引用本文： 彭竑程, 華臻, 楊惠林, 王建偉. 肌源性因子調控骨組織細胞的作用機制研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2021, 35(7): 923-929. doi: 10.7507/1002-1892.202012062 復制
骨與骨骼肌均源于中胚層，在解剖學、遺傳學和生理病理學上存在密切關系。從祖國醫學中“骨肉不相親”理論到近代提出的“骨-肌肉單元”理論，從對骨蝕、肉痿的遣方用藥到骨質疏松癥、肌肉減少癥的最新臨床治療指南[1-2]，醫學界對肌骨相關理論及肌骨疾病的研究從未停止。機械負荷是連接骨與骨骼肌的關鍵紐帶，從 Wolf 定律、Perren 理論到 Forest 的力學調控系統論，兩種組織間的力學關系被廣泛研究[3]。然而，骨與骨骼肌間的聯系不只涉及相互間的機械力學。大量臨床研究表明，肌肉組織損傷嚴重程度與骨折不愈合發生率高度相關，肌肉質量影響骨密度，且與骨折風險成正相關[4-6]。相關基礎研究也發現，肌肉萎縮和骨質疏松可能是由共同代謝信號導致的[7-9]。骨和骨骼肌在生物合成和代謝上存在共存和適應關系，其中肌肉是調節骨組織潛在細胞、信號的重要來源[10]。骨骼肌作為最大的內分泌器官，能夠以自分泌、旁分泌及內分泌方式作用于骨骼及其他器官，其分泌的“肌源性因子”在調控骨穩態、影響骨修復與重塑中發揮關鍵作用[11-12]。肌源性因子可能通過調控骨組織細胞來影響骨穩態，有望成為防治肌骨疾病的重要靶點。現就近年來肌源性因子對 BMSCs、成骨細胞、破骨細胞及骨細胞的效應及作用機制作一綜述，以期為骨損傷修復及骨質疏松癥等疾病治療提供新思路。
1 骨骼肌的內分泌作用
現代學者認為骨骼肌對骨具有重要影響。一方面，肌肉對骨的影響因素包括其對骨的機械沖擊、血管中血流量以及細胞分化；另一方面，肌肉能夠分泌多種體液因子和生長因子，這些因子通過血液循環到達各遠端器官并發揮功能，包括調節葡萄糖、能量和骨代謝[13-14]。目前已發現肌肉能分泌多種肌源性因子，但不是所有肌源性因子都具有肌肉組織特異性，也不是所有肌源性因子都與骨組織存在關聯[11]。其中，肌肉生長抑制素（myostatin，MSTN）、卵泡抑素、鳶尾素（Irisin）、IGF-1、FGF-2、睫狀神經營養因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）、白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）、IL-6、IL-7、IL-15、TNF-α、骨甘氨酸（osteoglycin，OGN）、單核細胞趨化蛋白 1、基質金屬蛋白酶 2（matrix metalloproteinase 2，MMP-2）、序列相似的家族 5 成員 C（family with sequence similarity 5 member C，FAM5C）、β-氨基異丁酸、富含半胱氨酸的酸性蛋白等肌源性因子能影響骨組織及骨重塑[11, 15-16]。
2 肌源性因子調控骨修復與重建
骨修復與重建是將受損組織修復至其原始狀態的生物學事件，涉及多種細胞并通過復雜的信號分子網絡調控。研究表明骨代謝、骨重塑及骨穩態等骨組織活動主要依賴于 BMSCs 分化、骨細胞重塑、成骨細胞骨形成及破骨細胞骨吸收[17-18]。肌源性因子通過肌肉與骨骼間的生化通訊途徑影響骨組織細胞參與調控骨再生。
Wu 等[19]通過統計分析中國老年人數據，發現 MSTN 通過抑制成骨細胞生成和促進破骨細胞形成調節骨代謝；卵泡抑素作為 TGF-β 超家族的拮抗劑，能通過影響骨細胞中的激活素和 MSTN 信號來增加骨量、改善骨微觀結構，從而調節骨重塑[20-21]；采用 Irisin 處理的去卵巢小鼠模型實驗也表明這種肌源性因子能夠對成骨細胞、破骨細胞數量以及骨強度產生影響[22-23]。亦有研究證實血清 IGF-1 水平與骨密度成正相關，IGF-1 可以通過促成骨細胞骨形成和破骨細胞骨吸收來介導骨重塑[24]；富含半胱氨酸的酸性蛋白也能調節骨重塑以及維持骨量，其可能是通過調節骨基質中前膠原形成及成骨細胞、破骨細胞的分化和活性等多種途徑發揮作用[25]。此外，一項前瞻性研究發現通過收縮肌肉分泌的炎癥細胞因子，如 IL-6、LIF、CNTF、IL-7、IL-15 和 TNF-α 也參與影響骨細胞、成骨細胞及破骨細胞的代謝活動[26]。
因此，深入研究肌源性因子調節 BMSCs、骨細胞、破骨細胞和成骨細胞之間的通訊機制，有助于為骨再生治療尋找新靶點。見表 1。
表1
肌源性因子調控骨組織細胞的相關研究
Table1.
Study on the regulation of bone tissue cells by myokines
2.1 肌源性因子對 BMSCs 的影響
BMSCs 具有快速增殖與多向分化潛能，能有效修復骨損傷以及促成骨分化維持骨代謝平衡。研究發現 MSTN 缺失小鼠的 BMSCs 成骨分化和體外鈣化增加，表明 MSTN 對成骨細胞分化有負向作用，即 MSTN 能與在 BMSCs 中高度表達的ⅡB 型激活素受體結合導致 Smad2/3 磷酸化，抑制成骨特異性基因 Runx2 的表達，從而抑制成骨分化[27]。Colaianni 等[22, 30]研究發現 Irisin 能誘導 BMSCs 向成骨細胞分化，這與 Irisin 促進 ERK 磷酸化、成骨相關基因（ATF4、Runx2、Osterix、β-catenin、ALP）以及 BMSCs 中的Ⅰ型膠原等表達有關；Chen 等[31]也發現 Irisin 可能通過 Wnt/β-catenin 信號通路激活 BMSCs 自噬，進而促進細胞成骨分化。Wu 等[37]在 IGF-1 干預 BMSCs 的成骨培養基模型中，發現使用 IGF-1 處理后成骨細胞標志物 ALP、Runx2、骨鈣素顯著上調，由此證實 IGF-1 能通過上調細胞內鈣信號 IP3R2 和 SERCA3 促進 BMSCs 成骨分化，這可能是通過 Akt 信號途徑介導的。最近研究證實，炎癥因子 TNF-α 導致骨質疏松大鼠骨組織中骨鈣素和 Runx2 水平下調，抑制 BMSCs 成骨分化[58-60]。此外，Xu 等[50]還發現絕經后骨質疏松患者 BMSCs 中 SOX5 基因和蛋白水平上調，提示 TNF-α 誘導的 SOX5 基因上調能通過 KLF4 信號通路抑制 BMSCs 成骨分化，由此可見 SOX5 基因也是 TNF-α 抑制 BMSCs 成骨分化的重要靶點基因。
BMSCs 向脂肪細胞和成骨細胞的不平衡分化，也是導致骨重塑及骨代謝失衡的原因之一。OGN 過表達可上調成骨相關標記物 Runx2、骨鈣素、ALP 和 Wnt5b 的表達，下調脂肪細胞表型特征基因 PPARγ2 的表達，因此 OGN 能控制 BMSCs 的分化來刺激成骨細胞生成[53]。Zhu 等[55]的研究證實 β-氨基異丁酸主要是通過刺激成骨細胞前體細胞增殖以及增強成骨細胞分化標志物基因表達來參與骨重塑過程，其作用機制與激活活化氧信號傳導有關。由此可見，肌源性因子能夠參與 BMSCs 的分化過程，促進骨組織修復再生。
2.2 肌源性因子對成骨細胞的影響
成骨細胞是調控骨形成的關鍵細胞，肌源性因子能夠通過調控成骨細胞影響骨組織活動。Irisin 首先被證實通過 Wnt/β-catenin 信號通路促進成骨細胞前體細胞向成骨細胞分化，此后 Qiao 等[61]發現 Irisin 還通過激活 p38MAPK/ERK 信號通路來增強成骨細胞增殖、分化能力以及 ALP 活性、礦化。此外，在對一組老年患者評估中也證實 Irisin 與骨密度成正相關，并能下調衰老標記物 p21 在成骨細胞中的表達[62]。
在地塞米松誘導的骨質疏松動物模型中，FGF-2 能夠調節 BMP-2 和抑制硬化素對成骨細胞分化的抑制作用，由此可見 FGF-2 促成骨細胞分化和對骨形成的刺激也是通過 Wnt/β-catenin 信號通路實現的[40]。最近研究證實 IGF-1 能刺激成骨細胞的增殖、分化及礦化，其中涉及 PI3K/Akt 及 MAPK/ERK 信號通路，也有學者發現這種促成骨作用與多種靶基因（如 miR-29b-3p、miR185-5p）調節 IGF-1 的表達相關[63-64]。
關于 IL-6 對成骨細胞分化的影響一直存在爭議。IL-6 在骨形成早期能促進成骨細胞分化，缺乏 IL-6 的大鼠表現為骨量低，但也不排除其他因子促使成骨增強，因此 IL-6 可能是成骨細胞骨形成的積極調節因子[11]。國外研究已證實破骨細胞源性 LIF 通過抑制硬化素的表達來促進骨再生，但是否肌源性 LIF 也是通過此途徑調節骨形成尚未明確，并且 LIF 對成骨細胞分化的作用也存在爭議[65]。CNTF 作為骨形成的負調節肌源性因子能夠抑制成骨細胞分化和骨膜上骨形成，這與其可溶性受體的存在相關[47]。美國賓夕法尼亞州肌肉研究機構評估了 IL-15 受體全身敲除小鼠的骨結構和力學特性，并通過生物信息學分析技術觀察到 IL-15/IL-15 受體α 信號在成骨細胞功能及骨礦化中能發揮細胞自主作用[48]。
OGN 被認為是一種抑制早期成骨分化、增強晚期成骨分化的肌源性因子，具體表現為 OGN 降低了早期成骨細胞分化基因 Runx2 和 Osterix 表達，但增強骨礦化和晚期成骨細胞表型相關基因 ALP、Ⅰ型膠原及骨鈣素的表達。OGN 的成骨作用可能與抑制 BMP-2、增強 TGF-β 特異性 Smad3/4 應答轉錄活性及Ⅰ型膠原的表達相關[54]。
Feng 等[66]的細胞實驗發現，MMP-2 促進成骨細胞的膠原降解，增強成骨細胞的成骨活性，是成骨再生的潛在調節靶點。在 FAM5C 對骨作用的研究中，學者們發現其過表達可以增強成骨細胞前體細胞分化、增加成骨細胞表型，但顯著拮抗 BMP-2 誘導的 C2C12 細胞成骨相關轉錄因子、ALP 和骨鈣素水平上調。由此可見，FAM5C 能促進成骨細胞前體細胞向成骨細胞分化，但還需要更多的研究來支持[67]。
綜上述，肌源性因子通過一系列蛋白、信號、基因靶點等介導成骨細胞間信息傳遞和增殖分化，促進骨組織再生，維持骨穩態及調控骨代謝。
2.3 肌源性因子對破骨細胞的影響
破骨細胞是調控骨吸收的關鍵細胞，肌源性因子參與了破骨吸收過程。MSTN 通過兩種途徑增強 RANKL 誘導的破骨細胞相關基因表達，其一是通過增加依賴于 Smad2 的活化 T 細胞核因子（NFATc1）核移位和上調破骨細胞分化基因RANKL 來刺激破骨細胞的形成，其二是通過旁分泌和自分泌作用增強 RANKL 誘導破骨細胞分化[68]。
體內研究發現重組 Irisin 能刺激皮質骨形成，同時減少雄性小鼠破骨細胞數量，進一步研究證實 Irisin 是通過抑制 RAW264.7 細胞中的 RANKL/NFATc1 來抑制破骨細胞形成[32-33]。Ma 等 [34]通過對兩種類型破骨細胞前體細胞研究，發現 Irisin 可通過 p38、JNK 信號通路促進 RAW264.7 細胞增殖，通過 NF-κB 通路和 RANK 下調抑制破骨細胞分化，這與上述體內研究結果一致。
IGF-1 已被證實能促進破骨細胞的形成和活性，但具體機制不明，主要考慮是通過調節經典機制 RANK/RANKL 的表達以及通過非經典機制由人單核細胞前體細胞直接形成破骨細胞[69]。IL-6 被認為是破骨細胞因子，有學者通過研究廢用性骨質疏松大鼠模型，發現后肢尾吊實驗誘使 IL-6 分泌增加、成骨分化功能減弱、骨吸收能力增加，具體作用機制是 IL-6 誘導破骨細胞前體細胞分化為成熟、活躍的破骨細胞[42]。此外，機械負載的骨骼肌通過體外分泌 IL-6 促進破骨細胞數量增加和活性提升，并可以與其可溶性受體 gp130 結合后刺激骨吸收[43]。肌肉大量分泌的 IL-7 也被認為是一種破骨細胞因子，Zhao 等[45]發現 IL-7/IL-7 受體 可以通過激活 c-Fos/c-Jun 途徑促進 RANKL 介導的破骨細胞形成和骨吸收；Kim 等[46]通過構建表達 IL-7 受體 α 的 RAW264.7 細胞模型，發現 IL-7 可以獨立于 RANKL 機制，通過激活轉錄激活因子 5 的方式誘導破骨細胞形成。此外，IL-15 也是破骨因子之一，IL-15 缺失會下調去卵巢小鼠的破骨細胞活性，并防止骨小梁丟失[49]。
TNF-α 能直接或間接促進破骨細胞生成，并且已證實在體外和體內刺激破骨細胞骨吸收，作用機制與其表面受體（p55 和 p75）相關[70-71]。Yang 等[72]的臨床試驗表明單核細胞趨化蛋白 1 與骨密度及雌激素水平成負相關，其通過參與破骨細胞形成過程影響骨代謝。Zheng 等[73]研究證實 MMP-2 除參與成骨細胞形成過程外，還通過兩種方式參與破骨細胞骨吸收過程，一是通過成骨細胞下Ⅰ型膠原屏障的降解和破骨細胞功能的激活，二是通過增強破骨細胞 MMP-2 活性和促進骨基質降解，但具體分子機制有待研究。
綜上述，肌源性因子能夠通過經典的 RANK/RANKL 過程以及部分特有方式調控破骨細胞骨吸收，從而介導骨組織代謝再生過程。
2.4 肌源性因子對骨細胞的影響
骨細胞作為骨骼機械傳感器，通過將力學信號轉換成化學信號來招募成骨細胞和破骨細胞，因此被認為是骨重塑和礦物質代謝的協調者。Qin 等[28]的細胞實驗表明 MSTN 通過激活骨硬化蛋白和抑制 Wnt 信號通路，影響骨細胞及其外泌體 miR-218 的釋放；而 miR-218 被成骨細胞吸收后下調 Runx2 表達，進而抑制成骨分化。此外，MSTN 通過促進骨細胞中 RANKL 的產生，進而增加破骨細胞分化及活性。
Kim 等[74]首次揭示 Irisin 通過整合素 aV 家族直接靶向骨細胞，主要是上調骨細胞樣細胞（MLO-Y4）中硬化素的表達，并以劑量依賴方式增加小鼠血清硬化素水平。但這與Colaianni 等[75]研究的 Irisin 和硬化素水平成負相關結果不一致，有待進一步研究證實。
Bakker 等[76]的體外模型實驗觀察到 IL-6 對骨細胞應力沒有影響，但作用于骨細胞會導致成骨細胞 ALP 活性和 Runx2 表達降低，增殖標記物 Ki67 和骨鈣素表達增加。由此可見，IL-6 可能是通過調節骨細胞與成骨細胞的通訊來影響骨量。TNF-α 直接增強骨細胞的 RANKL 表達來促進破骨細胞的形成，而且上調骨細胞中硬化素的表達抑制 Wnt/β-catenin 途徑，從而調控骨形成[77-78]。
上述研究表明肌源性因子對骨細胞的影響主要反映在其招募成骨細胞與破骨細胞活動中。
3 總結與展望
骨穩態的維持是遺傳、分子和生物力學交織在一起的復雜生物學過程，需要骨與骨骼肌協同參與。研究證實肌源性因子是通過調控各骨組織細胞的分子間信號及靶點等，對骨生長發育產生影響。目前，肌源性因子作為潛在治療靶點已經在骨修復和再生醫學領域引起關注，并在臨床防治骨質疏松癥及肌肉減少癥等方面取得一定效果。
近年來肌源性因子影響骨組織細胞的作用機制研究逐漸深入，但仍存在諸多領域尚未明確，后續可從以下方面進行相關研究：① 肌源性因子是否存在 miRNA、外泌體等物質上的相互間信號通訊，共同作用于骨組織靶點；② 目前研究發現鍛煉能促進肌源性因子分泌，但所有肌源性因子對力學信號的響應機制均未徹底明確；③ 目前已發現藥物（如阿侖膦酸鈉）能通過下調沉默信息調節因子 3 改善肌肉質量及肌力[79]，那么其能否通過肌源性因子的作用途徑治療骨質疏松癥尚待研究；④ 臨床上健脾益氣法能改善骨質疏松癥狀，是否肌源性因子是健脾益氣法治療骨病的新途徑及其干預機制，有待進一步研究明確。
作者貢獻：彭竑程負責查閱文獻及撰寫論文；華臻、楊惠林、王建偉負責審校并修改論文。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。經費支持沒有影響文章觀點。
骨與骨骼肌均源于中胚層，在解剖學、遺傳學和生理病理學上存在密切關系。從祖國醫學中“骨肉不相親”理論到近代提出的“骨-肌肉單元”理論，從對骨蝕、肉痿的遣方用藥到骨質疏松癥、肌肉減少癥的最新臨床治療指南[1-2]，醫學界對肌骨相關理論及肌骨疾病的研究從未停止。機械負荷是連接骨與骨骼肌的關鍵紐帶，從 Wolf 定律、Perren 理論到 Forest 的力學調控系統論，兩種組織間的力學關系被廣泛研究[3]。然而，骨與骨骼肌間的聯系不只涉及相互間的機械力學。大量臨床研究表明，肌肉組織損傷嚴重程度與骨折不愈合發生率高度相關，肌肉質量影響骨密度，且與骨折風險成正相關[4-6]。相關基礎研究也發現，肌肉萎縮和骨質疏松可能是由共同代謝信號導致的[7-9]。骨和骨骼肌在生物合成和代謝上存在共存和適應關系，其中肌肉是調節骨組織潛在細胞、信號的重要來源[10]。骨骼肌作為最大的內分泌器官，能夠以自分泌、旁分泌及內分泌方式作用于骨骼及其他器官，其分泌的“肌源性因子”在調控骨穩態、影響骨修復與重塑中發揮關鍵作用[11-12]。肌源性因子可能通過調控骨組織細胞來影響骨穩態，有望成為防治肌骨疾病的重要靶點。現就近年來肌源性因子對 BMSCs、成骨細胞、破骨細胞及骨細胞的效應及作用機制作一綜述，以期為骨損傷修復及骨質疏松癥等疾病治療提供新思路。
1 骨骼肌的內分泌作用
現代學者認為骨骼肌對骨具有重要影響。一方面，肌肉對骨的影響因素包括其對骨的機械沖擊、血管中血流量以及細胞分化；另一方面，肌肉能夠分泌多種體液因子和生長因子，這些因子通過血液循環到達各遠端器官并發揮功能，包括調節葡萄糖、能量和骨代謝[13-14]。目前已發現肌肉能分泌多種肌源性因子，但不是所有肌源性因子都具有肌肉組織特異性，也不是所有肌源性因子都與骨組織存在關聯[11]。其中，肌肉生長抑制素（myostatin，MSTN）、卵泡抑素、鳶尾素（Irisin）、IGF-1、FGF-2、睫狀神經營養因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）、白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）、IL-6、IL-7、IL-15、TNF-α、骨甘氨酸（osteoglycin，OGN）、單核細胞趨化蛋白 1、基質金屬蛋白酶 2（matrix metalloproteinase 2，MMP-2）、序列相似的家族 5 成員 C（family with sequence similarity 5 member C，FAM5C）、β-氨基異丁酸、富含半胱氨酸的酸性蛋白等肌源性因子能影響骨組織及骨重塑[11, 15-16]。
2 肌源性因子調控骨修復與重建
骨修復與重建是將受損組織修復至其原始狀態的生物學事件，涉及多種細胞并通過復雜的信號分子網絡調控。研究表明骨代謝、骨重塑及骨穩態等骨組織活動主要依賴于 BMSCs 分化、骨細胞重塑、成骨細胞骨形成及破骨細胞骨吸收[17-18]。肌源性因子通過肌肉與骨骼間的生化通訊途徑影響骨組織細胞參與調控骨再生。
Wu 等[19]通過統計分析中國老年人數據，發現 MSTN 通過抑制成骨細胞生成和促進破骨細胞形成調節骨代謝；卵泡抑素作為 TGF-β 超家族的拮抗劑，能通過影響骨細胞中的激活素和 MSTN 信號來增加骨量、改善骨微觀結構，從而調節骨重塑[20-21]；采用 Irisin 處理的去卵巢小鼠模型實驗也表明這種肌源性因子能夠對成骨細胞、破骨細胞數量以及骨強度產生影響[22-23]。亦有研究證實血清 IGF-1 水平與骨密度成正相關，IGF-1 可以通過促成骨細胞骨形成和破骨細胞骨吸收來介導骨重塑[24]；富含半胱氨酸的酸性蛋白也能調節骨重塑以及維持骨量，其可能是通過調節骨基質中前膠原形成及成骨細胞、破骨細胞的分化和活性等多種途徑發揮作用[25]。此外，一項前瞻性研究發現通過收縮肌肉分泌的炎癥細胞因子，如 IL-6、LIF、CNTF、IL-7、IL-15 和 TNF-α 也參與影響骨細胞、成骨細胞及破骨細胞的代謝活動[26]。
因此，深入研究肌源性因子調節 BMSCs、骨細胞、破骨細胞和成骨細胞之間的通訊機制，有助于為骨再生治療尋找新靶點。見表 1。
表1
肌源性因子調控骨組織細胞的相關研究
Table1.
Study on the regulation of bone tissue cells by myokines
2.1 肌源性因子對 BMSCs 的影響
BMSCs 具有快速增殖與多向分化潛能，能有效修復骨損傷以及促成骨分化維持骨代謝平衡。研究發現 MSTN 缺失小鼠的 BMSCs 成骨分化和體外鈣化增加，表明 MSTN 對成骨細胞分化有負向作用，即 MSTN 能與在 BMSCs 中高度表達的ⅡB 型激活素受體結合導致 Smad2/3 磷酸化，抑制成骨特異性基因 Runx2 的表達，從而抑制成骨分化[27]。Colaianni 等[22, 30]研究發現 Irisin 能誘導 BMSCs 向成骨細胞分化，這與 Irisin 促進 ERK 磷酸化、成骨相關基因（ATF4、Runx2、Osterix、β-catenin、ALP）以及 BMSCs 中的Ⅰ型膠原等表達有關；Chen 等[31]也發現 Irisin 可能通過 Wnt/β-catenin 信號通路激活 BMSCs 自噬，進而促進細胞成骨分化。Wu 等[37]在 IGF-1 干預 BMSCs 的成骨培養基模型中，發現使用 IGF-1 處理后成骨細胞標志物 ALP、Runx2、骨鈣素顯著上調，由此證實 IGF-1 能通過上調細胞內鈣信號 IP3R2 和 SERCA3 促進 BMSCs 成骨分化，這可能是通過 Akt 信號途徑介導的。最近研究證實，炎癥因子 TNF-α 導致骨質疏松大鼠骨組織中骨鈣素和 Runx2 水平下調，抑制 BMSCs 成骨分化[58-60]。此外，Xu 等[50]還發現絕經后骨質疏松患者 BMSCs 中 SOX5 基因和蛋白水平上調，提示 TNF-α 誘導的 SOX5 基因上調能通過 KLF4 信號通路抑制 BMSCs 成骨分化，由此可見 SOX5 基因也是 TNF-α 抑制 BMSCs 成骨分化的重要靶點基因。
BMSCs 向脂肪細胞和成骨細胞的不平衡分化，也是導致骨重塑及骨代謝失衡的原因之一。OGN 過表達可上調成骨相關標記物 Runx2、骨鈣素、ALP 和 Wnt5b 的表達，下調脂肪細胞表型特征基因 PPARγ2 的表達，因此 OGN 能控制 BMSCs 的分化來刺激成骨細胞生成[53]。Zhu 等[55]的研究證實 β-氨基異丁酸主要是通過刺激成骨細胞前體細胞增殖以及增強成骨細胞分化標志物基因表達來參與骨重塑過程，其作用機制與激活活化氧信號傳導有關。由此可見，肌源性因子能夠參與 BMSCs 的分化過程，促進骨組織修復再生。
2.2 肌源性因子對成骨細胞的影響
成骨細胞是調控骨形成的關鍵細胞，肌源性因子能夠通過調控成骨細胞影響骨組織活動。Irisin 首先被證實通過 Wnt/β-catenin 信號通路促進成骨細胞前體細胞向成骨細胞分化，此后 Qiao 等[61]發現 Irisin 還通過激活 p38MAPK/ERK 信號通路來增強成骨細胞增殖、分化能力以及 ALP 活性、礦化。此外，在對一組老年患者評估中也證實 Irisin 與骨密度成正相關，并能下調衰老標記物 p21 在成骨細胞中的表達[62]。
在地塞米松誘導的骨質疏松動物模型中，FGF-2 能夠調節 BMP-2 和抑制硬化素對成骨細胞分化的抑制作用，由此可見 FGF-2 促成骨細胞分化和對骨形成的刺激也是通過 Wnt/β-catenin 信號通路實現的[40]。最近研究證實 IGF-1 能刺激成骨細胞的增殖、分化及礦化，其中涉及 PI3K/Akt 及 MAPK/ERK 信號通路，也有學者發現這種促成骨作用與多種靶基因（如 miR-29b-3p、miR185-5p）調節 IGF-1 的表達相關[63-64]。
關于 IL-6 對成骨細胞分化的影響一直存在爭議。IL-6 在骨形成早期能促進成骨細胞分化，缺乏 IL-6 的大鼠表現為骨量低，但也不排除其他因子促使成骨增強，因此 IL-6 可能是成骨細胞骨形成的積極調節因子[11]。國外研究已證實破骨細胞源性 LIF 通過抑制硬化素的表達來促進骨再生，但是否肌源性 LIF 也是通過此途徑調節骨形成尚未明確，并且 LIF 對成骨細胞分化的作用也存在爭議[65]。CNTF 作為骨形成的負調節肌源性因子能夠抑制成骨細胞分化和骨膜上骨形成，這與其可溶性受體的存在相關[47]。美國賓夕法尼亞州肌肉研究機構評估了 IL-15 受體全身敲除小鼠的骨結構和力學特性，并通過生物信息學分析技術觀察到 IL-15/IL-15 受體α 信號在成骨細胞功能及骨礦化中能發揮細胞自主作用[48]。
OGN 被認為是一種抑制早期成骨分化、增強晚期成骨分化的肌源性因子，具體表現為 OGN 降低了早期成骨細胞分化基因 Runx2 和 Osterix 表達，但增強骨礦化和晚期成骨細胞表型相關基因 ALP、Ⅰ型膠原及骨鈣素的表達。OGN 的成骨作用可能與抑制 BMP-2、增強 TGF-β 特異性 Smad3/4 應答轉錄活性及Ⅰ型膠原的表達相關[54]。
Feng 等[66]的細胞實驗發現，MMP-2 促進成骨細胞的膠原降解，增強成骨細胞的成骨活性，是成骨再生的潛在調節靶點。在 FAM5C 對骨作用的研究中，學者們發現其過表達可以增強成骨細胞前體細胞分化、增加成骨細胞表型，但顯著拮抗 BMP-2 誘導的 C2C12 細胞成骨相關轉錄因子、ALP 和骨鈣素水平上調。由此可見，FAM5C 能促進成骨細胞前體細胞向成骨細胞分化，但還需要更多的研究來支持[67]。
綜上述，肌源性因子通過一系列蛋白、信號、基因靶點等介導成骨細胞間信息傳遞和增殖分化，促進骨組織再生，維持骨穩態及調控骨代謝。
2.3 肌源性因子對破骨細胞的影響
破骨細胞是調控骨吸收的關鍵細胞，肌源性因子參與了破骨吸收過程。MSTN 通過兩種途徑增強 RANKL 誘導的破骨細胞相關基因表達，其一是通過增加依賴于 Smad2 的活化 T 細胞核因子（NFATc1）核移位和上調破骨細胞分化基因RANKL 來刺激破骨細胞的形成，其二是通過旁分泌和自分泌作用增強 RANKL 誘導破骨細胞分化[68]。
體內研究發現重組 Irisin 能刺激皮質骨形成，同時減少雄性小鼠破骨細胞數量，進一步研究證實 Irisin 是通過抑制 RAW264.7 細胞中的 RANKL/NFATc1 來抑制破骨細胞形成[32-33]。Ma 等 [34]通過對兩種類型破骨細胞前體細胞研究，發現 Irisin 可通過 p38、JNK 信號通路促進 RAW264.7 細胞增殖，通過 NF-κB 通路和 RANK 下調抑制破骨細胞分化，這與上述體內研究結果一致。
IGF-1 已被證實能促進破骨細胞的形成和活性，但具體機制不明，主要考慮是通過調節經典機制 RANK/RANKL 的表達以及通過非經典機制由人單核細胞前體細胞直接形成破骨細胞[69]。IL-6 被認為是破骨細胞因子，有學者通過研究廢用性骨質疏松大鼠模型，發現后肢尾吊實驗誘使 IL-6 分泌增加、成骨分化功能減弱、骨吸收能力增加，具體作用機制是 IL-6 誘導破骨細胞前體細胞分化為成熟、活躍的破骨細胞[42]。此外，機械負載的骨骼肌通過體外分泌 IL-6 促進破骨細胞數量增加和活性提升，并可以與其可溶性受體 gp130 結合后刺激骨吸收[43]。肌肉大量分泌的 IL-7 也被認為是一種破骨細胞因子，Zhao 等[45]發現 IL-7/IL-7 受體 可以通過激活 c-Fos/c-Jun 途徑促進 RANKL 介導的破骨細胞形成和骨吸收；Kim 等[46]通過構建表達 IL-7 受體 α 的 RAW264.7 細胞模型，發現 IL-7 可以獨立于 RANKL 機制，通過激活轉錄激活因子 5 的方式誘導破骨細胞形成。此外，IL-15 也是破骨因子之一，IL-15 缺失會下調去卵巢小鼠的破骨細胞活性，并防止骨小梁丟失[49]。
TNF-α 能直接或間接促進破骨細胞生成，并且已證實在體外和體內刺激破骨細胞骨吸收，作用機制與其表面受體（p55 和 p75）相關[70-71]。Yang 等[72]的臨床試驗表明單核細胞趨化蛋白 1 與骨密度及雌激素水平成負相關，其通過參與破骨細胞形成過程影響骨代謝。Zheng 等[73]研究證實 MMP-2 除參與成骨細胞形成過程外，還通過兩種方式參與破骨細胞骨吸收過程，一是通過成骨細胞下Ⅰ型膠原屏障的降解和破骨細胞功能的激活，二是通過增強破骨細胞 MMP-2 活性和促進骨基質降解，但具體分子機制有待研究。
綜上述，肌源性因子能夠通過經典的 RANK/RANKL 過程以及部分特有方式調控破骨細胞骨吸收，從而介導骨組織代謝再生過程。
2.4 肌源性因子對骨細胞的影響
骨細胞作為骨骼機械傳感器，通過將力學信號轉換成化學信號來招募成骨細胞和破骨細胞，因此被認為是骨重塑和礦物質代謝的協調者。Qin 等[28]的細胞實驗表明 MSTN 通過激活骨硬化蛋白和抑制 Wnt 信號通路，影響骨細胞及其外泌體 miR-218 的釋放；而 miR-218 被成骨細胞吸收后下調 Runx2 表達，進而抑制成骨分化。此外，MSTN 通過促進骨細胞中 RANKL 的產生，進而增加破骨細胞分化及活性。
Kim 等[74]首次揭示 Irisin 通過整合素 aV 家族直接靶向骨細胞，主要是上調骨細胞樣細胞（MLO-Y4）中硬化素的表達，并以劑量依賴方式增加小鼠血清硬化素水平。但這與Colaianni 等[75]研究的 Irisin 和硬化素水平成負相關結果不一致，有待進一步研究證實。
Bakker 等[76]的體外模型實驗觀察到 IL-6 對骨細胞應力沒有影響，但作用于骨細胞會導致成骨細胞 ALP 活性和 Runx2 表達降低，增殖標記物 Ki67 和骨鈣素表達增加。由此可見，IL-6 可能是通過調節骨細胞與成骨細胞的通訊來影響骨量。TNF-α 直接增強骨細胞的 RANKL 表達來促進破骨細胞的形成，而且上調骨細胞中硬化素的表達抑制 Wnt/β-catenin 途徑，從而調控骨形成[77-78]。
上述研究表明肌源性因子對骨細胞的影響主要反映在其招募成骨細胞與破骨細胞活動中。
3 總結與展望
骨穩態的維持是遺傳、分子和生物力學交織在一起的復雜生物學過程，需要骨與骨骼肌協同參與。研究證實肌源性因子是通過調控各骨組織細胞的分子間信號及靶點等，對骨生長發育產生影響。目前，肌源性因子作為潛在治療靶點已經在骨修復和再生醫學領域引起關注，并在臨床防治骨質疏松癥及肌肉減少癥等方面取得一定效果。
近年來肌源性因子影響骨組織細胞的作用機制研究逐漸深入，但仍存在諸多領域尚未明確，后續可從以下方面進行相關研究：① 肌源性因子是否存在 miRNA、外泌體等物質上的相互間信號通訊，共同作用于骨組織靶點；② 目前研究發現鍛煉能促進肌源性因子分泌，但所有肌源性因子對力學信號的響應機制均未徹底明確；③ 目前已發現藥物（如阿侖膦酸鈉）能通過下調沉默信息調節因子 3 改善肌肉質量及肌力[79]，那么其能否通過肌源性因子的作用途徑治療骨質疏松癥尚待研究；④ 臨床上健脾益氣法能改善骨質疏松癥狀，是否肌源性因子是健脾益氣法治療骨病的新途徑及其干預機制，有待進一步研究明確。
作者貢獻：彭竑程負責查閱文獻及撰寫論文；華臻、楊惠林、王建偉負責審校并修改論文。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。經費支持沒有影響文章觀點。
