骨保护蛋白

作者：靳培浩 北京积水潭医院

骨保护蛋白（OPG）是一个广泛研究的主题，因为它在调节破骨细胞生成和骨重塑中起着关键作用。作为一种可溶性诱饵受体，OPG通过与破骨前细胞膜上表达的核因子κ。当OPG存在时，它限制了RANKL对RANK的生物利用度，并有效抑制破骨细胞生成。OPG作为破骨细胞形成的主要负调节因子的作用表现为OPG缺失小鼠显示的严重的骨质疏松表型，这源于不受控制的破骨细胞发生和骨吸收。最近，我们和其他人还表明，硫酸乙酰肝素（HS）是OPG活性的重要调节因子。当OPG和成骨细胞HS之间的相互作用被破坏时，OPG不能有效抑制RANKL，从而导致小鼠模型骨质疏松。
与OPG在骨重塑中的作用相比，OPG在软骨中的作用尚不清楚。在人和小鼠软骨细胞中观察到大量OPG的表达，动物研究中的一些证据表明OPG在维持软骨健康中起着直接作用。几个小组已经报道，Opg缺失小鼠在幼年时表现出骨关节炎（OA）表型，伴有严重的退行性多关节疾病、较薄的软骨层和软骨基质的进行性丢失，这表明OPG的部分缺失足以触发软骨退化。在诱导性OA的小鼠模型中，研究表明，损伤后关节软骨中OPG的表达显著减少，关节内注射OPG可保护关节软骨免受退化。
软骨细胞表达两种不同的OPG配体。RANKL似乎在软骨细胞中广泛表达，但它是否在软骨稳态中起直接作用尚不清楚。软骨细胞还表达肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）。与RANKL一样，TRAIL也属于TNF超家族，通过与细胞表面TRAIL受体结合，是一种有效的凋亡诱导剂。虽然TRAIL在健康软骨中的表达极少，但在OA的软骨中其表达高度上调。由于软骨细胞的凋亡在软骨退化中起着关键作用，因此推测OPG通过防止TRAIL诱导的软骨细胞凋亡来保护软骨。
最近，OPG的人类突变被描述为与早发家族性OA相关。有趣的是，携带这种突变的患者在软骨结构中显示焦磷酸钙晶体沉积，这是焦磷酸钙沉积病（CPDD）的临床特征。这一发现为OPG在软骨生物学中的作用提供了新的线索，因为它表明OPG可以通过多种机制调节软骨健康。这种错义突变（约1205A > Tp、 Stop402Leu）发生在OPG（TNFSRF11B）的终止密码子上，导致在C端有19个额外氨基酸的突变。有趣的是，来自所有三个家族的患者在杂合背景中携带突变，这表明该突变以常染色体显性方式导致OA/CPD。然而，这种突变导致OA/CPD的分子基础仍然未知。
在本报告中，我们试图了解OPG突变的生化和生物学后果。我们发现重组OPG+19几乎完全以高阶低聚物的形式存在。出乎意料的是，寡聚对成骨细胞表面OPG-HS相互作用没有明显影响。在破骨细胞生成试验中，寡聚本身对OPG+19对RANKL的抑制活性也几乎没有影响。此外，突变的OPG对TRAIL诱导的软骨细胞凋亡显示出正常的抑制活性。我们的数据表明，OPG+19导致疾病的机制可能涉及OPG在软骨稳态和矿化中的未知功能。
除了据报道携带c.1205A的三个家庭之外 > Tp、 Stop402Leu突变，我们很好奇是否可以在现在公开的大规模基因组测序数据集中识别出更多的携带者。在gnomAD数据库中，我们没有发现任何额外的c.1205A案例 > Tp、 Stop402Leu突变。然而，令我们惊讶的是，我们发现了另外两个OPG终止密码子错义突变。这些突变是1204 T > C、 其将终止密码子改变为谷氨酰胺；和1206A > C、 其将终止密码子改变为酪氨酸（表I）。这些突变将导致蛋白质序列的变化，与本研究中研究的突变高度相似，这两种突变也将产生19个氨基酸附件，仅在402位不同于OPG+19突变（分别为Gln和Tyr，而不是Leu）。数据库中确定的所有个体都是这些突变的杂合携带者。有趣的是，1204 T > C突变仅在欧洲人群中发现，在16570个个体中有1个中等频率，而1206A > C在南亚人群中发现，其频率为17254人中的1人（表I）。这些突变的携带者是否会表现出与OPG+19携带者相似的OA/CPPD尚不清楚。我们的发现表明，OPG的终止密码子错义突变可以在不同种族背景中发现，数量适中。