甲基化在运动干预骨质疏松中的作用机制(3)

此外，骨形态发生蛋白2作为关键骨形成因子，能在体外刺激成骨细胞分化和成骨结节形成，以及在体内刺激成骨。研究表明，骨形态发生蛋白2也受DNA甲基化调控。RAJE等[13]发现，与健康人群相比，骨质疏松症患者骨形态发生蛋白2启动子区甲基化水平较高，使其转录活性降低，同时降低了骨形成标志物表达，在使用DNA甲基化抑制剂处理之后骨形态发生蛋白2表达上调[14]。另外，一些其他的成骨特异性基因如远端缺失同源盒基因5、骨钙素等在脂肪源性干细胞成骨分化中，其启动子区发生去甲基化并伴随着基因表达上调，在此过程中还伴随着生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白的表达增加，在降低DNA损伤诱导蛋白表达后，成骨特异性基因启动子甲基化水平升高，导致转录活性降低并抑制了脂肪源性干细胞向成骨分化，这说明DNA损伤诱导蛋白参与了DNA甲基化对基因表达的调控过程[15]。

骨硬化蛋白是硬化蛋白基因编码由骨细胞通过旁分泌作用于成骨细胞的功能蛋白，对骨组织具有高度选择性，可负性调节骨形成[16]。硬化蛋白基因也受DNA甲基化调控，其基因-581-+30区富含CPGs，在成骨细胞中该区域呈现高甲基化，而随着向骨细胞转变其甲基化水平逐渐降低，通过使用5-氮胞苷(甲基转移酶抑制剂)处理后硬化蛋白基因表达增加并促进成骨细胞向骨细胞转变[17]。研究表明，绝经后骨质疏松患者血浆硬化蛋白甲基化阳性率显著低于无骨质疏松者，且前者硬化蛋白mRNA相对表达量明显高于后者[18]，表明硬化蛋白基因甲基化异常导致骨质疏松症产生。此外，Osx等成骨转录因子可通过与硬化蛋白中CG富集点结合来活化硬化蛋白，对其进行正向调控进而影响骨形成过程[19]，而DNA甲基化又在此过程中发挥重要作用，干扰素调节因子8是调控破骨细胞分化的关键负性调节因子，DNMT3a能通过增加干扰素调节因子8远侧调节元件的甲基化进而抑制干扰素调节因子8，同时S-腺苷蛋氨酸浓度增加能促进其甲基化[20]。调节性T细胞可抑制破骨细胞分化及活性，影响骨代谢[21]。调节性T细胞调节骨代谢依赖于Foxp3基因的正常表达，而Foxp3基因保守非编码序列2去甲基化有助于其稳定表达[22]，研究表明，骨质疏松症患者调节性T细胞中Foxp3 保守非编码序列2去甲基化水平远远低于观察组[22]。上述研究表明，DNA甲基化在间充质干细胞成骨分化以及成骨细胞、破骨细胞增殖分化中起重要作用。

2.2.2 Wnt/β-catenin、Notch信号通路与DNA甲基化 Wnt信号通路在干细胞成骨分化以及骨形成代谢中发挥重要作用。在经典Wnt/β-catenin通路中，Wnt蛋白与膜受体卷曲蛋白(Frizzled, Fz)结合，经过一系列蛋白的相互作用，使β-catenin稳定沉聚，并在细胞核内对T细胞转录因子和淋巴增强因子发生作用，通过启动Runx2及下游基因Osx、远端缺失同源盒基因5等的表达来促进成骨细胞分化、成熟[23]。研究表明，Wnt信号通路相关基因受到DNA甲基化调控。在对骨质疏松性髋部骨折患者和髋骨关节炎患者Wnt相关基因表达及其甲基化水平进行检测时，发现骨折患者Wnt通路中的FZD10、TBL1X、CSNK1E、WNT8a、CSNK1A1L、SFRP4基因甲基化水平高于后者，导致Wnt通路活性降低并抑制了成骨细胞分化成熟[24]。β-catenin是Wnt信号通路靶基因，通过建立骨髓间充质干细胞成骨分化诱导体系，发现在成骨诱导3d后β-catenin基因表达明显上调，经甲基化特异性PCR法检测发现β-catenin基因甲基化水平明显下降，而β-catenin基因表达增加促进了骨髓间充质干细胞向成骨分化[25]。Wu 等[26]研究发现，股骨头坏死患者的间充质干细胞中Wnt受体Frizzled1基因转录水平较低，同时伴有Frizzled1基因启动子异常高甲基化，这使得Wnt/β-catenin通路功能被抑制并直接影响间充质干细胞成骨分化及骨形成。另外，在该过程中Wnt信号通路共受体酪氨酸激酶样孤核受体2可通过诱导成骨转录因子Osx改变干细胞分化表型，而其自身表达增加并伴随DNA甲基化水平降低[27]。综上所述，Wnt/β-catenin信号通路相关的基因甲基化水平改变，会影响其表达进而对骨形成产生影响。

Notch信号通路广泛存在于哺乳动物细胞内，由5种配体 (Delta-like-1, Delta-like-3, Delta-like-4, Jagged-1和 Jagged-2)、4种受体(Notch1-4)、下游传导靶基因和调节分子组成，当其受体与配体结合后, Notch受体释放部分胞外片段, 胞内部分经γ-促分泌酶(γ-secretase)酶切后释放可溶性的Notch胞内段(Intracellular domain of Notch, NICD)。NICD转移至细胞核内，与转录抑制因子结合后即成为转录活化因子, 最终影响细胞的分化、增殖和凋亡[28]。研究表明，Notch信号通路对成骨分化具有抑制和促进的双重作用，且Notch1、Notch4、Delta-like-1等受体或配体受DNA甲基化调控。Notch1可抑制间充质干细胞成骨分化，ZHOu等[29]在研究中发现，诱导成骨分化14 d后，钙化性主动脉瓣疾病和人主动脉瓣间质细胞中Notch1启动子甲基化水平显著升高，导致Notch1表达下调进而促进了成骨分化，增加了钙化程度，而使用5-氮胞苷处理之后则抑制了成骨分化。另一研究中，HADJI等[30]在钙化性主动脉瓣疾病中观察到长链非编码RNA H19表达增加，且启动子区甲基化降低，进一步分析表明，H19通过阻止P53募集到其启动子区进而沉默Notch1，促进了成骨分化。

文章来源：《运动精品》 网址: http://www.ydjpzz.cn/qikandaodu/2021/0312/1231.html