質(TXs)。二是脂氧酶途徑的代謝產物,如白三烯(LTs)和花生四烯酸的各種羥基衍生物等。
PG在骨中大量存在,PG對骨的生長有雙向調節作用,小劑量時刺激骨膠原和DNA合成,大劑量則抑製骨的生長。同時PG還能加強骨的吸收過程。IL-1和TGF-β均能促進PG合成。這表明PG與激素和其他生長因子一道對骨的生長產生複合作用,並能對激素作用進行調節。