樊梅 唐芳 马武开 兰维娅 李宇 蒋总 蔡鑫
【摘 要】 成骨细胞标志物核心结合因子或Runt相关转录因子2（Runx2）作为骨细胞的特异转录因子，在成骨细胞的分化、软骨细胞的成熟、骨基质蛋白的产生等过程中都具有显著的影响，并对骨形成和重建起着重要作用，是一种公认的关键转录因子。既往研究发现，Runx2基因与很多信号通路如骨形态发生蛋白信号通路、Notch信号通路、Wnt/β-catenin信号通路等都有密切的关系。其中与Wnt/β-catenin信号通路关系最为密切，而Wnt/β-catenin信号通路能够影响骨代谢疾病是毋庸置疑的，Runx2基因作为Wnt/β-catenin信号通路的下游靶基因，经证实可以通过Wnt/β-catenin信号通路进而调节骨代谢相关疾病。文章通过查阅相关文献，了解Runx2与Wnt/β-catenin信号通路的关系及相关作用机制，并对其在该通路中如何影响骨代谢相关疾病的问题作一综述，希望能为以后的研究打下基礎。
【关键词】 骨代谢疾病;Runx2基因;Wnt/β-catenin信号通路;综述
人类骨代谢是一个复杂的动态平衡过程，首先它需要破骨细胞（OC）将旧骨吸收，其次还需要成骨细胞（OB）形成新骨，只有两者紧密配合时，人体的骨代谢才能得以正常进行[1]。而Runt相关转录因子2（Runx2）作为特异性的转录因子，是OB分化过程中所特有的，调节着众多基因的转录[2]。段志斌等[3]通过实验证实，Runx2能使骨髓间充质干细胞向软骨细胞及OB分化、成熟，在骨修复和重建中具有重要影响。而骨形成和骨吸收的过程正是骨修复和重建的过程。骨质疏松症（osteoporosis，OP）、骨关节炎（osteoarthritis，OA）等是已经被证实了的骨代谢性疾病，而这些骨代谢疾病与Wnt/β-catenin信号通路是紧密联系的，Runx2作为Wnt/β-catenin信号通路的下游信号因子之一，众多研究证实其与骨代谢性疾病密切相关[4]，本文主要从以下几个方面进行阐述。
1 Runx2基因
Runx2，又称核心结合因子αl（core-binding factoral α1）、多瘤病毒增强子结合蛋白（PEBp2αA）或急性骨髓性白血病因子3（AML3）等[5]。
1993年首次被发现并被克隆，人类Runx2基因主要位于6pl2.3-p21.1染色体上，其mRNA的长度约为1.4 kb，主要由9个外显子组成。此外，Runx2根据起始基因的氨基酸不同，分别含有3种蛋白异构体，Cbfal/P56（Ⅰ型）、Cbfal/P57（Ⅱ型）以及Osf2 /Cbfa1（Ⅲ型），这3种蛋白异构体的3端和Runt结构域没有显著差异，而N端序列则明显不同，但它们都属同一基因[6]。
Runx2是Runt结构域基因家族的成员之一，该家族共包括3个成员，即转录因子Runx1基因、Runx2基因和Runx3基因[7]。这些基因由一个高度保守的128氨基酸DNA结合/蛋白质相互作用域（称为Runt同源域）定义，Runx2是OB分化的主要决定因素，在软骨内骨形成过程中调节软骨细胞的增殖、分化和肥大，此外，Runx2调节与肿瘤进展、侵袭和转移密切相关，并具有促血管生成作用[8]。ZHANG等[9]亦发现，在Runt结构域的3个成员中，Runx2基因与骨代谢关系最为密切，它是一种特异性转录因子，称为编码OB的基因。
2 Runx2与Wnt/β-catenin信号通路
经典的Wnt/β-catenin信号通路主要与胞外的Wnt蛋白及其细胞膜上的受体蛋白复合物结合，其受体蛋白复合物即卷曲蛋白（Fz）、低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP5/6）[10]，当Wnt蛋白与胞膜上的Fz、LRP5/6结合后，细胞内的散乱蛋白（Dvl）被激活，导致胞内的结肠息肉瘤息肉蛋白（APC）、轴蛋白（Axin）、糖原合成酶-3β（GSK-3β）、β-连环蛋白（β-catenin）形成的四聚体瓦解[11]，之后β-catenin与GSK-3β不能进行磷酸化，使β-catenin在细胞内积聚，进而与细胞核内的转录因子（TCF/LEF）形成复合物[12-13]，影响细胞周期蛋白（cyclinD1）、原癌基因（C-myc）、Runx2、OB特异性转录因子（Osx）、基质金属蛋白酶（MMPs）等Wnt靶基因的表达，启动下游靶基因的转录[14]。刘洪彦等[15]发现，Wnt靶基因包含参与细胞增殖、凋亡、炎症和质代谢的基因，如MMP-3、MMP-13、ADAMTS-4、Runx2等。
3 Wnt/Runx2/骨代谢疾病
Wnt信号通路与间充质干细胞、OB及软骨细胞都有密切的联系[16]。众多研究发现，在经典的Wnt/β-catenin信号通路中，Wnt3a和Wnt10a可以激活经典的Wnt信号通路，使Runx2表达，导致OB分化，影响骨形成的过程[17]。李书琴等[18]研究发现，Wnt/β-catenin信号通路能直接调节Runx2基因在高磷环境下表达促进血管平滑肌细胞成骨分化。Runx2还可以与Lef或TCF形成复合物，然后结合成纤维细胞生长因子18（FGF18）启动子中的复合结合位点，FGF18启动子是Wnt经典信号传导的直接靶标和骨骼发育的重要调节因子[19-20]，故认为Runx2因子与骨代谢性疾病密切相关。研究Wnt信号通路及Runx2基因在骨发育和代谢中的作用将为骨折、OP、骨量减少、OA、强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）等骨代谢疾病的治疗提供重要意义[21]。
3.1 Wnt/Runx2/OA OA是指以关节软骨慢性进行性退变为主要特点的关节疾病，以继发性关节边缘骨赘形成、慢性滑膜炎症为主要特点，多见于50岁以上的中老年人[22]。关节软骨是一种结缔组织，没有血管，只有极少数目的细胞，关节软骨内的软骨细胞会合成软骨基质，分泌Ⅱ型胶原蛋白（Collagen Ⅱ）和聚集蛋白聚糖（Aggrecan），因此，软骨细胞的退行性变对OA的病理变化至关重要[23-24]。
马龙等[25]实验研究发现，Runx2作为Wnt/β-catenin信号通路中非常重要的转录因子，可以调控软骨细胞的退变，主要是通过增强下游信号因子如MMPs、X型胶原等的表达而实现的，因为MMPs、X型胶原等因子是调控软骨细胞肥大的标志因子。亦有研究表明，Wnt/β-catenin信号通路功能紊乱，调节软骨代谢的功能便会失调，从而出现软骨细胞增殖、分化和凋亡机制失调，导致关节软骨破坏，OA发生[21]。THEOLOGIS等[26]发现，在OA患者中，关节液和血清中的β-catenin含量都明显增多，与OA严重程度呈正相关，而关节软骨组织中β-catenin的水平及TCF-4的表达水平是随着软骨组织损害程度的增加而增加的，因此怎样让β-catenin维持在一定浓度，使OA不发生或延缓发生，已经成为当前研究中的重点和难点，而Runx2作为哺乳动物骨骼发育的关键调控因子，它的表达能使间质细胞向OB谱系分化，Runx2缺失会导致鼠OB的分化被抑制，使骨膜成骨和软骨内成骨不能发生[27]。因此，Runx2是软骨细胞成熟必要因子之一，在小鼠肥大的软骨细胞中显著表达，并促进软骨细胞成熟，使软骨内骨化[28]。
Runx2可以调控碱性磷酸酶（ALP）的活性，促使骨基质蛋白基因在不成熟间质干细胞中的表达，使OB矿化等[29]。此外，β-catenin是调控Runx2基因表达的重要因子之一，主要通过抑制间质细胞Runx2基因的表达，导致间质细胞向OB的转化过程被阻断，促使其转化为软骨细胞[30]。持续激活β-catenin，会导致LEF-1对Runx2的抑制作用被增强，表明β-catenin与LEF-1共同参与调控Runx2的活性[31]，虽然Runx2对OA产生影响的具体作用尚需进一步阐明，但其功能异常对OA影响重大是不容忽视的。
3.2 Wnt/Runx2/OP OP是指以骨量减低，骨组织微循环结构被破坏的一种全身性骨骼疾病，骨的脆性高，易发生骨折，临床可分为继发性OP和原发性OP[32]。其发生主要是由于OC活性增加，導致骨吸收失衡，使骨量丢失。雌激素是一种有效的抗骨质疏松剂，用于防治OP。研究发现，雌激素替代治疗能有效维持骨量并防止骨折[33]。因此，雌激素缺乏与OP的发生是分不开的，Runx2蛋白在骨骼相关基因的调控中发挥着显著的作用，同时Runx2还受体内一些激素、因子及其转录产物的调节。
OB主要是指参与骨形成、骨代谢等细胞，在骨形成过程中主要经历4个阶段，即OB的增殖、细胞外基质的成熟、细胞外基质矿化以及OB的凋亡[34]。LING等[35]发现，Runx2是OB分化的重要转录因子，在野生型小鼠中，Runx2在未成熟OB中强烈表达，但在OB成熟过程中下调，这些研究表明，骨骼的成熟和周转率取决于Runx2的功能水平，Runx2缺乏在雌激素缺乏症中造成骨丢失。OB中的雌激素受体可以结合Runx2，促进Runx2的转录，并可增加表达Runx2的前OB的数量，从而增加骨量，抑制OP的发生[36]。
此外，众多研究者发现，Wnt/β-catenin信号通路可上调骨关键因子Runx2的表达，使OB分化，在OP性骨折患者中，骨折愈合每个时期都有Wnt/β-catenin信号通路的参加，如软骨细胞的增殖及分化，软骨内骨化，骨痂的吸收、重塑和改建等过程，都是通过Wnt/β-catenin信号通路上调Runx2的表达而实现的[37-38]。以上研究表明，在不同时期的OB中，通过激活Wnt/β-catenin信号通路都能增加骨量，显示出在OP等低骨量疾病治疗中的良好应用前景，陈思旭[39]的研究与此不谋而和。
3.3 Wnt/Runx2/其他骨代谢疾病 脊柱关节炎（spondyloarthritis，SpA）是一组以累及脊柱和外周关节，或者关节和韧带以及肌腱等为主要表现的慢性炎症性风湿病的总称，主要包括银屑病关节炎（psoriatic arthritis，PsA）、反应性关节炎、与炎性肠病相关的关节炎（青少年特发性关节炎的亚组）和AS等[40]。最近的临床观察和动物研究表明，Wnt蛋白及其抑制剂，如DKK1和硬化素，可能在SpA的强直过程中起重要作用，并可能作为治疗SpA的治疗靶点[41]。虽然与Runx2的作用机制尚未明确，但Runx2是OB分化必需的因素是不容怀疑的，Runx2缺乏使骨形态发生蛋白-2（BMP-2）所诱导的成骨不能进行分化，冯仲锴等[42]
研究提示，Runx2在AS来源的成纤维细胞、BMP-2和转化生长因子-β1处理的成纤维细胞中显著升高。此外，YUAN等[43]在研究血清血红素氧合酶-1和BMP-7是类风湿关节炎和AS患者骨代谢的潜在生物标志物时发现，Runx2可能反映了AS的炎症活动度，他们认为Runx2是几种BMP的下游因子，是OB分化的关键调节因子，Runx2还能促进骨基质蛋白的表达，尤其是在OB早期，但抑制OB的成熟，这些均表明，Runx2可能与AS有关系。虽然Runx2可能与其他骨代谢疾病也有关系，但还需进一步研究。
4 展 望
综上所述，人类对Runx2基因参与Wnt/β-catenin信号通路中骨代谢疾病的研究取得一定进展，明确了Runx2转录因子在OB分化、功能表达、软骨成熟调节和软骨血管侵袭中起着非常重要的作用。但对于Runx2的研究尚处于初级阶段，对Runx2研究的深入，使我们对骨代谢以及骨代谢失常引起的疾病有了进一步的了解。但是，目前的研究水平有限，如何将Runx2与Wnt/β-catenin信号通路发生、发展的机制运用于临床疾病的诊断仍是难题。希望通过对Runx2的学习，能为临床治疗OA、OP、AS等疾病寻找新的突破点，不断地提供更多新靶点。
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