破骨细胞的特殊细胞骨架及其分子机制

破骨细胞骨架形成的信号通路主要由integrinαVβ3和M-CSF介导，最近的研究表明RANK也参与其中 (图9-2)。在开始骨重建之前，成熟的破骨细胞还要接受很多激活信号，其中最重要的是骨基质激活integrinαVβ3，继而激活c-Src及其下游的效应蛋白，使得细胞体极化，细胞骨架重排。细胞和骨表面之间形成紧密连接，紧密连接和靠近骨表面的细胞膜 (基底膜)形成一个密封的隔室。基底膜特化为皱状膜 (ruffled membrane)，这是破骨细胞的骨吸收细胞器，由柔毛样向骨表面突出的膜结构并置形成。在皱状膜汇集了各种骨吸收相关的蛋白复合物，包括质子泵、氯离子通道等。V型ATP酶质子泵复合物向这个 “密室”分泌氢离子维持酸化环境。同时细胞通过外吐作用分泌裂解酶TRAP和CtsK，通过这个过程将骨表面侵蚀降解。降解产物 (包括胶原蛋白片段和溶解的钙和磷酸酯)被破骨细胞内吞处理，释放进入内循环。［2-4，87］皱状膜形成的基础是活跃的胞吐作用。胞吐作用是由v-SNARE和t-SNARE这两个蛋白调控，而它们的上游是synaptotagmins(Syt)。哺乳动物中有15种Syt，有各自不同的表达和分布，其中SytⅦ的表达广泛且调控了破骨细胞内钙信号依赖的溶酶体外吐作用［88］。

破骨细胞骨架调控最重要的膜信号来自于αVβ3 integrin，β3敲除的小鼠表现出慢性的石骨症［45］。αVβ3 integrin胞膜部分有一个持续结合的分子c-Src。αVβ3 integrin接受外界信号 ［通常是骨基质中含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸 (RGD，Arg-Gly-Asp)结构域的蛋白，比如骨桥蛋白osteopontin和珠连蛋白vitronectin］后，αVβ3 integrin/c-Src复合物招募和磷酸化Syk［89］，Syk进一步激活破骨细胞特异的Rho蛋白鸟苷酸转换因子Vav3，Vav3进一步激活Rho家族的小G蛋白［90］。目前在破骨细胞重被证明有重要功能的Rho家族的小 G蛋白是 Rac1/2和 Cdc42。Racl/2［91-93］和Cdc42［94］敲除小鼠的破骨细胞都不能形成正常的骨架结构——F-actin环和皱状膜。

M-CSF在破骨细胞形成过程中也起着重要的作用［95］。早期的研究表明M-CSF可以刺激破骨细胞的展开。但是M-CSF对破骨细胞骨架的调控作用是依赖于αVβ3 integrin的。事实上，MCSF激活了Talin，一个270kDa的胞膜蛋白。Talin结合与β3 integrin的胞膜区域，改变了β3 integrin的构象，使它可以和胞外骨架相互结合。虽然Talin的功能还没有体内实验的证据，但几乎所有的细胞实验都表明，Talin和β3 integrin的结合对β3 integrin信号通路的激活是必要的［96］。同时M-CSF也会促进c-Src和Vav3的磷酸化，这对骨架的构建也有直接的影响［97］。(https://www.daowen.com)

RANK被证明和 c-Src、β3 integrin形成一个复合物［98］。RANK的aa369-373区域可以和Src的SH2区域结合，β3 integrin 和Src的SH3区域结合。RANK和Src的相互作用依赖于β3 integrin，而删除 RANK369-373区域导致破骨细胞骨架无法正常形成。

图9-2　破骨细胞骨架形成相关信号通路