Mechanical Vibration Mitigates the Decrease of Bone Quantity and Bone Quality of Leptin
Receptor-Deficient db/db Mice by Promoting Bone Formation and Inhibiting Bone
Resorption

机械振动可通过促进骨形成和抑制骨吸收减轻瘦素受体缺陷db/db小鼠的骨量和骨质降低

原文作者

Jing D1,2, Luo E2, Cai J3, Tong S2, Zhai

M2, Shen G2, Wang X4, Luo Z1、

通讯作者：Zhuojing Luo, 

Institute of Orthopaedics, Xijing Hospital, Fourth

Military Medical University, 17 West Changle Road, Xi'an, China. 

E-mail: zjluo@fmmu.edu.cn

杂志信息

J Bone Miner Res. 2016 Mar 17. doi: 10.1002/jbmr.2837.

文章信息

      作为脂肪细胞产生的一种激素，瘦素主要参与食欲调节和能量代谢。大量研究已经揭示：瘦素可对骨骼系统和体内、外骨细胞的合成代谢发挥作用。尽管前期报道了一些相互争议的结果，但越来越多的证据已经证实：瘦素受体缺陷db/db小鼠具有低骨量和骨微结构受损的表现。在此，本文系统地研究了db/db小鼠的骨微结构、机械强度、骨代谢变化和潜在分子机制。更重要的是，本文还探讨了一种通过简单、无创方式提高瘦素受体缺陷动物骨量的有效方法。研究结果提示：显微CT（μCT）、三点弯曲和纳米压痕检测证实db/db小鼠的骨小梁和皮质骨微结构退化，以及包括最大负载、屈服载荷、刚度、能量、组织水平模量和硬度在内的骨骼机械强度下降可以通过12周的0.5g、45Hz全身振动（WBV）显著改善。血清生化分析表明：WBV能够显著降低db/db小鼠血清抗酒石酸酸性磷酸酶5b（TRACP5b）和CTX-1的水平，也可以缓冲其血清骨钙素（OCN）的减少。骨组织形态学分析确认db/db小鼠较低骨形成表现——如低矿化沉积率、低骨形成率和松质骨成骨细胞量少等——能够被WBV抑制。实时定量PCR检测表明WBV能够改善db/db小鼠胫骨ALP、OCN、RUNX2、I型胶原、BMP2、Wnt3a、Lrp6和β-catenin mRNA的表达，抑制SOST、RANK、RANKL和RANL/OPG的基因水平升高。本文的研究结果提示WBV通过促合成代谢和抗分解代谢作用，提高了db/db小鼠的骨质和骨量。本研究不仅丰富了我们对瘦素缺陷动物骨量和骨代谢机制的基础认识，也增加了我们对瘦素抵抗db/db小鼠应答外部机械刺激骨敏感性的理解。

译者信息：毕龙 第四军医大学西京医院骨科

LGR4——负向调控破骨细胞的分化和骨吸收的RANKL新受体

LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption Nature Medicine VOLUME 22 | NUMBER 5 | MAY 2016 539-549

编译：王覃 黄媛媛（四川大学华西医院内分泌科）

Jian Luo1,7, Zhengfeng Yang1,7, Yu Ma1, Zhiying

Yue1, Hongyu Lin1, Guojun Qu1, Jinping Huang1,?Wentao Dai2, Chenghai Li1,

Chunbing Zheng1, Leqin Xu1, Huaqing Chen1, Jiqiu Wang3, Dali Li1, Stefan

Siwko4, Josef M Penninger5, Guang Ning3, Jianru Xiao1,6 & Mingyao Liu1,4 

1East China Normal University and Shanghai Changzheng Hospital Joint Research Center for Orthopedic Oncology, Shanghai Key Laboratory of Regulatory Biology, Institute of Biomedical Sciences and School of Life Sciences, East China Normal University, Shanghai, China. 2Shanghai Center for Bioinformation Technology, Shanghai Academy of Science and Technology, Shanghai, China. 3Department of Endocrinology and Metabolism, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China. 4Department of Molecular and Cellular Medicine, Institute of Biosciences and Technology, Texas A&M University Health Science Center, Houston, Texas, USA. 5IMBA, Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences, Vienna, Austria. 6Department of Orthopedic Oncology, Shanghai Changzheng Hospital, The Second Military Medical University, Shanghai, China

       肿瘤坏死因子超家族成员11（tumor necrosis factor superfamily member 11，TNFSF11，也称为RANKL），在调控破骨细胞分化、介导骨质疏松症发生发展等生理或病理过程中发挥重要作用。TNFRSF11A（也称为RANK），曾被认为是唯一的RANKL受体。然而，华东师范大学上海长征医院骨肿瘤关节研究中心的Luo
Jian及其研究团队最近在Nature Medicine上报道了一种新的RANKL受体，即富亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体4（leucine-rich repeat-containing G-protein-coupled receptor 4，LGR4也称为GPR48）。LGR4也被称作GPR48，通过G蛋白信号通路及Wnt通路对多种细胞发育路径进行调节。既往研究发现，LGR4基因的无义突变与人低骨密度相关，Luo Jian及其团队的新发现对此做出了合理的解释。
       研究发现，LGR4与RANK竞争性地与RANKL产生物理性结合。在破骨细胞分化过程中，LGR4与RANKL结合可抑制经典的RANK信号通道。LGR4与RANKL与结合后，激活Gaq和GSK3信号通路，在破骨细胞生成过程中，抑制活化T细胞胞质钙调磷酸酶依赖性核转录因子1蛋白（nuclear factor of activated T cells, cytoplasmic, calcineurin-dependent 1，NFATC1）的表达及其活性。
       Lgr4基因是破骨细胞生成中RANKL-NFATC1信号通路的转录靶基因，这表明LGR4可能是破骨细胞生成过程中的负反馈调节因子。全身Lgr4基因敲除小鼠（Lgr4?/?）和单核细胞条件性敲除Lgr4基因的小鼠（Lgr4 CKO）均表现为破骨细胞过度活化（表现为破骨细胞数量、骨吸收表面积和细胞大小的增加）和骨吸收增加。LGR4-ECD是LGR4的细胞外结构域，可溶性的LGR4-ECD蛋白与RANKL结合，在体内试验中可抑制破骨细胞分化。此外，在OVX、注射RANKL、Opg-/--三种骨质疏松症小鼠模型中，LGR4-ECD均可有效地防止RANKL诱导的骨丢失。因此，LGR4作为RANKL的第二受体，负向调节破骨细胞分化和骨吸收。
       阻断RANKL是治疗多种骨量丢失疾病有效地方法， OPG-Fc蛋白和狄诺塞麦是两种公认的RANKL结合剂，用于治疗破骨细胞相关的疾病，例如骨质疏松症。然而，这两者均有不同程度的副作用，包括对体内正常生理功能的干扰、影响钙稳态等。体外实验证实可溶性LGR4-ECD蛋白可抑制破骨细胞的分化，体内实验也证实其可阻止三种骨质疏松症小鼠模型骨质疏松症的进展，更可贵的是，LGR4-ECD蛋白比OPG对RANKL的亲合力低，且对正常小鼠的破骨细胞分化几乎没有生理作用，表明其在正常小鼠中可能不会因为与OPG进行内源性竞争而导致不良反应。另外，Lgr4基因表达随着破骨细胞的分化而增加，在成熟的破骨细胞中达到峰值，因此针对LGR4干预可能主要影响成熟的破骨细胞，而对骨髓单核细胞和前破骨细胞的影响有限，从而减少相应的不良反应。因此，基于LGR4的靶向药物为我们治疗骨质疏松症或其他骨吸收异常疾病带来了新的希望。这一重大的发现由国人首次报道，值得我国骨代谢学界为之骄傲！