吳湘楠 馬媛媛 浩志超 王航

1.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院修復(fù)科，成都 610041；2.中山大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 光華口腔醫(yī)學(xué)院 廣東省口腔醫(yī)學(xué)重點實驗室，廣州 510055

溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA）是機體內(nèi)天然存在的一種結(jié)構(gòu)簡單的小分子甘油磷脂，也是一類具有相似分子結(jié)構(gòu)并具有近似生物學(xué)功能的磷脂類分子的總稱。其相對分子質(zhì)量為43×104～48×104。目前研究最廣泛的LPA通常是指1-油?；?2-羥基-sn-甘油-3-磷酸。研究[1-2]表明，LPA可以作為一種關(guān)鍵的胞外信號分子對多種細胞功能進行調(diào)控，包括增殖、分化、凋亡、趨化性、細胞形態(tài)發(fā)生以及細胞因子分泌等。LPA廣泛地參與了機體組織的多種生理學(xué)和病理學(xué)過程，對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、血管形成、炎癥、創(chuàng)傷愈合以及癌癥進程均具有重要影響[2-3]。近年來，LPA對骨組織細胞的生物學(xué)效應(yīng)正逐漸受到關(guān)注。LPA不僅可以干預(yù)包括骨髓間充質(zhì)干細胞、成骨細胞、骨細胞以及破骨細胞在內(nèi)的多種骨組織細胞的細胞學(xué)行為，也具有作為生長因子應(yīng)用于骨組織工程的潛力。本文就LPA對骨組織細胞生物學(xué)調(diào)控功能的研究進展進行綜述。

1 LPA的生成和LPA受體信號傳導(dǎo)

LPA在機體內(nèi)廣泛存在。生理狀況下，LPA微量存在于各種真核細胞組織中，而在血漿中濃度較高[4]。在某些病理狀況下，如血栓類疾病、創(chuàng)傷或者腫瘤類疾病發(fā)生時，病變微環(huán)境中LPA的濃度將顯著上調(diào)[5-7]。機體內(nèi)LPA的合成途徑主要有2種。1）磷脂前體在磷脂酶A1或A2的作用下生成溶血磷脂，隨后該溶血磷脂在自毒素（autotaxin，ATX）的作用下轉(zhuǎn)化為LPA；2）磷脂前體在磷脂酶D的作用下或二?；视驮诙；视图っ傅淖饔孟率紫壬闪字?，接著磷脂酸在磷脂酶A1或A2的作用下轉(zhuǎn)化為LPA。常見的相關(guān)磷脂前體有磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸。除此以外，LPA還存在一些其他的合成途徑，比如通過甘油磷?；D(zhuǎn)移酶對3-磷酸甘油進行?；傻取?/p>

依據(jù)LPA存在于細胞內(nèi)或外，可以將其分為胞內(nèi)LPA和胞外LPA。其中，胞內(nèi)LPA是中性脂質(zhì)和磷脂合成早期的關(guān)鍵中間體；胞外LPA則通過與細胞膜表面的LPA受體結(jié)合進而引發(fā)生物學(xué)效應(yīng)。目前發(fā)現(xiàn)的LPA受體主要有6種G蛋白偶聯(lián)受體，分別為LPA1～LPA6。而根據(jù)這6種LPA受體間的同源性，又將其分屬于內(nèi)皮分化基因（endothelial differentiation gene，EDG）家族和非-EDG家族兩類[8]。其中LPA1、LPA2、LPA3屬于EDG家族受體，可與Gαi/o、Gαq/11和Gα12/13蛋白相偶聯(lián)，通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase/Akt，PI3K/Akt）、Ras同源物蛋白（ras homologue，Rho）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）或磷脂酶C（phospholipase C，PLC）等信號通路，發(fā)揮促細胞增殖、抗凋亡、促細胞遷移和改變細胞骨架等作用[9-13]。LPA4、LPA5、LPA6屬于非-EDG家族受體，當與其相偶聯(lián)的Gαi/o、Gαq/11、Gα12/13或Gαs蛋白活化后，可通過Rho信號通路的激活或胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的增加和鈣離子的動員等，影響細胞集聚、黏附或者細胞形態(tài)的改變[14-18]。LPA受體的多樣性和下游信號通路的復(fù)雜性是其可以對多種細胞產(chǎn)生廣泛生物學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)。

2 LPA在不同骨組織細胞中的生物學(xué)功能

2.1 LPA對骨髓間充質(zhì)干細胞的生物學(xué)作用

骨髓間充質(zhì)干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）是一種具有很強的自我復(fù)制能力的多能干細胞，具有在適宜的條件下分化為成骨細胞、軟骨細胞及脂肪細胞的潛力[19]。LPA可通過LPA1受體誘導(dǎo)間充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的遷移和細胞內(nèi)鈣離子濃度的升高[20]。這一發(fā)現(xiàn)提示LPA對于MSCs的細胞學(xué)效應(yīng)應(yīng)該存在調(diào)控功能。

學(xué)者[21-22]研究發(fā)現(xiàn)，通過LPA1受體和細胞內(nèi)鈣離子動員，LPA可以顯著上調(diào)BMSCs的堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）的表達。而ALP是成骨細胞早期分化的重要標志物之一。這一結(jié)果證實了LPA具有直接作用于BMSCs促使其向成骨細胞分化的能力。研究[21]還發(fā)現(xiàn)，LPA4受體的活化存在抑制BMSCs成骨向分化的功能，并且敲除LPA4受體基因的小鼠表現(xiàn)出了骨小梁體積、數(shù)量和厚度的明顯增加。這些結(jié)果說明，LPA對于BMSCs的成骨向分化并非單一的正向調(diào)節(jié)，而是依據(jù)微環(huán)境以及不同LPA受體的活化程度而存在著復(fù)雜的協(xié)調(diào)機制。微重力環(huán)境能夠抑制BMSCs中ALP的活性以及成骨特異性轉(zhuǎn)錄因子（runt-related transcription factor 2，Runx2）的表達，是失重性骨缺失的主要原因之一。Chen等[23]研究發(fā)現(xiàn)，LPA能上調(diào)微重力環(huán)境中BMSCs的ALP活性并增加Runx2的表達，從而在失重條件下誘導(dǎo)BMSCs成骨向分化。這一研究提示，當骨缺損發(fā)生時，LPA有可能作為促進成骨的誘導(dǎo)因子而維持骨穩(wěn)態(tài)。此外，研究[24-25]還發(fā)現(xiàn)，LPA能夠通過與Gi蛋白相偶聯(lián)的LPA1受體或者LPA3受體的活化，經(jīng)由下游的PI3K/Akt信號通路以及細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinases 1/2，Erk1/2）信號通路有效保護BMSCs免受缺氧、血清剝奪以及過氧化氫等致凋亡的影響，從而增強細胞的生存能力。

2.2 LPA對成骨細胞的生物學(xué)作用

成骨細胞是骨組織細胞中促進骨形成和骨再生的主要細胞類型。生理條件下，成骨細胞具有分泌LPA的能力，并且其細胞表面至少表達4種LPA受體（LPA1～LPA4）[26-27]。這說明LPA可能是生理狀況下骨穩(wěn)態(tài)的調(diào)控因子之一，同時其可通過旁分泌和自分泌的方式影響成骨細胞本身的細胞學(xué)行為。在這些影響中，LPA對成骨細胞數(shù)量的相關(guān)效應(yīng)受到了學(xué)者的關(guān)注。Caverzasio等[28]對MC3T3-E1成骨細胞有絲分裂現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，Gi蛋白引起的Erk信號分子的激活是涉及成骨細胞增殖的一條重要的信號通路，而LPA是引起Gi蛋白活化的有效激動劑。隨后，Grey等[29]分別使用原代大鼠成骨細胞和UMR106-01成骨細胞系觀察了LPA對成骨細胞增殖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過24 h的培育，LPA處理組增加的細胞數(shù)量明顯上調(diào)。進一步的研究[30-31]證實，LPA還具有維持成骨細胞存活能力的作用。在這些研究中，LPA水平的增加能夠顯著抑制血清剝奪或者糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的細胞凋亡。LPA對成骨細胞數(shù)量的影響提示，這種天然小分子磷脂可能在骨發(fā)育和改建中的成骨向調(diào)控上具有重要作用，這對于一些代謝類骨疾病（如骨質(zhì)疏松癥）的治療具有積極意義。

隨著人們逐漸認識到血小板的活化可以產(chǎn)生大量的LPA，而LPA在多種細胞中可以表現(xiàn)出生長因子樣作用，從而有利于軟組織再生和損傷愈合[9,32]。學(xué)者猜測，創(chuàng)傷后產(chǎn)生的LPA可能對于骨組織損傷后的骨再生也具有重要意義，因此對LPA與成骨細胞間的生物學(xué)作用進行了更多的探討。學(xué)者[33-34]研究觀察了LPA對MC3T3-E1成骨細胞遷移的影響，結(jié)果表明，LPA是成骨細胞的有效趨化因子，其機制涉及了LPA1受體的活化和Erk1/2信號分子的激活。Panupinthu等[35]研究發(fā)現(xiàn)，LPA具有使成骨細胞膜產(chǎn)生發(fā)泡變化的效應(yīng)，而這種變化與細胞的有絲分裂、運動性以及細胞凋亡可能存在相關(guān)性。學(xué)者[36-37]研究發(fā)現(xiàn)，在1α,25二羥基維生素D3的輔助作用下，LPA具有顯著增加MG63成骨細胞ALP活性和骨鈣素表達的能力，同時也可誘導(dǎo)成骨細胞肌動蛋白應(yīng)力纖維的形成并引起細胞骨架的變化，這些結(jié)果為LPA具有促成骨細胞成熟的功能提供了直接的證據(jù)。

LPA不僅對成骨細胞本身具有直接效應(yīng)，還可誘導(dǎo)成骨細胞產(chǎn)生多種細胞因子，從而促進骨組織細胞間的信息交流。白細胞介素-6（interleukin 6，IL-6）和白細胞介素-8（interleukin 8，IL-8）對骨改建具有雙重作用，既能直接誘導(dǎo)破骨細胞分化，也存在促血管生成偶聯(lián)促成骨的效應(yīng)，是調(diào)控骨改建的2種重要的細胞因子[38-39]。Aki等[40]研究發(fā)現(xiàn)，通過LPA1受體和PLC信號通路，LPA可以顯著增加SaM-1成骨細胞系中IL-6和IL-8的分泌。結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）是CCN基因家族的一員（又稱CCN2），是促進成骨細胞增殖和分化的一種重要的細胞因子，可以在骨發(fā)育和骨質(zhì)愈合中發(fā)揮重要作用。Yu等[41]研究表明，依賴于LPA1、LPA3受體和PKC信號的活化，LPA可以在成骨細胞中顯著上調(diào)CCN2的表達。除此之外，LPA還被證明可以促進成骨細胞中類幾丁質(zhì)酶（chitinase 3-like-1，CHI3L1）的表達升高，而CHI3L1的生成則與細胞間基質(zhì)的改建密切相關(guān)，LPA的這種功能被認為可能影響了骨關(guān)節(jié)炎中的異常骨代謝[41]。

2.3 LPA對骨細胞的生物學(xué)作用

骨細胞是骨組織中數(shù)量最多的細胞類型，主要位于骨陷窩內(nèi)，由成骨細胞分化而來。骨細胞是骨組織發(fā)育和改建中重要的調(diào)控者，在激素和機械應(yīng)力的作用下，可通過對骨硬化蛋白、核因子kappa-B受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand，RANKL）及骨保護素（osteoprotegerin，OPG）等信號分子表達的改變控制成骨細胞和破骨細胞的形成與功能[42]。骨細胞表面的樹枝狀結(jié)構(gòu)是骨細胞與周圍細胞交流的重要通道。Karagiosis等[43]研究表明，LPA不僅是骨細胞有效的趨化因子可影響骨細胞的遷移，同時也可促進骨細胞表面樹枝狀突起的形成，而這些效應(yīng)與LPA1受體有關(guān)。Waters等[44]通過基因芯片的方法，對涉及LPA促骨細胞樹枝狀結(jié)構(gòu)生成的潛在調(diào)控基因進行了檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與細胞肌動蛋白微絲調(diào)節(jié)相關(guān)的基因表現(xiàn)出顯著的表達變化，這說明LPA對骨細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響和其肌動蛋白動力學(xué)密切相關(guān)。骨細胞表面至少存在3種LPA受體（LPA1、LPA2、LPA4）[43]，這提示了LPA對骨細胞功能影響以及信號通路調(diào)控的多樣性。

2.4 LPA對破骨細胞的生物學(xué)作用

破骨細胞是一種多核巨細胞，由單核破骨細胞前體融合形成，是骨吸收的主要功能性細胞。在生理狀況下，破骨細胞與成骨細胞共同維持骨穩(wěn)態(tài)。而在炎癥、代謝紊亂和腫瘤等病理條件下，破骨細胞的過度活化會引起骨質(zhì)的丟失或者溶解[45]。LPA對破骨細胞分化影響的研究表明，使用脂質(zhì)清除的培養(yǎng)血清無法實現(xiàn)巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，M-CSF）和RANKL對破骨細胞的誘導(dǎo)分化，而添加LPA后，這種功能得以恢復(fù)[46]。這一現(xiàn)象為血清中的LPA能夠促進破骨細胞形成提供了有力的證據(jù)。破骨細胞前體可以表達除LPA3以外的其余5種LPA受體，其中LPA1和LPA6表達最強[47]。這提示LPA可能通過這2種受體對破骨細胞的分化產(chǎn)生重要影響。而進一步的動物實驗則證實，當LPA1受體基因被敲除，或使用Ki16425等LPA1受體拮抗劑阻斷該信號通路時，破骨細胞的形成會顯著減弱[47-48]。這說明LPA1受體在LPA對破骨細胞分化的調(diào)控中具有關(guān)鍵作用。

近年來，學(xué)者開始探討LPA對成熟破骨細胞的效應(yīng)。已有研究揭示了成熟破骨細胞表面LPA1、LPA2、LPA4、LPA5受體的存在，并且證明了LPA具有上調(diào)破骨細胞內(nèi)鈣離子水平、促進破骨細胞板狀偽足收縮及增強其抗凋亡能力的作用[49]。另外，封閉區(qū)是破骨細胞發(fā)揮骨吸收功能所形成的特殊附屬結(jié)構(gòu)，而破骨細胞中甲狀腺素受體效應(yīng)蛋白6（thyroid hormone receptor interacting protein 6，TRIP6）的表達對封閉區(qū)的周界范圍具有顯著影響。McMichael等[50]研究則發(fā)現(xiàn)，雖然LPA不能引起破骨細胞TRIP6表達總量的上升，但卻可以通過上調(diào)其磷酸化水平來增強其與封閉區(qū)的結(jié)合。與此同時，依賴于LPA2受體的活化，LPA還具有促進破骨細胞融合的能力，能夠引起封閉區(qū)面積的增大[50]。這些作用與破骨細胞骨吸收活性的強化密切相關(guān)。

3 LPA在骨組織工程中的應(yīng)用前景

LPA對于骨組織細胞的生長因子樣作用是其可以用于骨組織工程的前提。但骨組織工程材料的表面特征和化學(xué)性質(zhì)往往會對細胞的反應(yīng)性造成重要影響。因此，一些學(xué)者將LPA添加于不同的骨組織工程材料中，對其成骨潛能進行探討。Mansell等[51]通過白蛋白作為載體將LPA加載于表面涂覆羥磷灰石的鈦金屬表面，觀察其對成骨細胞成熟的影響，結(jié)果表明，在1α,25二羥基維生素D3的輔助作用下，LPA的加入可明顯上調(diào)成骨細胞的ALP活性。Bosetti等[52]利用體外培養(yǎng)的骨折模型觀察富含LPA的膠原凝膠對于成骨的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LPA的加入不僅可以顯著促進缺損處成骨細胞的增殖、分化、成熟和遷移等，同時還可以通過對細胞形態(tài)學(xué)的改變引起膠原凝膠的收縮，進而有利于缺損兩側(cè)骨折碎片位置的固定以加速骨折愈合。這些研究對LPA應(yīng)用于骨組織工程的可能性進行了肯定。

LPA生物學(xué)作用的多樣性可能有利于其成骨功能的實現(xiàn)。LPA不僅可以通過調(diào)控骨組織細胞促進成骨，還具有促內(nèi)皮細胞有絲分裂和血管生成的效應(yīng)，而充足的血供對于骨重建和骨折愈合具有重要意義，所以這種成血管成骨的雙重潛能是LPA應(yīng)用于骨組織工程的優(yōu)勢之一[53]。除此以外，與當前骨組織工程中研究廣泛的骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2/7和轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等大分子蛋白相比，LPA還具有分子結(jié)構(gòu)小、容易加載和釋放、來源廣泛、制造成本低廉等優(yōu)點[51,53]。雖然要實現(xiàn)LPA在骨組織工程中的應(yīng)用仍有許多工作需要完成，比如如何協(xié)調(diào)LPA對骨組織細胞的骨形成功能和骨吸收功能的調(diào)控，以及在現(xiàn)有工程支架材料的基礎(chǔ)上如何實現(xiàn)LPA的有效控釋等，但這種天然小分子磷脂在骨組織工程中具有較好的應(yīng)用前景。

4 總結(jié)

LPA是一種機體內(nèi)天然存在的生物活性磷脂。在生理狀況下，其可以由成骨細胞表達，而病理狀況下，則可在損傷區(qū)域由血小板大量生成[9,26]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，LPA能夠通過特異性的LPA受體誘導(dǎo)不同的骨組織細胞產(chǎn)生多種細胞學(xué)效應(yīng)。這說明，LPA在骨組織的發(fā)育、重建和修復(fù)再生中具有重要意義。鑒于LPA對骨組織細胞（特別是骨髓間充質(zhì)干細胞和成骨細胞）表現(xiàn)出的顯著的生長因子樣作用，學(xué)者[53]開始探討其應(yīng)用于骨組織工程的可能，并認為其具備較好的應(yīng)用潛力。然而，目前關(guān)于LPA對于骨組織細胞的功能學(xué)研究并不充分，其信號調(diào)控機制的揭示也不完善，另外尚未有添加LPA的組織工程材料在體內(nèi)成骨的直接證據(jù)，所以這些是未來LPA在骨組織細胞生物學(xué)研究及其相關(guān)再生醫(yī)學(xué)研究中亟待解決的問題。總之，LPA對骨組織細胞生物學(xué)功能的深入研究，將為骨組織發(fā)育、改建的機制以及骨組織缺損的臨床治療帶來新的理論基礎(chǔ)。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。