表观遗传学在骨吸收中的作用机制
1.DNA甲基化对骨吸收作用的影响
DNA甲基化是研究最多的表观遗传特征，由于它的共价化学键而使其高度稳定，因此可以在一系列组织和细胞中进行定量。在人类基因组中，大概存在29 000个CpG岛，启动子区的DNA甲基化能通过影响转录因子结合或招募甲基CpG结合蛋白来诱导或抑制转录，调控成骨细胞／破骨细胞分化、成熟，进而影响骨形成／骨吸收平衡，并介导相关骨疾病产生，如骨质疏松、骨关节炎、股骨头坏死等。
在骨吸收过程中，DNA甲基转移酶3a介导SAM发生的DNA甲基化可通过抗破骨细胞生成基因的表观遗传抑制来调节破骨细胞生产。IRF8是调控破骨细胞分化的关键负性调节因子，DNA甲基转移酶3a通过其自身生物学作用提高IRF8远侧调节元件甲基化从而抑制其发挥作用，促进破骨细胞分化，而当破骨细胞中DNA甲基转移酶3a特异性缺失或使用DNA甲基转移酶3a抑制剂处理均会减少骨丢失。在对多发性骨髓瘤患者的研究中发现，多发性骨髓瘤分泌的胸苷磷酸化酶可上调IRF8甲基化并抑制其表达，从而减弱对破骨细胞分化的负性调节作用并促进骨吸收过程，而这直接导致多发性骨髓瘤患者产生溶骨性改变。骨保护素／RANKL／RANK系统主要由RANKL、RANK、骨保护素组成，在调节骨代谢中也受DNA甲基化影响。在对由高同型半胱氨酸血症导致骨丢失而形成的骨质疏松小鼠研究中发现，机体在高同型半胱氨酸血症条件下DNA甲基转移酶1表达升高，活化后的c-Jun氨基末端激酶与DNA甲基转移酶1启动子结合使骨保护素出现超甲基化，在抑制骨保护素转录同时促进RANKL表达激活，最终加速破骨细胞形成及骨吸收。另一项研究发现，诱导分化的BMSC中RANKL基因启动子附近的CpG出现甲基化，导致基因沉默并抑制RANKL表达，使用5-氮胞苷处理高甲基化的HEK-293细胞后，发现RANKL和骨保护素表达明显上调，这会影响破骨细胞形成从而导致骨稳态失衡。
2.组蛋白修饰对骨吸收作用的影响 (https://www.daowen.com)
组蛋白修饰在破骨细胞分化中发挥作用。DOT1L蛋白是少有的不含SET结构域的组蛋白赖氨酸甲基转移酶之一，能特异性催化组蛋白H3K79发生单甲基化、二甲基化、三甲基化，可以在抑制破骨细胞分化同时又不影响成骨细胞分化。用DOT1L甲基酶活性抑制剂处理后，H3K79me1／2水平被抑制并伴随NFATc1和NF-κB转录活性升高，导致破骨细胞表面积增加进而提高骨吸收能力。另一种组蛋白甲基转移酶—混合连锁白血病因子1可通过招募DOT1L，导致H3K79异常高甲基化，而EPZ5676作为一种小分子药物可通过与S-腺苷甲硫氨酸竞争性地结合DOT1L从而抑制H3K79甲基化。含Jumonji结构域蛋白3是一种组蛋白去甲基化酶，不仅可以通过转录因子核心结合因子2和Osx来调节骨涎蛋白和OCN表达进而调控成骨细胞分化，而且对破骨细胞也有重要作用，JUMONJI结构域蛋白3可以去除破骨细胞中NFATc1启动子区H3K27的甲基化，活化后的NFATc1使得RANKL通路激活进而促进破骨细胞分化。除了组蛋白甲基转移酶对破骨细胞活性的影响，组蛋白乙酰转移酶和HDAC及其抑制剂对破骨细胞也有重要作用。Kim等研究发现，RANKL可以和组蛋白乙酰转移酶相互作用提高破骨细胞中NFATc1乙酰化水平并促进其表达，增加骨吸收，而过表达HDAC5可以降低NFATc1乙酰化水平，进一步使用HDAC抑制剂丁酸钠处理后，NFATc1乙酰化水平升高并促进破骨细胞分化，HDAC9作用机制与HDAC5相似，均可通过减弱NFTAc1信号转导抑制破骨细胞分化。HDAC1和HDAC2可通过复合其他蛋白体来发挥作用，MS-275作为HDAC1的抑制剂可通过下调c-fos和NFATc1表达进而抑制破骨细胞形成，降低骨吸收，HDAC1／2抑制剂NW-21可以下调TRAP6和NFATc1进而减弱破骨细胞功能。另外一些非选择性HDAC抑制剂也表现出强烈的破骨细胞抑制作用，如1179.4b可以通过抑制TNF受体相关因子，进而抑制c-fos来影响破骨细胞分化成熟，FR901228可以抑制NFATc1等。综合来看，组蛋白修饰在影响成骨细胞、破骨细胞分化成熟中起重要的作用，组蛋白的甲基化、乙酰化既可以调节骨形成，也可以调节骨吸收，其中重要的一个点为靶向HDAC抑制剂的研究，通过研发新型靶向抑制剂，可以有效治疗不同情况骨破坏引起的疾病。
3.非编码RNA对骨吸收作用的影响
除了DNA甲基化和组蛋白翻译后修饰，miRNA在破骨细胞发生中也发挥了正性或负性的调控作用。miRNA的生成必须通过Dicer酶（双链RNA专一的RNA内切酶）对初始miRNA（pri-miRNA）的切割。体外实验发现，破骨细胞特异性Dicer酶的缺失可抑制破骨细胞介导的骨吸收过程，提示miRNA在破骨细胞生成及骨吸收过程中发挥了正性调控作用。还有研究发现，miR-21和miR-155可下调一些破骨细胞分化抑制性基因的表达而促进破骨细胞的分化。此外，不仅成骨细胞可调节破骨细胞的活性，破骨细胞也能影响成骨分化，其机制可能涉及miRNA调控。
LncRNA可介导运动调控破骨细胞分化及骨吸收。由破骨细胞主导的骨吸收，一旦功能过度增强，骨骼内的动态平衡变化向骨吸收方向偏移，导致骨质疏松发生。m TOR是骨代谢和骨自噬的主要途径。m TOR细胞信号转导主要经由PI3K／Akt／m TOR和ERK／m TOR路径，通过这两条通路调节骨细胞代谢、增殖、存活与死亡，并与骨细胞自噬紧密相关。目前已有研究证明，在肿瘤细胞中，Lnc RNA能对m TOR进行调控。Lnc RNA GAS5基因是一种核仁小分子RNA（sno RNA）的宿主基因，位于人类染色体lq25，长度630nt。Jafari Ghods等研究发现，沉默Lnc RNA GAS5的雄激素依赖（Lncap）和雄激素敏感（22Rv1）可使其对m TOR抑制剂的敏感性下降，转染LncRNA GAS5的雄激素非依赖的PC-3和DU145可增加其对m TOR抑制剂的敏感性。此外，基因间长链非编码RNA-P21（lincRNA-p21）lin-cRNA-p21是瓦伯格效应的调节因子之一。有学者发现m TOR可在乳腺癌细胞中磷酸化热休克因子1（HSF），提高HSF1依赖的RNA结合蛋白（HUR）表达，进而控制lincRNA-p21表达，而促进肿瘤发生。以上表明，Lnc RNA可在肿瘤细胞中对m TOR进行调控，而此机制可能同样存在于骨组织细胞中。而m TOR抑制剂能抑制破骨细胞的活性与形成，阻止OVX引起的骨量丢失。因此，Lnc RNA可能在运动影响下表达上调，增加其对m TOR抑制剂的敏感性以抑制破骨细胞生成此外，与Lnc RNA通过竞争结合miRNA靶细胞的结合位点，与调控成骨分化类似，Lnc RNA能以相仿的方式影响破骨细胞。Krzeszinski等在OVX小鼠模型中发现，miR-34a相关处理能显著改善小鼠骨吸收过强引起的骨量丢失，Tgif2可通过RANKL相关转录因子正反馈调节其本身及其相关因子的表达，加速破骨细胞的形成与分化。miR-34a能够与Tgif2的mRNA的3′-UTR结合，抑制其促进破骨细胞分化的功能，从而减少骨吸收，达到改善骨质疏松的目的。与RANKL紧密关联RANK-RANKL通路在骨吸收和骨质疏松发生中发挥重要作用，RANK与其受体RANKL在前体破骨细胞表面结合，会加速多核巨细胞向破骨细胞分化。miR-106b能和RANKL的3′-UTR，下调其表达，抑制前体破骨细胞聚合，减少破骨细胞分化。因此笔者推测，存在这样一条机制：运动降低部分Lnc RNA表达，使其减少与miRNA的竞争，加速miR-34a和miR-106b分别与Tgif2和RANKL的3′端结合，进而抑制破骨细胞分化。