综述：负责骨骼重塑的蛋白质和肽

《Disease-a-Month》：Proteins and peptides responsible for bone remodeling

骨重塑由破骨细胞介导的骨吸收和成骨细胞主导的骨生成动态平衡构成，涉及钙水平调控的多种蛋白信号分子。本文系统综述了骨重塑过程中关键生物标志物的作用机制，揭示其与骨代谢疾病治疗的潜在关联，为精准医疗提供理论依据。

　　

Jorge Alejandro Barbosa-Nu?ez | José Nabor Haro-González | Eristeo García-Márquez | Hugo Espinosa-Andrews | Eduardo Padilla-Camberos | Sara Elisa Herrera-Rodríguez

食品技术部门，哈利斯科州技术与设计研究与援助中心（CIATEJ），地址：Camino Arenero 1227, El Bajío del Arenal, 45019, Zapopan, Jalisco, Mexico

摘要

骨骼是活组织，通过骨重塑过程定期更新。这一过程始于单核巨噬细胞类型细胞在多种蛋白质的作用下开始增殖并迁移到骨组织中。这些蛋白质是身体在血液中钙缺乏或骨组织受损时产生的。随后，其他化学信号促使单核巨噬细胞类型细胞分化为破骨细胞。最终，破骨细胞执行一种称为骨吸收的过程，从而降解骨组织。骨吸收之后，会进行骨生成（osteogenesis）过程。在骨生成过程中，多能间充质干细胞在各种化合物的作用下增殖并迁移到被骨吸收破坏的骨组织中，然后分化为成骨细胞（osteoblasts）。成骨细胞生成新的骨组织，完成骨重塑过程。本文旨在总结并介绍最近关于参与骨吸收和骨生成过程中破骨细胞及成骨细胞增殖、招募和成熟的蛋白质及化学信号的研究成果。这些分子的相关信息有助于更好地理解直接影响或间接影响骨重塑过程的所有复杂机制。从这个意义上说，可以更深入地阐明不同骨骼疾病和紊乱的机制，为未来开发针对这些疾病的有效和特异性治疗方法提供依据。

引言

钙是人体中最丰富的矿物质。大约99%的钙存在于骨骼、牙齿和指甲中，剩余的1%存在于血液中，它在调节多种生理功能方面起着关键作用，包括神经兴奋性、肌肉收缩以及血液凝固。此外，钙还是参与激素分泌和细胞运动的蛋白质的辅因子，为细胞膜提供结构和强度（Ciosek等人，2021年）。

在骨骼中，钙占骨组织组成的39%，是主要的矿物质成分。钙赋予骨骼足够的强度和刚性，使其能够执行重要的身体功能，如保护重要器官、支撑体重以及促进肢体运动（Ralston，2017年）。为此，身体会通过一种称为骨重塑的过程不断修复因日常机械应力而受损的骨组织。当血液中的钙水平较低时，骨重塑也是身体获取钙的一种机制。骨重塑过程包括由破骨细胞执行的骨吸收和由成骨细胞执行的骨生成。这两种细胞类型的活性和成熟受到体内产生的不同化学信号调控。这些化学信号由蛋白质和肽组成，其活性受血液中钙浓度的调节（Nandiraju和Ahmed，2019年）。

由于参与骨重塑的这些蛋白质和肽的功能对于整个过程的成功至关重要，因此了解它们各自的作用十分重要。

基于此，本文旨在提供关于调控骨重塑过程的主要化学信号的信息。据我们所知，目前很少有研究详细探讨调控骨吸收和骨生成（骨重塑）的主要化学信号，这些信号被汇总在这篇综述中。

骨结构

骨骼是一种活组织，由羟基磷灰石晶体（Ca₁₀(PO₄)₆(HO)₂）与胶原纤维结合而成。根据具体的结构和形状，人类骨骼可分为长骨、短骨、扁平骨、不规则骨或籽骨。这些特征决定了骨骼在体内的功能。通常，骨骼由两种不同类型的结构组成：皮质骨（80%）和松质骨（20%）（图1）。每种结构在骨骼中的比例因骨骼类型而异。

骨吸收

骨结构由60%的无机基质和40%的有机基质组成，有机基质储存了体内99%的钙、85%的磷酸盐以及40–60%的钠和钾。随着时间的推移，骨组织会自然受损。因此，身体通过骨重塑过程更新骨组织，以确保所有骨骼的完整性和功能性。然而，皮质骨的骨重塑速率低于松质骨。

骨组织形成所需的关键蛋白质

如上所述，在骨生成过程中，成骨细胞生成一种称为骨样组织（osteoid）的有机基质，随后该基质矿化形成新的骨组织。骨样组织由多种蛋白质组成（表3），这些蛋白质负责骨组织形成的各个步骤（Black和Tadros，2020年）。参与骨组织形成的主要蛋白质包括I型、III型和V型胶原（Lin等人，2020年）。

结论

钙通常被认为是骨重塑过程中最重要的成分。然而，这一过程的完成还需要多种其他分子的参与。这些分子从骨吸收的初始阶段起就发挥信号作用，促进破骨细胞的招募，直至最终阶段促进成骨细胞的分化和新骨结构的形成。因此，骨重塑是一个涉及多种化合物的复杂过程。

作者贡献声明

Jorge Alejandro Barbosa-Nu?ez：撰写初稿，概念构思。 José Nabor Haro-González：撰写、审稿与编辑。 Eristeo García-Márquez：概念构思。 Hugo Espinosa-Andrews：撰写、审稿与编辑，概念构思。 Eduardo Padilla-Camberos：撰写、审稿与编辑。 Sara Elisa Herrera-Rodríguez：撰写、审稿与编辑，监督，数据分析，概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。资助方未参与手稿的撰写或发表决定的制定。

致谢

第一作者感谢哈利斯科州科学、人文、技术与创新部（SECIHTI）提供的生物技术创新博士学位奖学金（CVU: 852309）。